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Prokaryotic expression of Grapevine virus A coat protein and antiserum preparation

葡萄A病毒外壳蛋白原核表达及抗血清制备



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  44(3): 327 ̄331(2014)
收稿日期: 2013 ̄08 ̄30ꎻ 修回日期: 2013 ̄10 ̄24
基金项目: 国家葡萄产业技术体系建设项目(CARS ̄30 ̄bc ̄3)
通讯作者: 董雅凤ꎬ研究员ꎬ主要从事果树病毒学研究ꎻTel:0429 ̄3598278ꎬE ̄mail:yfdong@163.comꎮ
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研究简报
葡萄 A病毒外壳蛋白原核表达及抗血清制备
任 芳ꎬ 董雅凤∗ꎬ 张尊平ꎬ 范旭东ꎬ 胡国君ꎬ 朱红娟
(中国农业科学院果树研究所ꎬ国家落叶果树脱毒中心ꎬ兴城 125100)
Prokaryotic expression of Grapevine virus A coat protein and antiserum preparation
REN Fangꎬ DONG Ya ̄fengꎬ ZHANG Zun ̄pingꎬ FAN Xu ̄dongꎬ HU Guo ̄junꎬ ZHU Hong ̄juan   (National
Center for Production Virus ̄free Deciduous Fruit Treeꎬ Research Institute of Pomologyꎬ Chinese Academy of Agriculture Sci ̄
encesꎬ Xingcheng 125100ꎬ China)
Abstract: In order to develop serological diagnostic tools for rapid detection of Grapevine virus A (GVA)ꎬ
the coat protein gene of GVA isolate LN68 ( JF754571) was inserted into expression vector pET ̄28a. The
recombinant plasmid pET ̄GVA CP was then transformed into E. coli BL21 (DE3) plysS strain. An approxi ̄
mately 26 kDa recombinant GVA CP protein was induced at a high level by IPTG in SDS ̄PAGE analysis. The
purified protein was used as antigen for raising GVA CP antiserum in rabbits. The specificity of antiserum of
GVA was tested by Western blot and ELISA. It was shown that the antiserum could be successfully used to
detect the recombinant protein and the purified GVA coat protein in Western blot analysisꎬ and also in indirect ̄
ELISA to detect GVA in grapevine and the infected Gomphrena globos at dilutions of up to 1:2 000. Large
amounts of the target protein with high antigenicity could be yielded by expression of CP geneꎬ and antiserum
obtained in the study could be used for specific detection of GVA.
Key words: Grapevine virus Aꎻ coat proteinꎻ prokaryotic expressionꎻ antiserum preparation
文章编号: 0412 ̄0914(2014)03 ̄0327 ̄05
    葡萄 A病毒(Grapevine virus AꎬGVA)为线性
病毒科(Flexiviridae)葡萄病毒属(Vitivirus)的代
表种ꎬ是葡萄皱木复合病 ( rugose wood complex
disease)的重要病原之一ꎬ可引起葡萄嫁接成活率
下降、春季萌芽延迟、生长减弱甚至衰退死亡等危
害[1ꎬ2]ꎮ GVA 为线状单链 RNA 病毒ꎬ基因组共编
码 5 个开放阅读框(ORF1 ̄5)ꎬ其中 ORF4 编码外
壳蛋白(coat proteinꎬ CP)ꎬ是病毒粒子包裹和系统
移动所必需的功能蛋白[3ꎬ 4]ꎮ GVA 自然寄主为葡
萄ꎬ机械摩擦可侵染本氏烟等草本寄主[2]ꎬ由于嫁
接和无性繁殖材料调运等因素造成该病毒远距离
传播ꎬ目前在世界多个国家和地区均有发生ꎮ
    葡萄为多年生藤本植物ꎬ病毒侵染后植株终身
带毒、持久危害ꎮ 栽培无病毒苗木和培育抗病品种
是防控葡萄病毒病的主要途径ꎬ而病毒检测是其中
的一个关键环节ꎮ 血清学是快速检测葡萄病毒的
主要方法之一ꎬ其操作简便、快速ꎬ成本低ꎬ适用于
田间样品的大量检测ꎬ但前提是要制备相应的抗血
清ꎮ 我国目前尚无市售 GVA 抗血清ꎬ所用抗血清
均从国外进口ꎬ成本高昂ꎬ且国外抗血清与国内毒
源是否存在特异性差异还不明确ꎬ因此利用我国分
离物进行抗血清研制至关重要ꎮ 传统方法通过提
纯病毒粒子制备抗血清ꎬ但从寄主体内分离纯化病
毒粒子较困难ꎬ且常含寄主成分导致制备的抗血清
 
植物病理学报 44卷
特异性差ꎬ易出现假阳性等问题ꎮ 随着分子生物学
的发展ꎬ利用基因工程技术将病毒外壳蛋白基因在
大肠杆菌中高效表达ꎬ以表达产物作为抗原获得效
价高、特异性强的抗血清ꎬ是一种非常有效的方法ꎮ
本实验室已克隆并测定了我国多个 GVA 分离物
CP基因序列[5]ꎮ 本研究以 GVA 种群中的优势分
离物 LN68(GeneBank 登录号:JF754571)CP 基因
构建原核表达载体ꎬ在大肠杆菌中获得高效表达ꎬ
以纯化蛋白为抗原制备抗血清ꎬ并对抗血清的效价
和特异性进行了检测分析ꎮ
1  材料与方法
1.1  材料
    GVA毒源及包含 CP 基因的质粒由本实验室
保存ꎻEscherichia coli DH5a 感受态、Taq 酶、限制性
内切酶购自 TaKaRa 公司ꎻCloneget 试剂盒、原核表
达载体 pET ̄28a购自上海文渊阁生物技术公司ꎻ大
肠杆菌表达菌株 BL21(DE3)plysS购自天根生物公
司ꎻHis标签蛋白纯化试剂盒购自 Promega 公司ꎻ羊
抗兔(IgG)购自上海生工生物工程有限公司ꎮ
1.2  GVA CP 基因的 PCR 扩增及原核表达载体
构建
    以本实验室保存的 PMD ̄GVA CP 克隆质粒
为模板进行目的基因扩增ꎬ利用非内切酶依赖的新
型克隆系统 Cloneget 试剂盒进行原核表达载体构
建ꎬ引物设计按照 Cloneget 试剂盒要求ꎬ在 5′端加
入与载体两端相同的 15 bp 核苷酸(见下划线位
置): PAF ( 5′ ̄ATGGGTCGCGGATCCGATGGCA ̄
CACTACGCCAAGA ̄3′)ꎬ PAR ( 5′ ̄TTGTCGACG ̄
GAGCTCGAATTCTATATCTCGACAGCCTG ̄3′)ꎮ
将 pET ̄28a 用 EcoR I 单酶切成线性化载体ꎬ在
Cloneget 专有酶作用下将目的片段与载体连接ꎮ
转化大肠杆菌 BL21感受态ꎬPCR检测和测序筛选
阳性克隆ꎮ PCR鉴定采用载体 T7启动子引物(5′ ̄
TAATACGACTCACTATAGGG ̄3′)和 T7 终止子
引物(5′ ̄TGCTAGTTATTGCTCAGCGG ̄3′)ꎬ目的
片段包含 GVA CP基因及部分载体序列ꎮ
1.3  重组蛋白诱导表达及纯化
    将含重组质粒的 BL21接种于含 Km的 LB中ꎬ
37℃振荡过夜培养ꎬ按 1 ∶ 100 稀释到新鲜 LB(含
Km)中ꎬ振荡培养至 OD600约 0.6时ꎬ加入 IPTG至终
浓度 1 mmol􀅰L-1ꎬ37℃振荡培养 6 hꎮ 表达产物用
SDS ̄PAGE电泳分析ꎮ 大量诱导表达后ꎬ按照 His
标签蛋白纯化试剂盒说明ꎬ通过 Ni2+亲和吸附纯化
蛋白ꎬSDS ̄PAGE电泳检测纯化蛋白ꎮ
1.4  抗血清制备、效价测定及特异性检测
    以纯化蛋白为抗原免疫新西兰大耳白兔ꎬ纯化
产物加入 20%的佐剂添加剂ꎬ分 2、2、2、1周期进行
免疫ꎬ首次免疫使用弗氏完全佐剂ꎬ增强免疫使用
福氏不完全佐剂ꎮ 通过 protein A 蛋白纯化去除血
清中的杂蛋白ꎬELISA 测定抗体效价ꎮ 以制备抗
血清为一抗ꎬ市售辣根过氧化物酶(HRP)标记的
羊抗兔为二抗ꎬ对实验室保存的阳性草本样品以及
田间葡萄样品进行检测ꎬ待检样品 /阴性对照吸光
值(P / N)大于 2.0 为阳性ꎮ 采用 Western ̄blotting
方法检测抗血清的特异性ꎬ以纯化重组蛋白和诱导
菌液总蛋白为抗原ꎬ空载体表达产物为阴性对照ꎮ
2  结果与分析
2.1  GVA CP基因 PCR扩增及原核表达载体构建
    利用 PAF / PAR 引物ꎬ从 GVA LN68 分离物
CP克隆质粒中扩增到包含引物序列及载体连接片
段的约 630 bp目的片段(图 1 ̄A)ꎮ 将目的片段与
pET ̄28a载体在 Cloneget 试剂盒专用酶作用下连
接ꎬ并直接转化大肠杆菌表达菌株 BL21ꎬ转化产物
PCR检测结果表明成功获得阳性克隆(图 1 ̄B)ꎮ
阳性克隆测序结果显示扩增片段包含了 GVA 的
完整 CP基因ꎬ并且与源序列同源性 100%ꎬ且阅读
框正确ꎬ成功构建了重组原核表达载体 pET ̄GVA
CPꎮ
2.2  重组蛋白诱导表达及纯化
    对诱导表达产物进行 SDS ̄PAGE 电泳分析ꎬ
在约 26 kDa 位置出现过量表达的蛋白ꎬ与预期大
小一致ꎬ空载体及未诱导对照在该位置没有过量表
达蛋白ꎬ说明重组蛋白在大肠杆菌中获得正确表达
(图 2 ̄A)ꎮ 大量表达产物利用 His 标签蛋白纯化
试剂盒进行融合蛋白的纯化ꎬ纯化后产物 SDS ̄
PAGE电泳结果显示ꎬ在约 26 kDa 位置出现一条
特异性蛋白条带(图 2 ̄B)ꎬ说明获得了浓度和纯度
均较高的纯化蛋白ꎮ
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  3期 任 芳ꎬ等:葡萄 A病毒外壳蛋白原核表达及抗血清制备
Fig. 1  PCR amplification of GVA CP gene ( A ) and detection of recombinant plasmid ( B )
M: D2000ꎻ A1: Water controlꎻ A2: GVA LN68 isolateꎻ B1 ̄B4: Amplification products of recombinant plasmid 1-4.
Fig. 2  SDS ̄PAGE analysis of expression products of pET28a ̄GVA CP in BL21 (DE3) plysS
A: Total proteinsꎻ B: The purified target protein.
M: Protein markerꎻ A1: Total protein from pET ̄28a transformed BL21 induced by IPTGꎻ
A2ꎬ A3ꎬ B1: Total protein from pET ̄GVA CP transformed BL21 with (A3ꎬ B1) and without (A2) IPTG inductionꎻ
B2: Purified protein. The arrows indicate the fusion protein.
2.3  抗血清制备、效价测定及特异性检测
    以纯化蛋白为抗原免疫新西兰大耳白兔ꎬ获得
了 GVA CP 抗血清ꎬ通过 protein A 蛋白纯化去除
血清中的杂蛋白ꎬ获得纯化的免疫球蛋白 IgGꎮ 以
所制备的抗血清为一抗ꎬHRP 标记羊抗兔为二抗
进行Western ̄blotting分析ꎮ 结果显示ꎬGVA CP抗
血清与纯化蛋白和诱导菌液总蛋白均产生特异性
反应ꎬ与空载体表达产物无特异性反应(图 3)ꎮ 表
明所制抗血清可与目的蛋白发生抗原 ̄抗体识别反
应ꎬ特异性较好ꎮ
    应用制备的抗血清ꎬ采用间接 ELISA 方法对
实验室保存的携带 GVA 的千日红 (Gomphrena
globosa)、携带葡萄 B 病毒 (Grapevine virus Bꎬ
GVB)的西方烟(Nicotiana occidentalis)以及田间
葡萄样品进行检测ꎮ 其中ꎬ携带 GVA 的千日红检
测结果为阳性ꎬ田间葡萄样品(乌兹别克玫瑰)检
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植物病理学报 44卷
Fig. 3   Western blotting analysis of expres ̄
sion products of GVA CP and the pu ̄
rified target protein
M: Protein markerꎻ 1:Purified proteinꎻ 2ꎬ 3: E. coli trans ̄
formed with pET ̄28a induced by IPTGꎻ 4ꎬ 5: Total protein
from pET ̄GVA CP transformed BL21 induced by IPTG. The
arrow indicates the fusion protein.
测结果为阳性ꎬGVB 毒源及健康植株检测结果均
为阴性ꎬ表明该抗血清对植物材料特异性较好(表
1)ꎮ 以携带 GVA 的千日红为抗原ꎬ采用间接
ELISA对制备的抗血清进行效价测定(表 2)ꎮ 抗
血清稀释至 2 000 倍后仍表现阳性反应ꎬ效价达
1 ∶ 2 000ꎮ
Table 1   Specificity of GVA CP antiserum
tested by indirect ELISA
Sample Result
GVA infected Gomphrena globosa +
Grapevine CV. Muscat d’Ouzbekistan +
GVB infected Nicotiana occidentalis –
Healthy plant –
  “ + ” : Positive reactionꎻ “–” : Negative reaction.
Table 2  Titer of antiserum tested by indirect ELISA
Absorbance / A450
Dilution of antiserum
125 250 500 1 000 2 000
Absorbance for GVA infected sample / P 0.176 0.164 0.149 0.142 0.140
Absorbance for negative control / N 0.075 0.070 0.067 0.064 0.063
P / N 2.347 2.343 2.224 2.219 2.222
3  讨论
    GVA具有丰富的遗传多样性ꎬ已有研究将其
分为 3个变异组群:GVAⅠ、Ⅱ和Ⅲ[2]ꎮ 不同分离
物间序列同源性存在较大差异ꎬ而不同分离物间的
分子差异与血清学分化是否存在相关性还缺乏研
究ꎮ 本实验室从不同葡萄品种中分离到 12 个
GVA分离物ꎬ分离物间 CP 序列同源性很高ꎬ并与
GVAⅠ组最为接近ꎬ其中ꎬ60%的克隆序列聚在同
一个进化分支ꎬ推测这些序列为我国 GVA 种群的
优势序列[5]ꎮ 本研究选取具有优势序列的分离物
LN68为模板用于原核表达和抗血清制备研究ꎬ以
期获得检测谱广、检测效果好的抗血清ꎮ
    传统方法采用提纯病毒粒子作为抗原免疫动
物制备抗血清ꎬ但由于 GVA 在葡萄中含量很低ꎬ
且葡萄中含有大量酚类物质等ꎬ使得病毒分离提纯
非常困难ꎻGVA在田间还常与其他病毒复合侵染ꎬ
难以获得较纯的病毒粒子ꎮ 虽然 GVA 可侵染本
氏烟等草本寄主[2]ꎬ但摩擦接种十分困难ꎬ很难获
得单毒源ꎬ且所提纯的病毒粒子常含寄主杂蛋白ꎬ
导致血清检测易产生假阳性ꎮ 利用原核表达策略
制备抗血清快速、高效、特异性较强ꎬ近年来在果树
病毒血清制备中应用较多ꎮ 本研究利用原核表达
载体 pET ̄28a 在大肠杆菌中高效表达了 GVA CP
蛋白ꎬ以其作为抗原免疫大耳白兔获得抗血清ꎮ 经
Western ̄blotting和间接 ELISA 对抗血清进行特异
性和效价测定ꎬ抗血清与纯化蛋白及诱导总蛋白均
可产生抗原 ̄抗体识别反应ꎬ与空载体对照不反应ꎬ
表明所制备的抗血清特异性较好ꎮ 将抗血清用于
植物材料检测时ꎬ携带 GVA 的千日红和田间带毒
葡萄样品为阳性ꎬ健康植株和携带 GVB 的烟草均
为阴性ꎬ表明抗血清可用于 GVA 的特异性检测ꎮ
同时ꎬ为进一步研究 GVA 不同分离物的血清学分
化提供了一定基础ꎮ
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  3期 任 芳ꎬ等:葡萄 A病毒外壳蛋白原核表达及抗血清制备
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责任编辑:李晖
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