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Detection of Tomato yellow leaf curl virus by real time quantitative PCR combining with magnetic nanoparticles

应用纳米磁珠实时荧光定量PCR方法检测番茄黄化曲叶病毒



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  44(2): 221 ̄224(2014)
收稿日期: 2013 ̄07 ̄03ꎻ 修回日期: 2013 ̄10 ̄09
基金项目: 公益性行业(质检)科研专项(201110035)
通讯作者: 邓丛良ꎬ高级农艺师ꎬ主要从事植物病毒检测技术研究ꎻE ̄mail: dengcl@bjciq􀆰 gov􀆰 cnꎮ
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研究简报
应用纳米磁珠实时荧光定量 PCR方法检测
番茄黄化曲叶病毒
赵晓丽1ꎬ 周 琦1ꎬ 孙 宁2ꎬ 邓丛良1∗
( 1北京出入境检验检疫局植物实验室ꎬ北京 100026ꎻ2东南大学ꎬ南京 210096)
Detection of Tomato yellow leaf curl virus by real ̄time quantitative PCR combining
with magnetic nanoparticles  ZHAO Xiao ̄li1ꎬ ZHOU Qi1ꎬ SUN Ning2ꎬ DENG Cong ̄liang1  (1Plant Labo ̄
ratory of Beijing Inspection and Quarantine Testing Centerꎬ Beijing 100026ꎬ Chinaꎻ 2Southeast Universityꎬ Nanjing 210096ꎬ China)
Abstract: In order to develop a rapidꎬ sensitive and specific qPCR assay for detection and quantification of
Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV)ꎬ a pair of primers and TaqMan probe were designed according to the
conserved sequence of known TYLCV isolates􀆰 Combining with MNP techniqueꎬ a novel MNP-qPCR detection
method was established and verified based on specificityꎬ sensitivity and reproducibility tests􀆰 The results indica ̄
ted that the Ct value of plotted standard curve showed good linear relationship(R2 =0􀆰 9994)with the log of copy
number of template􀆰 The established method showed a high specificity for TYLCV detection without crossing
reaction with Tomato severe leaf curl virus and Tomato yellow leaf curl Sadinia virusꎬ and was 10-fold more
sensitive than routine PCR􀆰 Both coefficients of variation were less than 2%ꎬ indicating a good reproducibility􀆰
We have provided a novel method for detection of TYLCV in plant samples rapidly and quantitatively􀆰
Key words: Tomato yellow leaf curl virusꎻ detectionꎻ MNPꎻ qPCR
文章编号: 0412 ̄0914(2014)02 ̄0221 ̄04
    番茄黄化曲叶病毒(Tomato yellow leaf curl vi ̄
rusꎬ TYLCV)为双生病毒科(Geminiviridae)菜豆金
色花叶病毒属(Begomovirus)成员ꎬ于 1964 年在以
色列首次发现[1]ꎬ目前我国已有 15个省(自治区、直
辖市)发现该病毒[ 2 ]ꎬTYLCV 主要通过烟粉虱传
播ꎮ
    随着分子生物学技术的不断发展ꎬ许多快速高
效的检测 TYLCV 的方法被建立并应用于实际检
测ꎬ其中以 PCR 技术最具实用性ꎮ 研究表明 PCR
技术是 TYLCV 检测的有效手段之一[3]ꎬ而实时荧
光定量 PCR( real-time quantitative PCRꎬ qPCR)不
仅比普通 PCR 更加快速、灵敏[4]ꎬ而且能够对模板
进行准确定量ꎮ 核酸提取是现代分子生物学操作最
基本、最关键的步骤ꎬ它是下游核酸检测的基础ꎮ 近
年来出现的通过纳米磁珠(magnetic nanoparticlesꎬ
MNP)法提取植物核酸ꎬ避免了植物寄主中多糖及
一些酚类物质对 PCR反应的影响ꎬ有效克服了传统
核酸提取方法步骤繁琐、耗时长、收率低、接触有毒
试剂、难以实现自动化等缺陷ꎬ该方法已应用于部分
植物病毒的检测[5]ꎮ 本研究通过纳米磁珠提取样品
中核酸ꎬ与实时荧光定量 PCR 技术结合ꎬ建立了
TYLCV的MNP-qPCR检测方法ꎮ
1  材料与方法
1􀆰 1  材料
    TYLCV阳性材料采自北京田间番茄样品ꎮ 番
 
植物病理学报 44卷
茄重型曲叶病毒 ( Tomato severe leaf curl virusꎬ
ToSLCV)和撒丁岛番茄黄化曲叶病毒 (Tomato
yellow leaf curl Sadinia virusꎬ TYLCSV)购自美国菌
种保藏中心 (American Type Culture Collectionꎬ
ATCC)ꎮ Fe3O4 / SiO2核壳结构纳米磁珠由本实验
室制备ꎮ
1􀆰 2  引物及探针的设计与合成
    根据NCBI核酸序列数据库中 TYLCV不同分离
物保守序列ꎬ设计 1对引物和 1条 TaqMan探针ꎮ 引
物和探针由大连宝生物技术公司合成ꎬ其序列如下:
上游引物 TYLCV-FP: 5′ GTCCTGGATTGCAGAG ̄
GAAGAT 3′(1703 -1724)ꎻ下游引物 TYLCV-RP:
5′ GCGTGGTACAACGTCATTGATG 3′(1859-1838)ꎻ
TaqMan探针 TYLCV-Probe: 5′ FAM-CGTACTTT ̄
GTGTTGCTTTGCCAGTCCCT-TAMRA 3′(1 760 ~
1 787)(引物与探针位点参照TYLCV基因ꎬGeneBank
登录号:GU983859)ꎮ
1􀆰 3  MNP法提取 DNA
    称取 100 mg 发病番茄叶片ꎬ加入 1 mL 的研
磨液 ( 5 M 异硫氰酸胍、 0􀆰 1% TritonX ̄100、 2%
PVP)进行充分研磨ꎬ5 000 rpm离心 5 minꎮ 取 100
μL上清液于 1􀆰 5 mL 离心管中ꎬ加入 1 mg MNP
和 1倍体积的无水乙醇ꎬ上下颠倒混匀ꎬ室温放置
5 minꎮ 磁分离后弃上清液ꎬ用 200 μL 70%乙醇清
洗 3次ꎮ 加入 50 μL ddH2Oꎬ室温放置 5 min 后ꎬ
磁分离ꎬ小心吸取上清液至新的离心管中备用ꎮ
1􀆰 4  MNP ̄qPCR标准曲线的建立
    应用引物 TYLCV ̄FP与 TYLCV ̄RP进行 PCR
扩增ꎬTA克隆制备重组质粒 DNAꎮ 经测序鉴定序
列的正确性ꎬ提取质粒ꎬ经紫外分光光度计测定其
浓度ꎮ 将阳性质粒标准品浓度换算成 copies􀅰
μL-1后ꎬ10倍梯度稀释成 1􀆰 0×107 ~1􀆰 0×101 copies
􀅰μL-1ꎬ共稀释 7个梯度ꎬ进行 qPCR扩增ꎬ绘制标
准曲线ꎮ
1􀆰 5  MNP ̄qPCR反应体系的方法学检测
1􀆰 5􀆰 1   特异性试验   以 TYLCV、 ToSLCV 和
TYLCSV 阳性材料的 DNA 为模板ꎬ进行 MNP-
qPCR的特异性试验ꎮ
1􀆰 5􀆰 2  灵敏性试验   称取 TYLCV 阳性材料 100
mgꎬ加入 1 mL研磨液研磨ꎬ离心后进行 10倍梯度
稀释(稀释倍数为 101 ~ 107)ꎬMNP 法提取稀释样
品中的 DNAꎬ进行 qPCR和普通 PCR扩增ꎮ qPCR
反应体系为 25 μL:2×Premix Ex TaqTM 12􀆰 5 μLꎬ
ROX Reference Dye 1 μLꎬ10 μmol􀅰L-1 TYLCV-
FP 与 10 μmol􀅰L-1 TYLCV -RP 各 0􀆰 5 μLꎬ10
μmol􀅰L-1 TYLCV -Probe 1 μLꎬDNA 1 μLꎬ加
ddH2 O 至终体积 25 μLꎮ 反应程序为: 95℃
1 minꎻ95℃ 5 sꎬ60℃ 30 sꎬ40 个循环ꎮ 普通 PCR
反应体系:10×PCR buffer 2􀆰 5 μLꎬ10 mmol􀅰L-1
dNTP Mixture (各 2􀆰 5 mmol􀅰L-1) 1 μLꎬ10 μmol
􀅰L-1 TYLCV-FP与 10 μmol􀅰L-1 TYLCV-RP各
0􀆰 5 μLꎬ250 U􀅰μL-1 Taq DNA 聚合酶 0􀆰 2 μLꎬ
DNA 1 μLꎬ加 ddH2O 至终体积 25 μLꎮ PCR 程
序:94℃ 5 minꎻ94℃ 30 sꎬ56℃ 40 sꎬ72℃ 30 sꎬ30
个循环ꎻ72℃延伸 10 minꎮ 扩增产物经 2 %的琼脂
糖凝胶电泳ꎬ凝胶成像仪观察结果ꎮ
1􀆰 5􀆰 3  重复性试验  为考察试验组间差异性ꎬ将
上述不同梯度稀释样品连续 3天进行 3次试验ꎬ根
据获得的 Ct值计算平均 Ct 值、标准差(SD)和变
异系数(CV)ꎮ
1􀆰 6  田间样品的检测
    用所建立的 MNP-qPCR 方法对从北京顺义、
大兴、通州等 10 个区县的大棚中采集表现典型植
株矮缩、顶部叶片黄化上卷症状的 10 份番茄叶片
样品进行 TYLCV定量检测ꎮ
2  结果与分析
2􀆰 1  标准曲线的建立
    重组质粒测序结果表明ꎬ扩增的 PCR 产物序
列与 TYLCV北京分离物序列(GU983859)完全一
致ꎮ 以 Ct 值为 y 轴ꎬ阳性质粒拷贝数的对数值
( log copies)为 x 轴绘制标准曲线 (图 1): y =
-3􀆰 470 6x+42􀆰 663ꎬR2 =0􀆰 999 4ꎮ
2􀆰 2  MNP ̄qPCR反应体系的方法学检测
2􀆰 2􀆰 1  特异性试验  特异性试验结果表明ꎬTYL ̄
CV 的模板能够扩增到典型曲线ꎬ其 Ct 值为
24􀆰 63ꎬ而未能从 ToSLCV和 TYLCSV和阴性材料
的模板中得到典型扩增曲线ꎬ结果与预期相符ꎬ表
明该方法具有良好的特异性ꎮ
222
 
  2期 赵晓丽ꎬ等:应用纳米磁珠实时荧光定量 PCR方法检测番茄黄化曲叶病毒
Fig. 1  Standard curve of qRCR for detection
of TYLCV
2􀆰 2􀆰 2  灵敏性试验  灵敏性试验结果表明ꎬ使用
qPCR方法时ꎬ当 DNA稀释 107倍时已没有扩增曲
线ꎬ稀释 106 倍时ꎬ仍有扩增曲线ꎬ且 Ct 值为
35􀆰 70ꎬ根据标准曲线可得病毒含量为 1􀆰 0 × 102
copies􀅰μL-1(图 2)ꎮ 而普通 PCR产物经 2%琼脂
糖凝胶电泳显示ꎬ当 DNA 稀释 105倍时ꎬ还可观察
到扩增条带ꎬ但当 DNA稀释 106倍时ꎬ则观察不到
扩增条带(图 3)ꎬ这表明 qPCR检测灵敏度比普通
PCR检测灵敏度高 10倍ꎮ
Fig. 2  Sensitivity of MNP-qPCR for TYLCV
1-7: The dilution times of TYLCV DNA were 101ꎬ 102ꎬ
103ꎬ 104ꎬ 105ꎬ 106ꎬ 107ꎬ respectivelyꎻ 8: Negative control􀆰
Fig. 3  Sensitivity of routine PCR for TYLCV
M: DNA marker DL2000ꎻ 1-7: The dilution times of TYLCV DNA were 101ꎬ 102ꎬ 103ꎬ 104ꎬ 105ꎬ 106ꎬ 107ꎬ
respectivelyꎻ 8: Negative control􀆰
Table 1  Reproducibility test of MNP ̄qPCR
Dilution time
Reproducibility test of intra-assay Reproducibility test of extra-assay
Mean Ct value±SD CV / % Mean Ct value±SD CV / %
101 18􀆰 30±0􀆰 20 1􀆰 09 18􀆰 44±0􀆰 20 1􀆰 07
102 21􀆰 73±0􀆰 07 0􀆰 30 21􀆰 69±0􀆰 37 1􀆰 69
103 25􀆰 60±0􀆰 16 0􀆰 63 25􀆰 27±0􀆰 36 1􀆰 40
104 28􀆰 69±0􀆰 17 0􀆰 60 28􀆰 65±0􀆰 16 0􀆰 57
105 32􀆰 34±0􀆰 39 1􀆰 21 32􀆰 40±0􀆰 32 0􀆰 99
106 35􀆰 61±0􀆰 04 0􀆰 12 35􀆰 72±0􀆰 12 0􀆰 35
322
 
植物病理学报 44卷
Table 2  Detection and quantitation of TYLCV in samples by MNP-qPCR
Sample number Ct value
Concentration of TYLCV
    / copies􀅰μL-1
Sample number Ct value
Concentration of TYLCV
    / copies􀅰μL-1
1 17􀆰 28 2􀆰 1×107 6 19􀆰 89 3􀆰 6×106
2 31􀆰 61 1􀆰 5×103 7 22􀆰 95 4􀆰 8×105
3 19􀆰 23 5􀆰 6×106 8 26􀆰 70 4􀆰 0×104
4 23􀆰 29 3􀆰 8×105 9 21􀆰 90 9􀆰 6×105
5 29􀆰 29 7􀆰 1×103 10 30􀆰 55 3􀆰 1×103
 
2􀆰 2􀆰 3   重复性试验  重复性试验结果表明ꎬ同一
试验内的最大标准偏差为 0􀆰 39ꎬ最大变异系数为
1􀆰 21%ꎻ不同试验间的最大标准偏差为 0􀆰 37ꎬ最大变异
系数为 1􀆰 69%(表 1)ꎮ 可见ꎬ此 qPCR检测方法重复
性好ꎬ可对 TYLCV进行稳定、可靠的检测ꎮ
2􀆰 3  田间样品中 TYLCV的定量检测
    用所建立的 MNP-qPCR 方法对从北京 10 个
区县采集来的 10份样品进行 TYLCV 检测ꎮ 根据
获得的 Ct值结合标准曲线得到样品中 TYLCV 的
浓度(表 2)ꎮ 由结果可见ꎬTYLCV 已经在北京番
茄主产区普遍发生ꎬ必须引起高度重视ꎮ
3  讨论
    本研究采用课题组自行研制的 Fe3O4 / SiO2核
壳结构纳米磁珠提取核酸ꎬ同时结合 qPCR 技术ꎬ
建立了快速定量检测 TYLCV 的 MNP-qPCR 方
法ꎬ并应用于田间样品的检测中ꎮ MNP 法提取核
酸省去了传统 DNA 提取过程抽提、离心等繁琐步
骤进而缩短了检测时间ꎻqPCR 检测时间比普通
PCR检测时间缩短了 1􀆰 5 hꎮ 由实验结果可知ꎬ采
用 MNP -qPCR 方法检测 TYLCV 特异性好ꎬ与
ToSLCV和 TYLCSV 均无交叉反应ꎻ建立的定量
标准曲线 Ct值与模板拷贝数对数之间呈良好的线
性关系ꎬ相关系数 R2为 0􀆰 999 4ꎻ该方法的灵敏度
为 1􀆰 0×102 copies􀅰μL-1ꎬ比普通 PCR高 10 倍ꎻ试
验内及试验间重复性试验的变异系数均小于 2%ꎬ
重复性好ꎻ该方法可以准确检测田间样品中 TYL ̄
CV浓度ꎮ
    本研究建立的 TYLCV MNP-qPCR 检测方法
特异性强ꎬ灵敏度高ꎬ重复性好ꎬ且操作简单ꎬ检测
时间短ꎬ能实现对病原物的定量分析ꎬ适用于田间
样品检测ꎬ检测结果准确可靠ꎬ为番茄黄化曲叶病
毒病的早期鉴定提供了一定的理论依据及实践基
础ꎬ在生产中具有较强实用价值ꎮ
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责任编辑:李晖
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