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7株猪圆环病毒2型福建分离株全基因组序列分析

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福建农林大学学报(自然科学版) 第39卷第4期 Journal of Fujian Agriculture and Forestry University(Natural Science Edition) 2010年7月 7株猪圆环病毒2型福建分离株全基因组序列分析 郑敏 ,黄梅清 ,车勇良 ,邵良平 ,陈少莺 , (1.福建省农业科学院畜牧兽医研究所,福建福州350013;2.福建省畜禽疫病防治工程技术 研究中心,福建福州350013;3.福建农林大学动物科学学院,福建福州350002) 摘要:根据已发表的猪圆环病毒2型(PCV2)基因序列,分段设计2对PCV2特异性引物,用PCR方法扩增近年从福建省部 分发病猪场分离鉴定的7株PCV2的全基因序列并进行比对分析.结果表明:7株PCV2基因组全长1767 bp,与GenBank上 发表的17株PCV2参考毒株的同源性为94.7%~99.5%;7株PCV2分离株之间的全基因同源性高达98.4%一99.5%;7株 PCv2 ORF2编码蛋白均具有很强的亲水性和抗原性,其核苷酸及推导的氨基酸同源性高达98.9%一99.7%和97.9%一 99.6%,与参考毒株的同源性分别为91.1%一99.7%和85%一100%,存在一定的差异.可见,7株PCV2在基因水平上差异 不显著,在地域分布上也没有明显差异. 关键词:猪圆环病毒Ⅱ型;全基因组序列;比较 中图分类号:¥852.65 9.2 文献标识码:A 文章编号:1671-5470(2010)04-0370-04 Complete genomic sequence analysis of seven PCV2 strains isola/ed from pig farms in Fujian province of China ZHENG Min ’ ,HUANG Mei—qing , ,CHE Yong—liang ' ,SHAO Liang—ping。,CHEN Shao—ying ,。 (1.Institute of Animal Husbandry and Veterinary Medicine,Fujina Academy of Agriculturla Sciences,Fuzhou,Fujina 350013, China;2.Fujian Animal Diseases Control Technology Development Center,Fuzhou,Fujina 350013,China;3.CoUege of Animal Science,Fujian Agriculture and Forestyr University,Fuzhou,FujJan 350002,China) Abstract:According to the pubhshed gene sequence of procine circovirus type 2(PCV2)in GenBank,two pairs of speciifc primers were designed nad synthesized to amplify the complete genome of seven PCV2 strains isolated from local epidemic pig farms in Fujina province.The complete genome sequences of the seven PCV2 were compared with pubhshed genomes of seventeen PCV2 strains in GenBank.T results showed that the genomes of the seven PCV2 strains were 1767 bp in length.The homologous of hte complete genomic nueleotides among the seven isolates and compared with 17 PCV2 strains in GenBank was 98.4%一99.5%and 94.7%一 99.5%respectively.The ORF2 genes of the seven isolates were provided with highly hydrophilic property and immunogerticity.The homologous of nucleotide sequence and amino acid of the ORb2 genes were 98.9%一99.7%and 97.9%一99.6%among the seven isolates respectively.and were 91.1%-99.7%and 85%一100%compared with the PCV2 strains in GenBank.The results indiea. ted that complete genomes of the seven PCV2 strains were highly homologous and no signiifcant diferences were observed in genetic nad geographic origin. Key words:prcoine circovirus type 2;complete gcnome sequence;comparison 猪圆环病毒(porcine cireovirus,PCV)有2种基因型或血清型,即PCV1和PCV2.其中,PCV2可引起 多种疾病综合症,如断奶仔猪多系统衰竭综合症(post—weaning multisystemic wasting syndrome,PMWS)、猪 皮炎与肾炎综合征、猪呼吸道综合征、A2型先天性振颤、猪增生性和坏死性肺炎、繁殖障碍等疾病.病原学 和血清学调查证实PCV2呈世界性分布,朗洪武等于2000年…首次检测到PMWS中的PCV的ELISA抗 体,随后大部分省市均有报道,该病给养猪业造成巨大的经济损失.据报道,PCV2存在1767和1768 bp两 种基因型,基因组序列相对稳定,但分离自不同地区的毒株存在一定差异 J.本试验对7株近几年分离自部 分发病猪场的PCv2进行全基因克隆与测序,并与GenBank上已发表的PCV2毒株进行比较分析,比较PCv2 毒株之问的遗传发生关系和分子差异,明确Pcv2福建株基因序列的变异程度,进一步补充和丰富福建省 收稿日期:20o9一lO一12 修回日期:2009—12—09 基金项目:福建省科技厅重大项目(2006NZ003-2). 作者简介:郑敏(1983一),女,硕士.研究方向:分子病毒学.通讯作者陈少莺(1962一),女,研究员,硕士.研究方向:动物病毒病防治技术 Email一’-;elrlsy ̄8@163.com. 第4期 郑敏等:7株猪圆环病毒2型福建分离株全基因组序列分析 ・37l・ PCV2流行病学资料,旨在为今后深入研究该病的分子生物学特性以及开发有效的免疫制剂提供参考. 1材料与方法 1.1病毒株 7株PCV2均系本项目组在福建漳州、南平、宁德等地猪场采集,PMWS病例病料分离鉴定后保存,编 号分别为FJMH0508、rjrQOS1 1、FJZZ0512、FJGT0602、FJND0512、FJNP0412和GZ0604. 1.2主要试剂 . dNTPs、raq DNA聚合酶、RNA酶、性内切酶BamH I、Hind ̄I、克隆载体pMD18一T连接试剂盒,购 自宝生物(大连)工程有限公司;大肠杆菌(Escherichia coli)DH5a由福建省农业科学院畜牧兽医研究所动 物病毒室提供. 1.3全基因序列扩增和测序 1.3.1 引物设计与合成参照GenBank已发表的PCV2基因序列,分段设计合成2对引物.第1段扩增长 度1165 bp,引物为上游PC5(5 一ACC AGC GCA CTr CGG CAG C一3 )、下游PC3(5 一GGA AAT GTA GAC CAC GTA GG-3,).第2段扩增长度614 bp,引物为上游PC1(5 一TCT ACA m’CCA GCA GrIT TG-3 )、下游 PC6(5 一AAT ACT TAC AGC GCA CTr C一3 ). 1.3.2核酸提取dNTP、0.2 参照文献[3]的方法进行. LA Taq酶、0.4 IxL上下游引物、2 L DNA模板.2对引物PCR扩增条件均为:95℃预变 1.3.3 PCR反应体系2对引物均采用20 L反应体系,含l3.4 L DEPC、2 txL 10×LA PCR buffer、1.6 性5 min,94℃变性1 min、53.5 oC复性1 min、72 oC延伸1 arin,共35个循环,最后于72't2延伸10 min,置4 ℃保存. 1.3.4 PCR产物克隆和酶切鉴定用Biospin琼脂糖凝胶DNA回收试剂盒回收PCR产物,将回收的PCR 产物与pMD18一T载体连接,再将连接物转化入DH5a感受态细胞.用碱裂解法提取重组质粒DNA,对重组 质粒进行双酶切鉴定.重组质粒鉴定为阳性的送大连宝生物工程有限公司进行序列测定. 1.4全基因组特性分析 用DNAstar中的MegAlign程序将7株PCV2全序列与GenBank中登录的l7株PCV2和2株PCV1全 基因序列进行比对,分析其同源性、遗传变异情况和抗原表位等特性. ‘ 2结果与分析 2.1 PCR扩增 7株PCV2经PCR分段扩增均能出现与预计目的片段大小一致的特异性条带,引物PC1/C6和 PC3/PC5扩增片段大小分别为614和1 165 bp. 2.2重组质粒酶切鉴定 重组质粒经Hindlll和BamHI双酶切后电泳,结果与预计片段的大小一致,引物PC1/C6和PC3/PC5 扩增片段分别为614和1165 bp. 2.3 PCV2全序列及进化分析 测序结果经拼接后发现7株PCV2基因组全长均为1767 bp,与加拿大毒株AF027217比较发现,7个 分离株均在第1042位上缺失了一个碱基T.7株PCV2毒株在GenBank中的登录号分别为GU247990 (FJMH0508)、GU247989(VJFQ0511)、GU247987(FJZZ0512)、GU247991(FJGT0602)、GU247992 (FJNP0512)、GU233804(FJNP0412)、GU247988(GZ0604).7株PCV2之间的核苷酸同源性高达98.4%一 99.5%,亲缘关系密切;7株PCV2分离株与l7株参考病毒间基因组的同源性为94.2%一99.7%. 遗传进化分析结果(图1)表明,7株PCV2福建株与法国分离株在同一个分支上,亲缘关系最近,同源 性为99%左右,在此分支中,主要以中国分离株为主.其中,FJNP0412、FJMH0508、GZ0604、FJFQ0511组成 了一个小分支.FJZZ0512、FJND0512、FJGT0602与DQ201642(中国山东)、DQX8392(中国福建)、AF201897 (新西兰)、AY171626(中国广东)等组成了PCV2中的另一个小分支;FJGT0602与DQ201642(中国山东) 福建农林大学学报(自然科学版) 第39卷 D0201642CH^_sD20o5 FJGT0602 亲缘关系最近,同源性为99.7%;FJZZ0512与QD104422 (中国江苏)亲缘关系最近,同源性为99.7%;FJND0512 与AF201897(新西兰)亲缘关系最近,同源性为99.7%. 表明PCV2基因组差异可能与地域性关系不大. 2.4 PCV2 ORF2核苷酸及其推导的氨基酸同源性比较 QD104422XSC啪5 FJZ ̄512 AY579893zI200_l FJNP0512 ^Y2913l8CH^ H AF2O1897NEWSL^N2O00 EF452350US^20D7 AF055394FR D0l舳3292FJ2005 AY177626G咖3 I)06291 19US^2O07 FJMH0508 FJNP()4l2 GzcI602 同源性比较结果(表1)表明,7株PCV2福建株 ORF2全长702 bp,无缺失、无插入,编码233个氨基酸. 7株分离株间的ORF2核苷酸及其推导的氨基酸同源性 分别为98.9%一99.7%和97.9%一99.6%;与l7株参 考株PCV2 ORF2核苷酸及其推导的氨基酸同源性分别 为91.1%一99.7%和85%一100%.对ORF2推导的氨 FJFQ051l AFO27217CAN ^Y42440lAUS AFl54679TAl ABo72302J^PAN ^Y510375CH^.HZ ^Y556473chBSD ^Yl81946CH^_TJ AR756682US:D lAX694319EP:伪3 l10 8 6 4 2 0 基酸序列分析发现,7株分离株的ORF2编码的氨基酸 11.4 序列与17株参考毒株相比,共有6个位点存在变异,分 别是:FJND0512在l7位上由S变为N;FJNP0412和 核酸替换率(x100) 图1 PCV基因组全序列的进化发育树 Fig.I Phylogenetic tree of PCV complete gcnomes FJMH0508在3O位上由V变成L;FJFQ0511在44位上 131位上由T变成P. 由I变成T;7株分离株在63位上均由R变成K;FJNP0412在72位上由M变成T;FJGT0602和GZ0604在 表1 ORF2核苷酸及其推导的氨基酸同源性比较 Table 1 Identity comparison of nucleotide and amino acid for ORF2 ”右上侧为ORF2核苷酸J司源性比较,左F侧为ORF2推导的氨基酸同源性比较. 3讨论与结论 (1)本试验测定并分析了近年分离自福建省部分发病猪群7株PCV2流行株的基因组差异,结果表 明:分离株均为1767 bp亚型,7株PCV2之间的核苷酸同源性高达98.4%一99.5%,在基因水平上差异不 显著;而7株分离株与GenBank上登录的PCV2参考株间的全基因同源性为94.7%一99.5%.遗传进化分 析结果表明,目前全球PCV2主要分为两大支:一支以北美AF027217(加拿大)分离株为代表,另外还有 AY424401(澳大利亚)、AB072302(Et本)、AF15467(中国)分离株;另一支以欧洲分离株为代表,主要 第4期 郑敏等:7株猪圆环病毒2型福建分离株全基因组序列分析 ・373・ 有AF055394(法国)、AF201897(新西兰)和部分中国分离株.国外有研究认为,PCV2的遗传变异与地域有 关 ],但也有学者认为PCV2分离株与地域无关 J.而在本试验的基因进化树上,很难看出基因分支与地 理位置有关,国内大部分毒株与法国、新西兰的同属一个分支,且FJND0512与AF201897(新西兰)亲缘关 系最近;同时,我国的部分毒株与加拿大、澳大利亚、日本等国家的亲缘关系密切.由此发现不同地域的 PCV2分离株基因序列差异性不大,我国PCV2分离株的类型与地域之间没有明显的相关性.本试验结果 还表明,中国毒株的来源可能较为复杂,有的可能来源于欧洲,有的可能来源于美洲,这可能是由我国与欧 美等国家有频繁的种猪交流等原因造成的.然而,中国分离株之间在进化上又相对,亲缘关系较近,这 可能是因为PCV2传人我国的时间比较久,经长期的进化而逐渐形成中国的地方株. (2)ORF2是PCV2基因组变异性较大的片段,编码病毒的主要结构蛋白(Cap蛋白) j,由于Cap蛋 白与PCV2的致病性有关,其变异可能导致新型变异毒株的出现 .本试验测定的7株PCV2分离株的 ORF2长度均为702 bp,编码233个氨基酸,同源性为85%一100%.分析l7株参考PCV2株ORF2推导的 氨基酸序列,其N端相对保守,主要由碱性氨基酸组成,变异大多发生在52—92、121—152,180—230位的 3处高变异区.与参考毒株相比,7株分离株ORF2编码氨基酸序列共存在6个变异位点,分别在第17、3O、 44、63、72、13I位上.Liu et al 研究表明,位于l2一l8和34—4l位的氨基酸残基对PCV2的ORF2最重 要,对Cap蛋白的核内定位起着决定性的作用.本试验中FJND0512的第17位由s变为N,对Cap蛋白将 产生怎样影响还有待进一步研究.此外,本试验中7株PCV2毒株间在59—80和121—136位这2个与免 疫表位相关的位点均出现不同程度的变异,7株分离株在63位上都由R变成K,FJNP0412在72位上由M 变成T,FJGT0602和GZ0604在131位上由T变成P.Larochelle et al 研究表明,PCV2毒株间3个主要氨 基酸变异区域(59—80、121—136和180—191位)中有2个区域(59—80和121—136位)与由PepScan分 析编码ORF2的基因鉴定的2个主要免疫反应区域(65—87和1 13—147位)相对应,这些位点暴露于免 疫压力之下,有可能会发生突变而产生新的毒株.本试验分离株中产生的这些变异位点是偶然发生还是病 毒开始新的变异,产生具有不同于其他毒株组织嗜性和致病性的新型毒株,在病毒特异性上是否会有性质 的改变等特征还有待进一步证实. (3)ORF2基因亲水性和抗原表位分析表明,ORF2表达的蛋白N端富含精氨酸和碱性氨基酸,其l0 —40位具有高度的亲水性;在4一l4、34—39、65—87、113—147、177—180位可能存在抗原表位,ORF2具 有很强的抗原性,这与文献[9]报道的ORF2编码的蛋白可以被PCV2的多抗识别相一致.抗原表位是研. 究抗原的免疫机制和表位疫苗的基础,正是出于OR.F2的特性,使其成为临床上在分子生物水平上诊断 PCV2的理想抗原,对疫苗的研制和流行病学研究有重要意义. 参考文献 [1]郎洪武,张广川,吴发权,等.断奶仔猪多系统衰弱综合症血清抗体检测[J].中国兽医科技,2000,30(3):3—5. [2]OLVERA A,CORTEY M,SEGALES J.Molecular evolution of porcine circovims typo 2 genomes:phylogeny and elonality [J].Viorlogy,2007,357:175—185. [3]萨姆布鲁克J,拉塞尔D w.分子克隆实验指南[M].3版.北京:科学出版社,2002. [4]FENAUX M,HALBUR P G,GILL M,et a1.Genetic characterization of type 2 porcine circovirus from pigs with postweaning multisystemic wasting syndrome in different geographic rcgions of north America and development of a diferential PCR-・restric・- tion fragment length polymorphism assay to detect and diferentiate between infections with PCV一1 and PCV-2[J].J Clin Mi— crobiol,200o,38:2494—2503. 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