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        福建省一株豬瘟病毒流行毒株全基因組序列測定與分析

        2018-11-02 10:34:46魏春華劉建奎戴愛玲曾建平林煒明楊小燕
        動物醫(yī)學(xué)進(jìn)展 2018年10期
        關(guān)鍵詞:進(jìn)化樹毒株亞群

        魏春華,劉建奎,戴愛玲,曾建平,林煒明,楊小燕

        (龍巖學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院,福建省家畜傳染病防治與生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室,福建省生豬疫病防控工程技術(shù)研究中心,福建龍巖 364000)

        豬瘟(Classical swine fever,CSF)是由豬瘟病毒(Classical swine fever virus,CSFV)引起豬的一種接觸性和高度致死性的傳染病。感染豬會出現(xiàn)高熱、運(yùn)動失調(diào)、后肢無力、皮膚有出血點(diǎn)或出血斑等一系列臨床癥狀[1-2]。豬瘟是危害我國以及世界養(yǎng)豬行業(yè)最嚴(yán)重的疾病之一,被世界動物衛(wèi)生組織(OIE)列為必須報告的動物傳染病,我國將其列為一類動物疫病[3]。

        豬瘟病毒的病毒粒子呈圓形,是含有囊膜的單股正鏈RNA病毒。豬瘟病毒全基因組大小約為12.3 kb,含有一個開放式閱讀框架(open reading frame,ORF),CSFV的結(jié)構(gòu)蛋白和非結(jié)構(gòu)蛋白都是由ORF所編碼,翻譯一條含有3 898個氨基酸的多聚前體蛋白。該蛋白進(jìn)而被分解為E0、E1、E2、Npro、C、NS2、NS3、NS4A、NS4B、NS5A、NS5B等12種蛋白質(zhì),其中C、E0、E1、E2為病毒結(jié)構(gòu)蛋白,另外8種蛋白為非結(jié)構(gòu)蛋白[4]。

        目前,對防控豬瘟最有效且最普遍的措施是疫苗接種,我國豬瘟兔化弱毒苗是國際公認(rèn)最安全有效的弱毒疫苗,有效的控制豬瘟的流行[1,5]。但是我國近幾年豬瘟流行特點(diǎn)發(fā)生了很大的變化,以妊娠母豬帶毒綜合征,新生仔豬免疫耐受和隱形持續(xù)性感染為主,給養(yǎng)豬業(yè)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。福建省為中國的養(yǎng)豬大省,養(yǎng)豬業(yè)已成為當(dāng)?shù)氐闹еa(chǎn)業(yè),通過對福建省規(guī)?;i場CSFV的流行病學(xué)調(diào)查,發(fā)現(xiàn)CSFV的流行毒株從1.1亞型為主逐漸演化到 2.1b亞型為主[6],因此本研究對福建省一株處于2.1b亞群的CSFV株進(jìn)行全基因克隆和序列測定,以獲得CSFV比較全面的數(shù)據(jù)和信息,從而為預(yù)防控制豬瘟提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        1.1.1 病料來源 2014年8月在在福建省龍巖市某規(guī)模化豬場無菌采集疑似CSF豬的脾臟、腎臟、淋巴結(jié)、扁桃體等,將病料放至-70℃凍存?zhèn)溆?。PK-15細(xì)胞由龍巖學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗室保存。

        1.1.2 主要試劑 HRRI DNA酶抑制劑(40 U/μL)、M-MuLV 反轉(zhuǎn)錄酶(200 U/μL)、TaqDNA聚合酶(5 U/μL)、DNA Marker 2000、pMD19-T克隆載體,寶生物工程(大連)有限公司產(chǎn)品;RNA提取試劑盒、DNA純化回收試劑,天根生化科技有限公司產(chǎn)品。

        1.2 方法

        1.2.1 PCR引物 根據(jù)GenBank公布的CSFV毒株全基因組序列,參照文獻(xiàn)[7]設(shè)計合成11對引物用于CSFV病毒株全基因組序列擴(kuò)增,預(yù)期擴(kuò)增片段長度最長為948~1555 bp,引物由上海生工生物工程技術(shù)服務(wù)有限公司合成(表1)。

        表1 CN-CN-FJLY全基因的引物序列

        1.2.2 病毒分離 將處理過的病料上清液接種于長成單層的PK-15細(xì)胞,PBS清洗后加入DMEM維持液,在37℃、體積分?jǐn)?shù)為5%的CO2的條件下培養(yǎng)3 d~4 d后,凍融3次。取300 μL混合液接種PK-15細(xì)胞繼續(xù)盲傳3代,收取病毒液,置-80℃保存。

        1.2.3 CSFV全基因各個片段RT-PCR 提取病毒液的RNA,參考Takara反轉(zhuǎn)錄試劑盒說明書進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄,以cDNA為模板通過PCR方法分段擴(kuò)增CSFV基因組。

        1.2.4 PCR產(chǎn)物的克隆與測序 PCR產(chǎn)物的純化與回收按照天根生化科技有限公司的普通瓊脂糖凝膠DNA回收試劑盒進(jìn)行。連接反應(yīng)按pMD19-T載體連接試劑盒說明書進(jìn)行,將鑒定為陽性的重組菌液送往北京睿博興科生物技術(shù)有限公司測序。

        1.2.5 序列分析 采用DNAStar Lasergene 7.1程序中的CLUSTAL W程序進(jìn)行多序列比對。用MEGA 6.0軟件中的鄰近法(neighbor-joining tree with 1000 bootstrap)對CSFV基因組進(jìn)行遺傳進(jìn)化分析。本研究所用的參考序列見表2。

        2 結(jié)果

        2.1 RT-PCR擴(kuò)增結(jié)果

        經(jīng)病毒的分離培養(yǎng),獲得一株CSFV,將其命名為CN-FJLY。應(yīng)用RT-PCR方法分為11個片段對福建省分離的一株豬瘟流行毒株全基因進(jìn)行擴(kuò)增。結(jié)果顯示11個擴(kuò)增片段與預(yù)期目的片段大小一致,擴(kuò)增片段為952 bp~1 555 bp(圖1)。

        表2 22株CSFV參考毒株的信息

        2.2 目的基因的序列測序與分析

        將CN-FJLY毒株的各片段測序結(jié)果進(jìn)行拼接,結(jié)果顯示毒株基因組全長為12 296 bp(登錄號:MF679604 )。為了進(jìn)一步分析CN-FJLY毒株的基因組特性,將CN-FJLY毒株的各基因(Npro、C、Erns、E1、E2、p7、NS2、NS3、NS4A、NS4B、NS5A、NS5B)及非編碼區(qū)(5′UTR和 3′UTR)與參考株 (HCLV、Shimen、SXCDK、HEBZ、GXWZ02、HNLY-2011和Zj0801)進(jìn)行核苷酸和推導(dǎo)氨基酸序列較分析。結(jié)果顯示,CN-FJLY毒株的全基因組與處于2.1b亞群的HEBZ和GXWZ02同源性最高,為95.1%~97.0%,與處于1.1亞群的HCLV和Shimen的同源性最低,為81.5%~83.7%(表3)。與參考毒株相比,CN-FJLY毒株變異程度較大的是5′UTR、E2、P7、NS2、NS5A和3′UTR(表3)。

        M.DNA標(biāo)準(zhǔn)DL 2 000 ; 1.陰性對照;2~12.全基因各片段PCR產(chǎn)物M.DNA Marker DL 2 000 ; 1.Negative control; 2-12.PCR products of complete genome of CSFV

        HCLV(1.1)Shimen(1.1)SXCDK(2.1a)HEBZ(2.1b)GXWZ02(2.1b)HNLY-2011(2.1c)Zj0801(2.1d)Full genome84.485.393.094.397.092.394.25'UTR91.992.295.494.494.693.593.83'UTR83.384.594.696.095.594.698.2Npro85.587.392.994.497.691.395.293.593.597.095.8100.094.697.6C84.884.894.692.996.393.993.991.992.996.097.097.094.998.0Ems83.084.092.594.397.593.194.389.089.996.997.899.698.799.1E184.686.291.893.897.492.694.090.894.995.496.998.596.996.9E281.182.891.594.896.090.795.287.789.594.996.897.396.096.5P779.077.692.993.397.693.893.388.688.694.392.995.794.392.9NS283.483.590.793.395.490.792.990.289.995.095.896.795.094.1NS386.587.794.995.297.493.895.097.298.599.799.099.399.098.7NS4A89.487.995.595.598.092.993.997.098.598.598.5100.097.0100.0NS4B85.986.792.592.696.889.992.694.396.098.398.399.198.698.6NS5A82.084.291.093.796.691.293.486.587.994.995.897.493.995.6NS5B84.384.494.194.998.093.194.591.891.295.896.599.296.996.8

        注:粗體為核苷酸同源性,斜體為氨基酸同源性。

        Noet:Bold is nucleotide homology and italic is amino acid homology.

        2.3 遺傳進(jìn)化分析

        將CN-FJLY株CSFV的全基因組序列及E2基因分別與22株國內(nèi)外參考毒株進(jìn)行比對,并建立系統(tǒng)遺傳進(jìn)化樹?;贑SFV全基因組序列構(gòu)建的遺傳進(jìn)化樹表明,CN-FJLY毒株與GXWZ02、HEBZ等毒株處于同一進(jìn)化樹分支,為2.1b亞群(圖2)?;贓2基因構(gòu)建的遺傳進(jìn)化樹的分析結(jié)果與全基因組的分析結(jié)果一致(圖3)。

        圖2 CSFV全基因組核苷酸序列遺傳進(jìn)化樹

        圖3 CSFV E2基因核苷酸序列遺傳進(jìn)化樹

        2.4 E2基因推導(dǎo)氨基酸序列分析

        CSFV E2基因推導(dǎo)氨基酸序列分析表明,CN-FJLY株與疫苗株HCLV相應(yīng)氨基酸位點(diǎn)相比,有45個氨基酸突變位點(diǎn)。研究表明,B/C區(qū)域中第705、710、713、729、734等位點(diǎn)氨基酸的變異將導(dǎo)致毒株逃脫與特定單抗的免疫反應(yīng),CN-FJLY在713、725、729、734和738氨基酸位點(diǎn)發(fā)生氨基酸替換(圖4)。

        圖4 CSFV E2基因氨基酸序列分析

        3 討論

        研究表明,HCLV疫苗株在堿基組3′-NTR含有一段富含T的13個連續(xù)堿基的插入序列,CN-FJLY株不存在這樣的分子標(biāo)記,表明該毒株是一株CSFV野毒株[8-9]。根據(jù)CSFV基因組的5′-UTR、E2以及NS5B序列的差異性,豬瘟病毒可被分為3個基因型11個基因亞型(1.1~1.4、2.1~2.3、3.1~3.4)[10-11],2.1亞型進(jìn)一步分為2.1a、2.1b、2.1c、2.1d[12-14]。豬瘟兔化弱毒疫苗株處于1.1亞群,雖然弱毒疫苗的廣泛使用使豬瘟的危害得到了有效的控制,但是豬瘟在我國時有發(fā)生,對我國養(yǎng)豬業(yè)仍然造成不同程度的經(jīng)濟(jì)損失。分子流行病學(xué)調(diào)查表明福建省CSFV的流行毒株從1.1亞型為主逐漸演化到2.1b亞型為主。為了進(jìn)一步明確2.1b亞型CSFV毒株的分子流行病學(xué)特征,本研究對福建省CN-FJLY進(jìn)行了全基因組序列的測定及分析,以期為CSF的防控提供依據(jù)。

        CN-FJLY毒株全基因組與參考毒株進(jìn)行全基因組及各個基因的同源性分析,結(jié)果表明CN-FJLY毒株核苷酸同源性與2.1b亞群的 GXWZ02毒株最高,為97.0%,而與屬于1.1亞群的Shimen株、HCLV株核苷酸同源性分別為85.3%、84.4%;基于CSFV全基因組和E2基因構(gòu)建的系統(tǒng)進(jìn)化樹也表明,CN-FJLY與GXWZ02、HEBZ等親緣關(guān)系較近,屬于2.1b亞群,與處于1.1亞群的疫苗毒株HCLV和Shimen毒株親緣關(guān)系較遠(yuǎn),表明福建省豬瘟病毒流行毒株正向遠(yuǎn)離疫苗株方向變異,這種變異是否導(dǎo)致豬瘟兔化弱毒疫苗株對CN-FJLY毒株保護(hù)力不全,從而使CSFV不完全免疫或免疫失敗,有待進(jìn)一步研究驗證。各基因的同源性比較結(jié)果顯示,與HCLV相比CN-FJLY的Ems、E2、P7、NS2和NS5A變異較大,非編碼區(qū) 3′UTR的變異程度高于5′UTR。研究表明,CSFV E2蛋白中位于713-719位有一段較為保守的序列GGLTTTW,該序列對蛋白抗原性的產(chǎn)生有非常重要的作用。在測定的序列中,CN-FJLYFJLY毒株在713位發(fā)生了G→E變異。CSFV E2基因在第705、710、713、725、729、734、738位等氨基酸位點(diǎn)的改變,會致使豬瘟毒株逃脫與特定單抗的免疫反應(yīng),CN-FJLY在713、725、729、734、738氨基酸位點(diǎn)發(fā)生氨基酸替換,可能會導(dǎo)致CSFV流行毒逃脫兔化弱毒疫苗的免疫保護(hù),從而引起免疫失敗[15]。

        綜上所述,福建省處于2.1b亞群的CSFV流行毒株與中國標(biāo)準(zhǔn)參考參考毒株Shimen、HCLV疫苗株存在較大差異,豬瘟兔化疫苗是否能對其起到完全的免疫保護(hù),需要進(jìn)一步研究。同時需要實(shí)時監(jiān)控福建省各個地區(qū)豬瘟流行毒株的遺傳特性,從而全面的了解福建省整體豬瘟的流行形勢,為防控豬瘟提供理論依據(jù)。

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