侵染落葵的黄瓜花叶病毒分离物 cp基因序列分析...书 中国生物工程杂志...

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中国生物工程杂志 ChinaBiotechnology 2008 28 ): 96~100 侵染落葵的黄瓜花叶病毒分离物 CP 基因序列分析 牛立霞 牛胜鸟 王健华 刘志昕 (中国热带农业科学院热带生物技术研究所热带作物生物技术国家重点实验室 海口 571101 摘要 通过间接酶联免疫法( ID ? ELISA )检测到染病落葵病样中存在黄瓜花叶病毒( cucumber mosaicvirus CMV )。从病叶中提取总 RNA ,用 RT ? PCR方法扩增得到 657bp CMVCP 基因片 段,将扩增产物与 载体连接并进行测序。用 DNAMAN将得到的 CP 基因序列与 GenBank 收录 的黄瓜花叶病毒两亚组部分株系或分离物的 CP 基因序列进行比较,结果表明该 CP 基因与 CMV 亚组、亚组之间的核苷酸序列同源性分别为 91.17% ~95.43%75.30% ~75.76%,推导氨 基酸序列同源性分别为 95.41% ~97.71%81.28% ~81.74%,表明 CMV ? Ba 与亚组同源关 系密切。 关键词 落葵 黄瓜花叶病毒 CP 基因 序列分析 中图分类号 Q78 收稿日期: 20071012  修回日期: 20071123 国家“十一五”科技支撑计划资助项目( 2007BAD48B01 通讯作者,电子信箱: tpmvplab@163.com 落葵( BasellarubraL. )属落葵科植物,为一年生 藤本植物,俗名木耳菜、藤菜、承露、胭脂菜、御菜等,在 我国各地均有栽培,亚洲其它地区、非洲、美洲也有分 。落葵不仅具有质地嫩滑、味道鲜美、营养丰富等 特点,而且还具有一定的清凉解热、解毒缓泄功能,可 算是一类药菜两用的蔬菜,深受广大人民的青睐,而且 成为宾馆饭店餐桌上具有新口味的高档蔬菜 但在生产过程中,无论采用何种栽培模式,落葵都 或轻或重受到多种病害的危害。已见报道的有顶套菌 、炭疽菌属和叶点霉属 、尾孢属 4~7 、琏格孢属 和色二孢属 以及短小杆菌属 真菌引起的叶斑病, 腐霉属真菌引起的霜霉病 ,葡萄孢属真菌引起的灰 霉病 ,根结线虫引起的根结线虫病 10 ,而落葵病 毒病,仅见 2006 Huang 11 报道马铃薯 病毒引起 的皱缩花叶病。这些病害严重影响了落葵的品质和产 量,制约了农民栽培的积极性。其中,近几年落葵花叶 病发生普遍,种植效益随之下降。为了确定海南落葵 花叶病的病原,为以后的防治工作打下基础,作者从症 状为全株发病,叶片变小皱缩,叶面泡状突起,叶背脉 明显突起,甚至变形弯曲,叶色呈浓淡不均的花叶斑驳 状的落葵植株上采集了病叶,得到病毒分离物( CMV ? Ba ),并将克隆得到的 CMV ? Ba 外壳蛋白 ( coatprotein CP )基因与已报道的 CMV2 个亚组的部分成员的 CP 基因进行了序列分析和比较。 1 材料与方法 1.1 1.1.1 材料 罹病材料采自海南海口的菜地,置于 20℃冰箱保存备用。 1.1.2 抗血清和酶标抗体 一抗为本实验室制备的 CMV亚组多克隆抗血清 ,酶标记羊抗兔 IgG为博 士德生物工程有限公司生产的碱性磷酸酯酶标记的 二抗。 1.1.3  酶与试剂 AMV逆转录酶、 RNA酶抑制剂 Rnasin )、 dNTPs TaKaRa 公司产品, TaqDNA聚合酶 购自 Promega 公司, PCR产物回收试剂盒为 TIANGEN 公司产品。 1.1.4 载体与菌株 pMD18 ? 载体购自 TaKaRa 司,大肠杆菌 DH5 α菌种由本实验室保存。 1.1.5 合成引物 根据 CMV亚组外壳蛋白基因序 列设 计 引 物,由 上 海 生 工 合 成。5′ 端同源引物:5′ ? GACAAATCTGAATCAACCAG ? 3′ 3′ 端互补引物:5′ ? TCAAACTGGGAGCACCCCTG ? 3′

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书书书

中国生物工程杂志 ChinaBiotechnology,2008,28(2):96~100

侵染落葵的黄瓜花叶病毒分离物 CP基因序列分析

牛立霞 牛胜鸟 王健华 刘志昕(中国热带农业科学院热带生物技术研究所 热带作物生物技术国家重点实验室 海口 571101)

摘要 通过间接酶联免疫法(ID?ELISA)检测到染病落葵病样中存在黄瓜花叶病毒(cucumbermosaicvirus,CMV)。从病叶中提取总 RNA,用 RT?PCR方法扩增得到657bp的 CMVCP基因片段,将扩增产物与T载体连接并进行测序。用DNAMAN将得到的CP基因序列与GenBank收录的黄瓜花叶病毒两亚组部分株系或分离物的CP基因序列进行比较,结果表明该CP基因与CMV亚组Ⅰ、亚组Ⅱ之间的核苷酸序列同源性分别为91.17%~95.43%和75.30%~75.76%,推导氨基酸序列同源性分别为95.41% ~97.71%和81.28% ~81.74%,表明 CMV?Ba与亚组Ⅰ同源关系密切。

关键词 落葵 黄瓜花叶病毒 CP基因 序列分析中图分类号 Q78

收稿日期:20071012  修回日期:20071123国家“十一五”科技支撑计划资助项目(2007BAD48B01)通讯作者,电子信箱:tpmvplab@163.com

  落葵(BasellarubraL.)属落葵科植物,为一年生

藤本植物,俗名木耳菜、藤菜、承露、胭脂菜、御菜等,在

我国各地均有栽培,亚洲其它地区、非洲、美洲也有分

布[1]。落葵不仅具有质地嫩滑、味道鲜美、营养丰富等

特点,而且还具有一定的清凉解热、解毒缓泄功能,可

算是一类药菜两用的蔬菜,深受广大人民的青睐,而且

成为宾馆饭店餐桌上具有新口味的高档蔬菜[2]。

  但在生产过程中,无论采用何种栽培模式,落葵都

或轻或重受到多种病害的危害。已见报道的有顶套菌

属[3]、炭疽菌属和叶点霉属[2]、尾孢属[2,4~7]、琏格孢属

和色二孢属[8]以及短小杆菌属[9]真菌引起的叶斑病,

腐霉属真菌引起的霜霉病[2,6],葡萄孢属真菌引起的灰

霉病[2,5,6],根结线虫引起的根结线虫病[10],而落葵病

毒病,仅见2006年Huang等[11]报道马铃薯Y病毒引起

的皱缩花叶病。这些病害严重影响了落葵的品质和产

量,制约了农民栽培的积极性。其中,近几年落葵花叶

病发生普遍,种植效益随之下降。为了确定海南落葵

花叶病的病原,为以后的防治工作打下基础,作者从症

状为全株发病,叶片变小皱缩,叶面泡状突起,叶背脉

明显突起,甚至变形弯曲,叶色呈浓淡不均的花叶斑驳

状的落葵植株上采集了病叶,得到病毒分离物(CMV?Ba),并将克隆得到的CMV?Ba外壳蛋白 (coatprotein,

CP)基因与已报道的 CMV2个亚组的部分成员的 CP

基因进行了序列分析和比较。

1 材料与方法

1.1 材 料

1.1.1 材料 罹病材料采自海南海口的菜地,置于 -

20℃冰箱保存备用。

1.1.2 抗血清和酶标抗体 一抗为本实验室制备的

CMV亚组Ⅰ多克隆抗血清 B3,酶标记羊抗兔 IgG为博

士德生物工程有限公司生产的碱性磷酸酯酶标记的

二抗。

1.1.3 酶与试剂 AMV逆转录酶、RNA酶抑制剂

(Rnasin)、dNTPs为TaKaRa公司产品,TaqDNA聚合酶

购自Promega公司,PCR产物回收试剂盒为 TIANGEN

公司产品。

1.1.4 载体与菌株 pMD18?T载体购自 TaKaRa公

司,大肠杆菌DH5α菌种由本实验室保存。

1.1.5 合成引物 根据 CMV亚组Ⅰ外壳蛋白基因序

列设计引物,由上海生工合成。5′端同源引物:5′?GACAAATCTGAATCAACCAG?3′,3′端互补引物:5′?TCAAACTGGGAGCACCCCTG?3′。

2008,28(2) 牛立霞 等:侵染落葵的黄瓜花叶病毒分离物CP基因序列分析

1.2 方 法

1.2.1 间接酶联免疫吸附法检测 用液氮研磨采集

的样品,以间接酶联免疫法(ID?ELISA)进行检测[12]。

CMV亚组Ⅰ多克隆抗血清 B3的工作浓度为1∶300,酶

标记羊抗兔IgG的工作浓度为1∶3000。

1.2.2 总RNA的提取 称取0.2g病叶用液氮研磨成

粉,迅速加入两倍体积的水饱和酚/氯仿/异戊醇(25∶

24∶1)混合液和两倍体积的 LiCl提取缓冲液

(100mmol/LLiCl,100mmol/LTris?ClpH8.0,10mmol/L

EDTA,1% SDS,1% Na2SO3),混 匀,冰 浴 10min,

12000r/min,4℃离心20min,上清转移至离心管中,加

入等体积4mol/LLiCl,混匀后置4℃沉淀过夜,4℃离心

20min,沉淀用70%的乙醇漂洗,吹干,用适量 DEPC处

理水悬浮。

1.2.3 单链cDNA的合成 按 TaKaRa公司的操作说

明,20μl的反应体系中,加入上述提取的 RNA1μg,3′

端互补引物1μl,10mmol/LdNTPs1μl,5×Buffer4μl,

RNA酶抑制剂 20U,AMV逆转录酶 100U,42℃反应

60min后,70℃保温15min,然后置-20℃保存。

1.2.4 PCR体外扩增 在20μl反应体系中加入10×

PCRBuffer2μl,加3′端互补引物和5′端同源引物各0.

5μl,10mmol/LdNTPs0.5μl,Taq聚合酶2U,补加双蒸

水至20μl。在 PCR仪上进行反应,扩增反应条件为:

94℃,2min;然后94℃变性45s,58℃退火50s,72℃延伸

60s,从变性到延伸完成35个循环后,72℃保温7min。

用1%的琼脂糖凝胶电泳检查分析。

1.2.5 CP基因的克隆和序列分析 PCR扩增产物经

DNA回收试剂盒从琼脂糖凝胶中回收,回收的 PCR产

物和 T载体经 T4DNA连接酶连接后,转化大肠杆菌

DH5α感受态细胞,涂布在 LB固体培养基(含氨苄青

霉素100μg/ml,X?gal、IPTG),37℃过夜培养,挑取白色

菌落接种于含100mg/L氨苄青霉素的 LB培养液中,

37℃,250r/min震荡培养3h,取少量菌液进行 PCR检

测,将阳性菌系进行穿刺培养,送北京三博远志生物技

术有限责任公司测序。用 DNAMAN软件比较所克隆

的CP基因与 GenBank中部分已收录的 CMVCP基因

的核苷酸和推导氨基酸的序列同源性。

2 结 果

2.1 间接酶联免疫吸附法检测

  以CMV香蕉分离物为阳性对照(CK+),以健康落

葵为阴性对照(CK?),0.05mmol/L碳酸盐缓冲液为空

白对照(Blank),用本实验室制备的 CMV亚组Ⅰ多克

隆抗血清B3血清检测,反应结果见表1。由表1可以

看出,病样1和病样2与阳性对照一样,检测的OD405值

明显高于阴性对照2倍,也就是说它们都与本实验室

制备的CMV亚组Ⅰ多克隆抗血清呈阳性反应,都属于

亚组Ⅰ。表1 病毒分离物的ID?ELISA测定(A405吸收值)

Table1 ID?ELISAdeterminationofsamples

(absorbingvalueofA405)

Samples

AntiserumB3

ReadsⅠ Ⅱ Average

Reactions

Blank 0.439 0.433 0.436 -CK+ 2.252 2.448 2.350 +CK- 0.546 0.533 0.539 -Sample1 1.227 1.238 1.233 +Sample2 2.052 2.133 2.092 +

2.2 CMV?BaCP基因的克隆

  RT?PCR扩增产物的电泳结果显示,在1%的脂糖

凝胶上,2个病样的扩增产物均呈现一条分子量约为

650bp的DNA条带(图1),其大小与已报道的CMVCP

基因分子量基本相同。将扩增得到的基因片段克隆于

pMD18?T载体后,转化大肠杆菌 DH5α。挑取白色菌

落,进行菌落PCR检测,获得部分PCR阳性克隆。

图1 CMVCP基因RT?PCR扩增产物

Fig.1 RT?PCRamplificationofCMVCPgeneM:MarkerDL2000;1:Negativecontrol;

2:Diseasedsample1;3:Diseasedsample2

2.3 CMV?BaCP基因的序列分析

  分别随机挑取2个病样的 PCR阳性菌系穿刺培养,进行双向测序序列。测定结果表明,2个病样的 CP基因序列完全一致。所得CMV落葵分离物 CP基因全长657bp(GenBank上登陆号为 EF424776),编码 218

个氨基酸(图2)。

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中国生物工程杂志 ChinaBiotechnology Vol.28No.22008

图2 CMV?BaCP基因核苷酸序列以及推导的氨基酸序列

Fig.2 ThenucleotideandpredictedaminoacidsequenceofCMV?BaisolateCPgene

2.4 CMV?BaCP基因与 CMV两亚组部分 CP基因

序列的比较

  将CMV?BaCP基因与其它22个CMV株系或分离

物的CP基因序列进行同源性比较(表2),并根据它们

的核苷酸序列同源性,绘制系统进化树(图3)。从表

2,可以看出CMV?BaCP基因与亚组Ⅰ各株系或分离物

CP基因之间的核苷酸序列同源性为 91.17% ~

95.43%,推导氨基酸序列的同源性为 95.41% ~

97.71%。与亚组Ⅱ各株系或分离物 CP基因之间核苷

酸序列同源性为75.30% ~75.76%,推导氨基酸序列

的同源性为81.28%~81.74%。表明 CMV?Ba与亚组

Ⅰ株系或分离物同源性关系更密切,因而属于亚组Ⅰ。

表2 CMV?BaCP基因与CMV两亚组部分株系或分离物CP基因的核苷酸序列和氨基酸序列的同源性

Table2NucleotideandaminoacidsequencehomologyofCPgeneamongCMV?Baand

someCMVstrainsorislatesofsubgroupⅠ andsubgroupⅡ

StrainorIsolate AccessionNo. Origin NucleotideHomology(%) AminoacidHomology(%) Subgroup

BX DQ399550 China 91.17 95.87 ⅠCS AY429437 China 91.63 95.41 ⅠFny NC_002034 UnitedStates 92.85 96.79 ⅠK AF127977 UnitedStates 92.24 97.71 Ⅰ

KPS10 EF608461 Thailand 94.98 97.25 ⅠMaharastra DQ640743 India 95.13 96.33 ⅠPhy DQ412732 China 93.30 96.79 ⅠPl?1 AM183116 Spain 93.15 96.79 Ⅰ

Rauvolfia DQ914877 India 95.43 97.25 ⅠSD AF071551 China 93.46 97.25 ⅠSG15 AY560556 Thailand 95.13 97.25 ⅠLY AF198103 Australia 75.30 81.74 ⅡQ M21464 Australia 75.76 81.74 ⅡTN AB176847 Japan 75.45 81.74 ⅡWL D00463 UnitedStates 75.30 81.28 ⅡXb AF268598 China 75.61 81.28 Ⅱ

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2008,28(2) 牛立霞 等:侵染落葵的黄瓜花叶病毒分离物CP基因序列分析

图3 CMV?BaCP基因与CMV两亚组部分株系或分离物CP基因的核苷酸序列同源图示

Fig.3 SequencerelationshipdendrogramproducedfromnucleotidesequencehomologyofCPgene

amongCMV?BaandsomeCMVstrainsorislatesofsubgroupⅠandsubgroupⅡ

3 讨 论

  植物病毒 ELISA血清学反应在病毒鉴定上被广泛采用,并主要用于快速测定病毒病的发生,而核苷酸序

列分析方法则可更准确检测病毒,将具有极其微小差别

的2个或多个株系区分开,确定病毒的分类,是区分和鉴定病毒株系的最可靠的方法[13]。由于CMV基因组序列变异较大,株系繁多,分离自不同地区、不同寄主的

CMV在生物学和分子生物学特征上均具很大差别,使得抗CMV工作难度大为增加,因此对病毒所属亚组进行

鉴定是很有必要的。为此,作者采用 ELISA血清学反应和核苷酸序列分析方法相结合,对落葵花叶病病原进行

分析。

  CMV是雀麦花叶病毒科(Bromoviridae)黄瓜花叶病

毒属(Cucumovirus)的典型成员,是分布最广的植物病毒之一,基因组包括3个正单链 RNA和第4个亚基因组RNA。根据血清学关系和核苷酸序列分析等可将 CMV

分为2个亚组(亚组Ⅰ和Ⅱ)[14]。CMV核苷酸序列和氨基酸序列同源性在亚组间的株系中为76% ~84%,而在亚组内株系间却达90%以上[15]。通过 CP基因序列同源性比较,CMV?Ba与印度分离物CMV?Rauvolfia的核苷

酸序列和氨基酸序列同源性相对较高,核苷酸序列同源

性为95.43%,氨基酸序列同源性为97.25%,与 ELISA

血清学检测结果一致,验证其属于亚组Ⅰ。  国内外至今对由黄瓜花叶病毒引起的落葵花叶病

未见有报道,本文是首次对此病害及其病原进行了比较

系统地研究和报道,确定其属于 CMV亚组Ⅰ的成员,为

本地区CMV流行学研究奠定了基础。

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SequenceAnalysisofCoatProteinGeneofCucumberMosaicVirusIsolateInfectingBasellarubraL.

NIULi?xia NIUSheng?niao WANGJian?hua LIUZhi?xin(StateKeyLaboratoryofTropicalCropBiotechnology,InstituteofTropicalBioscienceandBiotechnology,Haikou 571101,China)

  Abstract CucumbermosaicviruswasdetectedfrominfectedBasellarubraL.withtheindirectenzyme?linkedimmunosorbentassay.TotalRNAwasextractedfrominfectedleavesandthecDNAsofcoatproteingeneofCMV?BawereobtainedbyRT?PCR.TheamplifiedcDNAfragmentswerethenclonedintopMD18?Tvectorandsequenced,theresultshowedthattheCPgenewas657nucleotidesinlength.ThissequencewasalignedwiththeobtainedCPgeneandsomeCMVstrainsorisolatesofsubgroupⅠ andsubgroupⅡ inGenBankusingDNAMANsoftware.TheresultsshowedthatCMV?Bashared90.9% ~93.8% and76.1% ~76.9% identitywiththeknownCPgenesofsubgroupⅠ andⅡ respectivelyinnucleotidelevel,ontheotherhand,aminoacidsdeducedfromCMV?BaCPgeneshared92.7% ~97.7% and72.4% ~78.1% identitywiththeknownCPproteinofsubgroupⅠ andⅡ,respectively.ThissuggestedthatCMV?BaCPgenebelongstoCMVsubgroupⅠ.

Keywords BasellarubraL. Cucumbermosaicvirus Coatproteingene Sequenceanalysis

001