我国草莓病毒主要有草莓斑驳病毒(SMoV)、草莓镶脉病毒(SVBV)、草毒皱缩病毒(SCV)和草莓轻型黄边病毒(SMYEV),通常发生混合侵染。本研究针对我国4种草莓病毒的外壳蛋白基因部分序列设计引物,通过优化多重RT-PCR反应条件,建立起能同时检测4种草莓病毒的多重RT-PCR检测体系。应用该体系成功对4种病毒复合侵染的草莓材料进行多重RT-PCR扩增,得到278、394、731和861 bp共4条特异性条带。测序结果表明,4种病毒序列与相应的参考序列相似性均达98%以上。对草莓茎尖脱毒和叶片离体再生的试管苗样品进行检测,结果显示,该方法可以同步、快速、特异地检测出受侵染寄主植物中的4种病毒,并且灵敏度高。
全 文 :核 农 学 报 2013,27(11):1630 ~ 1635
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
收稿日期:2013⁃05⁃06 接受日期:2013⁃09⁃02
基金项目:国家自然科学基金项目(31101534),福建省自然科学基金项目(2010J0111),福建省农业科学院科技创新团队重点科研项目
(CXTD2011 - 20)。
作者简介:朱海生,男,副研究员,主要从事园艺植物生理生化与分子生物学研究。 E⁃mail:zhs0246@ 163. com
通讯作者:温庆放,男,研究员,主要从事蔬菜栽培和育种研究。 E⁃mail:fjvrc@ 163. com
文章编号:1000⁃8551(2013)11⁃1630⁃06
四种草莓病毒 SMoV、SVBV、SCV、SMYEV
多重 RT⁃PCR检测
朱海生1,2,3 花秀凤4 陈敏氡5 温庆放1,2,3
( 1 福建省农业科学院作物研究所,福建 福州 350013;2 福建省农业科学院蔬菜研究中心,福建 福州 350013;
3福建省蔬菜工程技术研究中心,福建 福州 350013;4 福州市蔬菜科学研究所,福建 福州 350012;
5福建农林大学园艺学院,福建 福州 350002)
摘 要:我国草莓病毒主要有草莓斑驳病毒(SMoV)、草莓镶脉病毒(SVBV)、草毒皱缩病毒(SCV)和草
莓轻型黄边病毒(SMYEV),通常发生混合侵染。 本研究针对我国 4 种草莓病毒的外壳蛋白基因部分序
列设计引物,通过优化多重 RT⁃PCR反应条件,建立起能同时检测 4 种草莓病毒的多重 RT⁃PCR 检测体
系。 应用该体系成功对 4 种病毒复合侵染的草莓材料进行多重 RT⁃PCR扩增,得到 278、394、731 和 861
bp共 4 条特异性条带。 测序结果表明,4 种病毒序列与相应的参考序列相似性均达 98%以上。 对草莓
茎尖脱毒和叶片离体再生的试管苗样品进行检测,结果显示,该方法可以同步、快速、特异地检测出受侵
染寄主植物中的 4 种病毒,并且灵敏度高。
关键词:草莓;病毒;多重 PCR;检测
草莓(Fragaria × ananassa Duch. )是一种营养价
值和经济价值较高的园艺植物[1 - 2],主要靠葡匐茎埋
压及分株提供种苗。 在长期无性繁殖中,很容易感染
多种病毒,从而造成草莓品种的种性退化,一旦感染病
毒便会代代相传,使草莓长势、品质及产量严重下
降[3 - 4]。 据调查,草莓病毒病危害可使草莓减产 30%
~80% [5 - 6],我国因草莓病毒病每年减产 35 万吨,直
接经济损失 30 亿元[7]。 目前已报道侵染草莓的病毒
有 20 多种,其中对生产造成严重损失的病毒病害主要
有四类草莓病毒病原:草莓斑驳病毒(strawberry mottle
virus,SMoV)、草莓镶脉病毒( strawberry vein banding
virus,SVBV)、草毒皱缩病毒( strawberry crinkle virus,
SCV)、草莓轻型黄边病毒(strawberry mild yellow edge
virus,SMYEV) [8 - 10]。 推广应用脱毒种苗,可有效防止
病毒病的危害,草莓病毒脱除通常采用茎尖分生组织
法、热处理法、热处理与茎尖分生组织相结合法及花药
愈伤组织再生苗法等[11 - 14]。
病毒检测手段是病毒研究的一个重要环节,草莓
病毒常规的检测方法有直观测定法、指示植物检测法、
血清学检测、电子显微镜检测法和分子生物学检测
法[15 - 17]。 以 聚 合 酶 链 式 反 应 ( polymerase chain
reaction,PCR)技术为代表的分子生物学检测技术,检
测病毒具有快速、灵敏等优点,正逐渐成为病毒检测的
主要方法[16]。 目前已有利用 PCR 技术对草莓 SMoV、
SVBV、 SCV、 SMYEV 4 种 病 毒 进 行 检 测 的 报
道[6,19,16 - 23]。 单重 PCR一个反应只能检测一种病毒,
草莓病毒多是复合侵染,利用单重 PCR分别对多种病
毒进行系统检测的工作量较大。 多重 PCR 技术可在
一次 PCR反应中同时检测多种病毒或鉴定病毒的不
同株系,提高检测效率、降低检测成本,是病毒检测的
一个重要发展方向[23],草莓上已有运用多重 PCR对 2
种和 3 种草莓病毒同时进行了检测报道[6,11,23]。 但运
用 4 重 PCR同时检测草莓 SMoV、SVBV、SCV、SMYEV
4 种病毒鲜见报道。
本研究旨在针对草莓 SMoV、SVBV、SCV、SMYEV
4 种病毒,以单一 RT⁃PCR 为基础,通过对反应条件和
0361
11 期 四种草莓病毒 SMoV、SVBV、SCV、SMYEV多重 RT⁃PCR检测
参数的摸索与优化,建立多重 RT⁃PCR 检测方法,实现
4 种病毒的同时高效快速检测,为草莓病毒检测提供
一种方便、高效的分子学方法,为草莓无病毒苗的实际
生产提供技术支撑。
1 材料与方法
1 1 材料
具有典型病毒症状的试验草莓叶片采自福建省农
业科学院作物研究所试验基地,草莓病毒指示植物
UC5 和 EMC由沈阳农业大学张志宏教授惠赠,保存于
福建省蔬菜工程技术研究中心实验室。
1 2 RNA 的提取和反转录
按照百泰克公司通用植物总 RNA 提取试剂盒方
法提取草莓总 RNA,之后按大连宝生物有限公司的
PrimeScriptTM 1st Strand cDNA Synthesis Kit试剂盒的方
法合成 cDNA第一链。
1 3 引物设计
根据 GenBank 中 SMoV(Genbank Accession No.
AJ311875 1, AJ311876 1 )、 SMYEV ( Genbank
Accession No. D12517)、SCV(Genbank Accession No.
AY005146 1, AY250986 2 ) 和 SVBV ( Genbank
Accession No. NC 001725 1,FM 867860 1)的基因组序
列和文献资料设计引物(表 1),其中 SMYEV 和 SVBV
引物根据参考文献[11,23]设计,SMoV 和 SCV 引物为本
实验室设计。
表 1 多重 PCR扩增的病毒特异引物序列
Table 1 Virus⁃specific prmies used in multiplex RT⁃PCR detection
病毒
Virus
引物名称
Primer name
引物序列
Sequence(5′→3′)
扩增产物大小
Product size(bp)
SMYEV SMYEVF CCGCTGCAGTTGTAGGGTA 861
SMYEVR CATGGCACTCATTGGAGCTGGG
SCV SCVF CTATTTGGGATGACTGAACTGT 731
SCVR AATCTGAGCCTCCATTCCTTGC
SMoV SMoVF AACCATCCAGTAAGCGACCAC 394
SMoVR TTCAAGGCACCACAGAACCTA
SVBV SVBVF GAATGGGACAATGAAATGAG 278
SVBVR AACCTGTTTCTAGCTTCTTG
1 4 单重 RT⁃PCR
PCR反应体系为 1μL cDNA, 0 4 μmol·L - 1引物,
2 5mmol·L - 1 dNTP, 1U Taq DNA 聚合酶,2 5 μl 10
× PCR 缓冲液,加入灭菌的超纯水至 25μL。 反应程
序为:94℃预变性 3min 后进行下列循环:94℃变性 30
s, 52℃退火 30 s, 72℃延伸 1min, 35 个循环,最后
72℃延伸 7min。
1 5 多重 RT⁃PCR检测体系优化和建立
在单一 RT⁃PCR的基础上,在同一 PCR 反应体系
中同时加入 4 对引物进行 4 重 PCR 反应,对多重 RT⁃
PCR体系中引物浓度(表 2)、退火温度(50、52、54、56
和 58℃ )、延伸温度(68、70 和 72℃ )等因素进行比较
试验。
表 2 多重 RT⁃PCR引物不同用量组合
Table 2 Combinations of primer sets
病毒
Virus
浓度设置组合
Concentration sets
1 2 3 4 5 6
SMYEV 0. 4 0. 4 0. 4 0. 4 0. 4 0. 3
SCV 0. 4 0. 5 0. 5 0. 5 0. 5 0. 5
SMoV 0. 4 0. 5 0. 6 0. 7 0. 7 0. 7
SVBV 0. 4 0. 4 0. 4 0. 4 0. 5 0. 5
1 6 检测灵敏度测定
将 RNA 样品依次稀释 100、10 - 1、10 - 2、10 - 3和
10 - 4倍后进行反应,检测其灵敏性。
1 7 PCR产物序列分析
4 种病毒 PCR扩增产物经 1%的琼脂糖电泳检测
后,回收纯化连接到 pMD18 - T 载体上,转化大肠杆
菌,挑取阳性克隆子,PCR 检测后送公司测序,利用生
物信息学数据库和软件进行分析。
1361
核 农 学 报 27 卷
1 8 样品检测
提取茎尖脱毒和叶片离体再生的试管苗草莓总
RNA,进行多重 RT⁃PCR 检测,验证多重 RT⁃PCR 检测
效果。
2 结果与分析
2 1 单重 PCR电泳检测结果
根据设计的草莓 SMYEV、SCV、SMoV 和 SVBV 4
种病毒的特异引物,以反转录合成的 cDNA为模板,分
别进行 PCR 扩增,均能得到单一的清晰条带(图 1),
测序显示 SMYEV、SCV、SMoV、SVBV大小分别为 861、
731、394 和 278 bp,符合预期目标,与 GenBank 中已发
表的基因序列相似性在 97% ~ 99%之间,说明扩增出
的 4 条片段为草莓 4 种病毒的特异片段。
Note: M: Marker DL2000; 1: SMYEV; 2: SCV; 3: SMoV; 4:SVBV.
图 1 草莓 4 种病毒单重 PCR
Fig. 1 Simple PCR detection of four strawberry viruses
2 2 多重 RT⁃PCR检测体系优化和建立
在单 重 RT⁃PCR 的 基 础 上, 首 先 按 照 0 4
umol·L - 1的终浓度等量加入 4 对引物,采用 52℃的退
火温度,结果显示 SMoV 和 SCV 片段较弱(图 2 泳道
1),将 SMoV和 SCV引物的浓度提高到 0 5μmol·L - 1,
其他引物浓度保持不变,结果显示 SCV 片段变亮,
SMoV片段仍较弱(图 2 泳道 2),再将 SMoV引物的浓
度提高到 0 6μmol·L - 1,结果显示 SMoV 片段亮度有
所加强(图 2 泳道 3)。 在此基础上,进一步调整 4 对
引物浓度(图 2 泳道 4、5),最终结果显示当 SMYEV引
物浓度为 0 3μmol·L - 1,SCV 为 0 5μmol·L - 1,SMoV
为 0 7μmol·L - 1,SVBV为 0 5μmol·L - 1时多重 PCR扩
增效果较好(图 2 泳道 6)。
退火温度试验表明(图 3),退火温度从 50℃到
58℃都能获得理想的结果,差异不大,只有在退火温度
为 50℃ 时,4 种病毒的目的条带略暗,综合考虑,退火
温度定为 54℃。 延伸温度也是一个重要因素,3 个延
伸温度(68、70 和 72℃ )结果表明(图 4),70℃延伸温
度相对较好,也比较稳定。
综合以上研究结果,建立了 4 重 RT⁃PCR 反应体
系为 25μL,其中, 2 5μl 10 × PCR 缓冲液、 1μL
cDNA、2 5mmol·L - 1 dNTP、 1U Taq DNA 聚合酶、
SMYEV引物 0 3μmol·L - 1、SCV 引物 0 5μmol·L - 1、
SMoV引物 0 7 μmol·L - 1、SVBV引物 0 5umol·L - 1,加
入灭菌的超纯水至 25μL。 反应程序为:94℃预变性
3min后进行下列循环:94℃变性 30 s, 54℃退火 40s,
70℃延伸 1 5min, 35 个循环,最后 72℃延伸 7min。
注:M: Marker DL2000;1 - 6:见表 2 中不同浓度组合
Note:M: Marker DL2000;1 - 6:Different concentration combinations.
图 2 多重 RT⁃PCR引物浓度优化
Fig. 2 Optimization of primer concentration
of the multiplex RT⁃PCR
2 3 检测灵敏度分析
将 RNA样品依次稀释 100、10 -1、10 -2、10 -3和 10 -4
倍逆转录后进行多重 RT⁃PCR反应,扩增产物进行 1%
琼脂糖凝胶电泳(图 5),检测其灵敏性。 在稀释 10 -2倍
后,扩增出特异条带很清晰,当稀释到 10 -3和 10 -4倍
后,仍能扩增出条带,但条带比较微弱。 依据抽提核酸
的样品质量,可以得出 SMYEV、SCV、SMoV 和 SVBV 4
种病毒的检测灵敏度相当于 10 -2mg样品组织。
2 4 样品检测
用已建立的多重 RT⁃PCR检测茎尖脱毒和叶片离
2361
11 期 四种草莓病毒 SMoV、SVBV、SCV、SMYEV多重 RT⁃PCR检测
Note:M: Marker DL2000;1: 50℃; 2: 52℃;
3: 54℃; 4: 56℃; 5: 58℃ .
图 3 多重 RT⁃PCR退火温度优化
Fig. 3 Optimization of anneal temperature o
Note: M: Marker DL2000;1: 68℃; 2: 70℃; 3:72℃ .
图 4 多重 RT⁃PCR延伸温度优化
Fig. 4 Optimization of Extension temperature
体再生的试管苗样品,在 10 株茎尖脱毒样品中,7 株
完全脱出病毒,有 3 株脱除效果不彻底,其中 1 株带有
SMYEV和 SCV 病毒,1 株带有 SMYEV、SCV 和 SMoV
病毒; 5 株叶片离体再生样品大部分都带有病毒,3 株
带有 4 种病毒,1 株带有 SMYEV、SMoV 和 SVBV 3 种
病毒(图 6)。 表明本研究建立的多重 RT⁃PCR 检测体
系可以快速、高效、特异地检测出受侵染寄主植物中 4
种病毒。
注:M:DL 2000 Marker;1:稀释 100;2:稀释 10 - 1;
3:稀释 10 - 2;4:稀释 10 - 3 5:稀释 10 - 4。
Note:M: DL 2000 Marker; 1: 100 dilutions; 2: 10 - 1 dilutions;
3: 10 - 2 dilutions; 4: 10 - 3 dilutions; 5: 10 - 4 dilutions.
图 5 多重 RT⁃PCR敏感性试验
Fig. 5 Sensitivity of multiple RT⁃PCR
注:M:DL 2000 Marker;1 - 5:叶片离体再生植株;
7 - 16:茎尖培养植株;6:阳性对照;17:阴性对照。
Note:M:DL 2000 Marker;1 - 5:microplant from leave
regeneration;7 - 16:microplant from stem tip culture;
6:positive contro1;17: Negative contro1.
图 6 草莓组培苗检测结果
Fig. 6 Detection of virus of in vitro strawberry plantlets
3 讨论
草莓易受到病毒病的侵染,造成生长势衰退、品质
变劣、产量降低等退化现象[10,24]。 SMoV、SVBV、SCV、
SMYEV是侵染我国草莓的 4 种主要病毒,总侵染率为
80 2% ,其中单病毒的侵染率达 41 6% ,两种以上病
毒的复合侵染率达 38 6% [25 - 26]。 采用草莓脱毒种苗
是提高草莓产量和品质,促进草莓产业化的有效途
3361
核 农 学 报 27 卷
径[27]。 采用各种脱毒技术所获得的草莓苗并不一定
都能完全脱除病毒,因此,在把这些草莓植株作为生产
无病毒原种苗的母株之前,需要进行无病毒检测鉴
定[4]。 草莓病毒的检测技术是草莓无病毒种苗生产
的关键技术之一,建立快速、准确地草莓病毒检测体系
具有非常重要的意义。 以往草莓病毒检测主要有小叶
嫁接法、酶联免疫吸附分析法等,但均存在局限性[11]。
核酸水平上的病毒检测技术因具有灵敏度高、特异性
强、适应范围广、不受检测时间的限制和操作简便快速
等优势正逐步成为最实用的病毒检测方法[21]。
以 PCR 为基础的分子生物学技术因其在草莓病
毒检测中具有特异性强、检测快速灵敏和费用相对较
低,适应范围广泛等特点,所以具有广阔的应用前景,
相对于单重 PCR,多重 PCR同时检测多重病毒可以提
高检测效率、降低检测成本,已经广泛应用到各类动植
物病毒检测上[28 - 30]。 草莓上张志宏等[6]应用多重
RT⁃PCR检测了草莓斑驳病毒和草莓轻型黄边病毒,
孙崇波等[11]、杨洪一等[23]利用多重 RT⁃PCR 检测了
SMoV、SVBV、SMYEV 3 种草莓病毒。 本研究在前人研
究基础上,探索利用多重 PCR 同时检测草莓 SMoV、
SVBV、SCV、SMYEV 4 种病毒。 在多重 RT⁃PCR 反应
中,引物的设计至关重要,它决定着多重 PCR 反应的
成功与否[31]。 本研究在参考相关研究[11,23]基础上,
设计草莓 4 种病毒特异引物,避免引物之间的相互影
响,同时要尽量使各对引物的退火温度相一致, 扩增
出的条带具有特异性,并且有一定差异,便于直接判定
扩增结果;引物浓度也是影响多重 RT⁃PCR 的一个重
要的因素[32],本研究在单重 PCR 基础上,对多重 RT⁃
PCR引物浓度进行调整,获得一个合适浓度,同时优
化了反应条件和参数,最终建立多重 RT⁃PCR 检测方
法,实现 4 种病毒的同时快速检测,并且具有良好的特
异性和敏感性,为草莓病毒检测供了一条快速、准确的
检测途径,对草莓无病毒苗生产检测技术研究与应用
具有重要意义。
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Detection of four viruses(SMoV、SVBV、SMYEV and SCV)
infecting strawberry by multiplex RT⁃PCR
ZHU Hai⁃sheng1,2,3 HUA Xiu⁃feng4 CHEN Min⁃dong5 WEN Qing⁃fang1,2,3
( 1Crops Research Institute, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou, Fujian 350013;
2 Vegetable Research Center, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou, Fujian 350013;
3 Fujian Engineering Research Center for Vegetables, Fuzhou, Fujian 350013;
4Fuzhou Vegetable Institute, Fuzhou, Fujian 350012;
5College of Horticulture, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002)
Abstract:Strawberry plants are frequently infected by Strawberry Mottle Virus(SMoV)、Strawberry Vein Banding Virus
(SVBV)、Strawberry Crinkle Virus(SCV) and Strawberry Mild Yellow Edge Virus(SMYEV),and sometimes complexly
infected in China. Four pairs of specific primers were designed according to the partial coat protein gene sequences of
the four viruses. A method of detecting SMoV、SVBV、SCV and SMYEV by multiplex RT⁃PCR was established through
progressively adjusting and optimizing the RT⁃PCR conditions. The expected fragments of 278 bp ( SVBV)、394 bp
(SMoV)、731 bp( SCV) and 861 bp ( SMYEV) were successfully amplified by the multiplex RT⁃PCR system. The
results verified that this system was useful for simultaneous detection of these four viruses from microplant obtained by the
stem tip culture and leave regeneration.
Key words:Strawberry;Virus;Multiplex RT⁃PCR;Detection
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