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Research on detection of Tobacco ringspot virus by RT-LAMP

逆转录环介导等温扩增技术检测烟草环斑病毒的研究



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  44(6): 629 ̄633(2014)
收稿日期: 2013 ̄06 ̄21ꎻ 修回日期: 2014 ̄08 ̄12
基金项目: 宁波市科研项目(2011C50080)ꎻ国家质检总局项目(2013IK279)
通讯作者: 张吉红ꎬ副研究员ꎬ主要从事动植物检验检疫研究ꎻE ̄mail: zhangjh@nbciq.gov.cnꎮ
doi:10.13926 / j.cnki.apps.2014.06.009
逆转录环介导等温扩增技术检测烟草环斑病毒的研究
张吉红1∗ꎬ 陈先锋1ꎬ 孙 辉2
( 1宁波出入境检验检疫局ꎬ宁波 315012ꎻ 2宁波市农业环境与农产品质量监督管理总站ꎬ宁波 315012)
摘要:本研究采用环介导等温扩增技术(Loop ̄mediated isothermal amplificationꎬ LAMP)ꎬ建立了一种快速、简便的烟草环斑
病毒检测方法ꎮ 根据 TRSV外壳蛋白编码基因上的 8个位点ꎬ共设计了 6条引物ꎬ通过 RT ̄LAMP扩增得到特征性的梯度
条带ꎮ 特异性试验表明ꎬ引物对 TRSV的检测具有良好的特异性ꎻ灵敏度试验显示 RT ̄LAMP比普通 RT ̄PCR高 10倍ꎮ 通
过反应温度和时间的优化ꎬ该方法只需在水浴锅中 60℃等温扩增 60 minꎬ整个检测周期约 1.5 hꎬ结果采用 SYBR green I染
色显示ꎬ易于观察和判定ꎮ
关键词:烟草环斑病毒ꎻ 环介导等温扩增ꎻ 检测
Research on detection of Tobacco ringspot virus by RT ̄LAMP  ZHANG Ji ̄hong1ꎬ CHEN
Xian ̄feng1ꎬ SUN Hui2   ( 1Ningbo Entry ̄Exit Inspection and Quarantine BureanꎬNingbo 315012ꎬChinaꎻ2Ningbo Central
Station of Agricultural Environment and Agricultural Products Quality Supervision managementꎬ Ningbo 315012ꎬChina)
Abstract: The study established a rapid and simple Tobacco ringspot virus (TRSV ) detection method using
Loop ̄mediated isothermal amplification (LAMP) . According to the eight sites on TRSV coat protein coding
genesꎬ six primers were designed and characteristic ladder ̄like bands were obtained by RT ̄LAMP. Specificity
tests showed that the primers were specific for detection of TRSV and sensitivity test showed that RT ̄LAMP was
10 times higher than RT ̄PCR. By the optimizing of  temperature and time conditionꎬ the method just need the
pot with a water bath 60℃ isothermal amplification for 60 minꎬ the entire testing cycle is about 1.5 hꎬ and it is
very convenient to observe the results by using SYBR green I.
Key words: Tobacco ringspot virus (TRSV)ꎻLoop ̄mediated isothermal amplification (LAMP)ꎻdetection
中图分类号: S432          文献标识码: A          文章编号: 0412 ̄0914(2014)06 ̄0629 ̄05
    烟草环斑病毒(Tobacco ringspot virusꎬTRSV)
隶属豇豆花叶病毒科(Comoviridae)线虫传多面体
病毒属(Nepovirus)ꎬ在进境的植物种球和苗木中
携带该病毒的风险很大[1]ꎬ是我国明确规定禁止
入境的检疫性有害生物ꎮ TRSV 分布于日本、澳大
利亚、英国和美国等 30 多个国家ꎮ 该病毒寄主范
围广ꎬ可侵染 52 科 246 种植物ꎬ是果树、蔬菜和花
卉等经济作物的重要病害之一ꎬ发生严重时可导致
绝产[2]ꎮ
    目前ꎬ国内外针对 TRSV 的检测技术主要有
DAS ̄ELISA、RT ̄PCR 和 IC ̄RT ̄PCR 技术等[3~6]ꎮ
与 LAMP 方法比较ꎬ上述方法对 TRSV 的检测均
具有较高的灵敏度ꎬ其中 IC ̄RT ̄PCR 灵敏度最高ꎬ
但该方法操作复杂ꎬ步骤较多ꎬ适用于可疑样品的
检验ꎮ DAS ̄ELISA 和 RT ̄PCR 方法灵敏度相当ꎬ
稍低于 LAMP方法ꎮ 相比传统的电镜观察和生物
学鉴定ꎬ血清学方法具有操作简单和高通量的优
点ꎬ但制备高质量的血清ꎬ难度大且成本较高ꎮ
RT ̄PCR需要进行 PCR后处理ꎬ接触 EB等有毒试
剂ꎬ易发生交叉污染造成假阳性结果ꎮ
    环介导等温扩增技术(Loop ̄mediated isother ̄
mal amplificationꎬ LAMP)作为一种新的核酸扩增
 
植物病理学报 44卷
方法ꎬ具有检测速度快、操作简单和灵敏度高等优
点ꎮ 该技术依赖于能够识别靶序列上 6 个特异区
域的引物和一种具解旋功能且呈瀑布式扩增的
Bst DNA酶ꎬ在等温条件下可高效、快速和特异地
扩增靶序列[7]ꎮ 基于以上优点ꎬ本文针对烟草环
斑病毒的 RT ̄LAMP检测方法进行了研究ꎮ
1  材料与方法
1.1  供试材料
    含有 TRSV 的阳性样品物质购自美国 Agdia
公司ꎬ样品状态为新鲜叶片经液氮处理ꎬ磨成粉末
状ꎬ冷藏于 4℃冰箱保存ꎮ 含有 TRSV 的大豆样品
由本实验室从美国进境大豆中截获ꎬ经 DAS ̄
ELISA和普通 RT ̄PCR 检测确认为阳性ꎮ 番茄环
斑病毒(Tomato ringspot virusꎬToRSV)、香石竹环
斑病毒(Carnation ringspot virusꎬCRSV)、黄瓜绿
斑驳病毒 (Cucumber green mottle mosaic virusꎬ
CGMMV)、南芥菜花叶病毒(Arabis mosaic virusꎬ
ArMV)和马铃薯 V 病毒(Potato virus VꎬPVV)等
阳性标准物质也都购自美国 Agdia公司ꎮ
    RT ̄LAMP 引物由上海英骏生物技术公司合
成ꎬ核酸提取试剂 Trizol 购自上海生物工程公司ꎬ
RT ̄LAMP扩增试剂盒由本实验室研制ꎬOne ̄step
RNA PCR kit与 DL ̄2000 marker购自大连 TaKaRa
公司ꎮ
1.2  引物设计
    根据 GenBank ( http: / / www. ncbi. nlm. nih.
gov)中已登录的烟草环斑病毒的外壳蛋白基因序
列(L09205)ꎬ采用 Blast 程序进行同源性比较ꎬ在
序列的保守区ꎬ使用 Primer Express 3.0 软件ꎬ设计
得到 F3、B3、 FIP ( F1c + TTTT + F2)、BIP (B1c +
TTTT+B2)、Loop1 和 Loop2 共 6 条引物ꎬ分别识
别外壳蛋白编码基因的 8个位点(表 1)ꎮ
1.3  烟草环斑病毒的 RT ̄LAMP扩增
    总 RNA提取:采用文献[8]试剂方法提取ꎮ
    反应体系:2×RT ̄LAMP Mix 10 μLꎬ引物 F3
和 B3各为 0.2 μmol / LꎬLoop1 和 Loop2 的终浓度
各为 0. 8 μmol / LꎬFIP 和 BIP 的终浓度各为 1. 6
μmol / LꎬBst DNA聚合酶(5 U / μL)1.5 μLꎬAMV
RNA聚合酶(5 U / μL) 1 μLꎬ模板 RNA 1μLꎬ用
ddH2O 补充至总体积 20 μLꎮ 取 SYBR Green I
(10 000×)0.1 mL加至反应管盖上ꎬ60℃恒温水浴
锅中扩增 1 hꎮ
    RT ̄LAMP 结果分析:反应结束后ꎬ在不开盖
的情况下离心反应管ꎬ使染色剂与扩增产物混合ꎬ
肉眼观察试验结果ꎬ或取 10 μL 扩增产物进行 2.
0%琼脂糖凝胶电泳ꎬ在 GelDoc ̄2000(Bio ̄Rad)凝
胶成像系统上观察并记录结果ꎮ
1.4  RT ̄LAMP的检测反应温度优化试验
    以烟草环斑病毒 RNA 为模板ꎬ按照建立的
RT ̄LAMP检测方法ꎬ分别在 58℃、60℃、63℃和 65℃
4个温度条件下进行扩增ꎬ反应时间为 1 hꎮ 每个温
度条件设置 2个 RNA样品重复ꎬ1个空白对照ꎮ
1.5  RT ̄LAMP的检测反应时间优化试验
    以烟草环斑病毒 RNA 为模板ꎬ按照建立的
RT ̄LAMP检测方法ꎬ分别在 30 min、60 min 和 90
min 3 个时间条件下进行扩增ꎬ反应温度为 60℃ꎮ
每个时间条件设置 2 个 RNA 样品重复ꎬ1 个空白
对照ꎮ
Table 1  The RT ̄LAMP primers for identification of TRSV
Primer Sequence(5′ ̄3′) Source
F3 ccagcccacgttgtacttt
B3 ttgatgggtcaacttccat
Loop1 ttggcagtgtattgttaccatgc
Loop2 attcaattgggtgatactttcgc
FIP acatggggcccgtcattgattttttccacaaatcaagtaacgatggc
BIP gagttaaataatccaactatgacgtggcttttcattgatagatattatgaggcgaaaga
L09205 / AF461163 / AY363727 / U50869
 
036
 
  6期 张吉红ꎬ等:逆转录环介导等温扩增技术检测烟草环斑病毒的研究
1.6  RT ̄LAMP的特异性试验
    以烟草环斑病毒、番茄环斑病毒、香石竹环斑病
毒、黄瓜绿斑驳病毒、南芥菜花叶病毒以及马铃薯 V
病毒等多种植物病毒 RNA为模板ꎬ按照建立的烟草
环斑病毒 RT ̄LAMP 检测方法ꎬ进行特异性研究ꎮ
其中ꎬ烟草环斑病毒设置 2个 RNA样品重复ꎬ其余
病毒设置 1个 RNA样品ꎬ并设置 1个空白对照ꎮ
1.7  RT ̄LAMP的检测灵敏度试验
    将提取好的烟草环斑病毒 RNA 模板进行 10
倍系列稀释ꎬ得到 10-1、10-2、10-3、10-4和 10-5稀释
的病毒 RNA 样品ꎮ 采用建立的 RT ̄LAMP 和
RT ̄PCR方法进行扩增灵敏度比对试验ꎮ
1.8  烟草环斑病毒 RT ̄PCR检测方法的建立
    RT ̄PCR反应体系参照 One ̄step RNA PCR kit
试剂盒说明进行ꎬ其中引物为 F3和 B3ꎮ 反应条件
如下:50℃ cDNA合成 30 minꎬ94℃预变性 2 minꎻ
94℃变性 30 sꎬ58℃复性 30 sꎬ72℃延伸 1 minꎬ35
个循环ꎻ最后 72℃延伸 5 minꎮ
1.9  大豆样品中 TRSV的 RT ̄LAMP快速检测
    取已用 DAS ̄ELISA 和普通 RT ̄PCR 检测呈
TRSV阳性的进境美国大豆样品ꎬ采用本研究建立
的 RT ̄LAMP方法进行扩增检测ꎬ结果采用 SYBR
green I染色观察ꎮ
2  结果与分析
2.1  RT ̄LAMP检测反应温度优化试验结果
    相同反应时间条件下ꎬ在 60℃等温扩增时ꎬ
RT ̄LAMP产物条带清晰明亮(图 1)ꎮ 由此ꎬ确定
60℃为最佳反应温度ꎮ
Fig. 1   Temperature optimization results of
RT ̄LAMP amplified TRSV
M: DL ̄2000 Markerꎻ Lane 1 ̄3: 58℃ꎻ Lane 4 ̄6: 60℃ꎻ
Lane 7 ̄9: 63℃ꎻ Lane 10 ̄12: 65℃ꎻ Lane 1ꎬ2ꎬ4ꎬ5ꎬ7ꎬ8ꎬ10ꎬ
11: TRSV RNAꎻ Lane 3ꎬ6ꎬ9ꎬ12: Control.
2.2  RT ̄LAMP检测反应时间优化试验结果
    在 60℃等温扩增条件下ꎬ60 min 和 90 min 扩
增产物条带在亮度和清晰度方面没有显著差异
(图 2)ꎬ故确定 60 min为最佳反应时间ꎮ
Fig. 2  Time optimization of RT ̄LAMP ampli ̄
fied TRSV
M: DL ̄2000 Markerꎻ Lane 1 ̄3: 30 minꎻ Lane 4 ̄6: 60 minꎻ
Lane 7 ̄9: 90 minꎻ Lane 1ꎬ2ꎬ4ꎬ5ꎬ7ꎬ8: TRSV RNAꎻ Lane
3ꎬ6ꎬ9: Control.
2.3  烟草环斑病毒 RT ̄LAMP特异性扩增结果
    烟草环斑病毒的阳性标准物质经过RT ̄LAMP
扩增后ꎬ能够得到特异性的梯度条带ꎬ而其他病毒
毒株的 RNA模板则无扩增条带出现ꎬ空白对照中
无特异性基因条带(图 3)ꎮ 这表明本研究设计的
6条引物针对 TRSV的检测具有非常好的特异性ꎮ
Fig. 3   Results of RT ̄LAMP specific amplifi ̄
cation of TRSV
M: DL ̄2000 Markerꎻ Lane 1ꎬ2: TRSVꎻ Lane 3:ToRSVꎻ
Lane 4:CRSVꎻ Lane 5:CGMVꎻ Lane 6:ArMVꎻ Lane 7:
PVVꎻ Lane 8: Control.
2.4  RT ̄LAMP检测灵敏度试验
    不同稀释梯度的烟草环斑病毒 RNA 经过
RT ̄LAMP扩增后ꎬ其检测灵敏度为 10-3病毒稀释
136
 
植物病理学报 44卷
液ꎬ比普通 RT ̄PCR扩增灵敏度高出 10倍(图 4)ꎮ
Fig. 4   Sensitivity of RT ̄LAMP and RT ̄PCR
detection for TRSV
M: DL ̄2000 Markerꎻ Lane 1 ̄5: 10-1  ̄10-5 dilution of
RT ̄LAMPꎻ Lane 7 ̄11: 10-1  ̄10-5 dilution of RT ̄PCRꎻ Lane
6ꎬ12:Control.
2.5  扩增产物的观察
    本研究在 RT ̄LAMP 产物中加入 SYBR green
I染色剂ꎬ对照颜色呈橙红色ꎬ而有扩增产物则呈
绿色(图 5 ̄A)ꎮ 在紫外灯下观察ꎬ空白对照和阴性
样品管均没有发出白色荧光ꎬ而阳性样品管则发出
白色荧光ꎬ且白色荧光的亮度与 RNA 模板浓度的
高低成正比(图 5 ̄B)ꎮ RT ̄LAMP 扩增产物用凝
胶电泳法和荧光染料 SYBR green I 观察的结果
一致ꎮ
Fig. 5  Results of RT ̄LAMP products treated
by SYBR green I
A: Observation with naked ̄eyes ꎻ B: Observation with ultra ̄
violet light. Lane 1 ̄5: 10-1  ̄10- 5dilutionꎻ Lane 6: Control.
2.6  大豆样品中 TRSV的 RT ̄LAMP快速检测结果
    采用本研究建立的 RT ̄LAMP 方法对大豆
TRSV 阳性样品进行检测ꎬ并用荧光染料 SYBR
Green I法观察ꎬ结果显示ꎬ阳性样品均显示明显的
绿色(图 6)ꎮ
Fig. 6  Results of RT ̄LAMP detection for soy ̄
bean infected with TRSV
Lane 1ꎬ2: Soybean with TRSVꎻ Lane 3: Healthy soybeanꎻ
Lane 4: Control.
3  讨论
    目前ꎬ环介导等温扩增技术已被逐渐应用于细
菌、病毒和寄生虫等生物的检测[9~12]ꎮ 2008 年ꎬ
Huang等[13]利用 LAMP技术在几种常见的致病分
支杆菌中检测结核分支杆菌ꎬ结果表明ꎬLAMP 技
术能在恒温条件下ꎬ1 h 内检测出结核分枝杆菌ꎬ
且特异性明显ꎮ Poon 等[14]采用 PCR 和 LAMP 来
扩增甲型流感病毒的 RNAꎬ结果表明ꎬLAMP 的灵
敏度比 PCR 的高出 10 倍ꎮ 大量研究证明ꎬLAMP
技术是一种快速、灵敏度高、特异性好的分子生物
学检测方法ꎮ
    本研究建立的 TRSV RT ̄LAMP 检测方法ꎬ在
20 μL 的反应体系中ꎬ可检测到烟草环斑病毒
RNA的 10-3稀释度ꎬ比普通 RT ̄PCR 扩增灵敏度
高出 10 倍ꎮ Guo 等[15]建立的烟草环斑病毒的
RT ̄LAMP方法的检测灵敏度与普通 RT ̄PCR 方
法相同ꎬ两者结论稍有不同ꎬ究其原因可能是扩增
产物的浊度观察法的灵敏度较添加 SYBR Green I
染料法略低ꎮ LAMP方法灵敏度高ꎬ容易出现假阳
性ꎮ 因此本研究采用在 RT ̄LAMP 反应管盖上滴
加 SYBR green I 染色剂ꎬ待反应结束后在不开盖
的情况下直接使染色剂与扩增产物混合ꎬ以此减少
反复开盖而造成的污染问题ꎮ
    为了提高 TRSV检测的准确性及检测效率ꎬ本
236
 
  6期 张吉红ꎬ等:逆转录环介导等温扩增技术检测烟草环斑病毒的研究
研究在国内外首次建立了该病毒的 RT ̄LAMP 检
测方法ꎮ 通过温度和反应时间的优化ꎬ使该病毒的
检测从核酸抽提到结果观察的整个检测周期只需
1.5 hꎬ而检测灵敏度比常规 RT ̄PCR检测方法高出
10倍ꎮ 另外ꎬ反应是在 60℃等温条件下进行ꎬ不需
要昂贵的精密仪器ꎬ降低了检测成本ꎬ反应结果可
以用肉眼直接判断ꎬ操作简单ꎬ非常适合在口岸现
场使用ꎮ
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责任编辑:曾晓葳
   
   
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