稻曲菌素和稻绿核菌素单克隆抗体的制备及免疫检测方法研究

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稻曲病(Rice false smut)是由稻绿核菌(Villosiclava virens Tanaka and Tanaka)侵染水稻穗部所引起的一种真菌性病害,不仅造成水稻产量和品质的降低,更为严重的是产生对人畜有害的真菌毒素。稻绿核菌产生的真菌毒素有三类,分别为稻曲菌素、稻绿核菌素和山梨素。基于免疫学的真菌毒素检测分析具有快速、灵敏、微量和经济实用等特点,是保障粮食和食品安全的有效手段。关于稻绿核菌毒素其单克隆抗体的制备及免疫检测方面的研究还尚未见报道。本论文通过将稻曲菌素和结构修饰的稻绿核菌素前体化合物分别与蛋白质载体偶联,合成完全抗原,利用杂交瘤细胞技术,制备了针对稻曲菌素和稻绿核菌素的特异性单克隆抗体,克隆了稻曲菌素单克隆抗体的可变区基因,建立酶联免疫及胶体金免疫检测试纸条检测方法,制备特异性亲和层析柱以及对稻曲菌素进行免疫组织化学定位,主要研究结果如下。(1)采用戊二醛的方法将稻曲菌素A(UA)和稻曲菌素B(UB)分别与蛋白质载体进行偶联,合成完全抗原,通过免疫小鼠和杂交瘤细胞技术筛选,分别得到特异性识别UA的单抗2D3G5和特异性识别UB的单抗1B5A10以及等同识别UA和UB的广谱性单抗4C4F11。(2)从分泌不同特异性针对稻曲菌素单克隆抗体的杂交瘤细胞株(2D3G5、1B5A10和4C4F11)中,克隆了可变区基因并进行序列分析,为这三株单抗的不同特异性分子识别机制研究提供了基础,为稻曲菌素基因工程抗体的构建提供了基因材料。(3)基于单抗2D3G5建立了特异性检测UA的icELISA方法,IC50值为13.8 ng/mL,检测范围为2.8-72 ng/mL,在稻曲球和大米样品中的添加回收率分别为92-117%和92-107%。用所建立的方法对实际样品中UA的含量进行了检测,检测结果与HPLC方法一致,说明所建立的方法可用于水稻样品中稻曲菌素A的快速和可靠监测。基于单抗1B5A10建立了特异性检测UB的icELISA方法,IC50值和检测范围分别为18.0和2.5-107.4 ng/mL,实际水稻样品icELISA检测结果普遍稍高于HPLC,这可能与单抗1B5A10和稻曲菌素A存在14%的交叉反应率有关。应用单抗4C4F11建立了同时检测UA、UB的dcELISA方法,在稻曲球和稻谷样品中的添加回收率均在80-120%,孔间和板间差异RSD值均小于15%,检测结果和HPLC结果一致,可用于检测水稻样品中主要稻曲菌素的含量。(4)基于单抗2D3G5、1B5A10和4C4F11,分别制备了特异性检测UA、特异性检测UB和同时检测UA和UB含量的三种胶体金免疫检测试纸条,试纸条T线完全消线浓度均为50-100 ng/mL。胶体金免疫检测试纸条半定量检测结果与仪器分析方法和酶联分析方法基本一致,可用于水稻样品中稻曲菌素污染情况的现场高通量快速筛查。(5)采用稻绿核菌素的前体化合物(萘并-γ-吡喃酮类)Hemiustilaginoidin F和Hemiustilaginoidin D进行结构修饰合成半抗原并制备了能够识别稻绿核菌素化合物(二萘并-γ-吡喃酮类)的单克隆抗体4A12C6和5F4F6。单抗4A12C6主要识别稻绿核菌素A及2-C和3-C(或2’-C和3’-C)位置上为单甲基取代的稻绿核菌素类化合物,单抗5F4F6则主要识别稻绿核菌素D及2-C和3-C(或2’-C和3’-C)位置上为双甲基取代的稻绿核菌素类化合物。基于单抗4A12C6和5F4F6分别建立了两种icELISA方法,用于主要稻绿核菌素的检测。其中基于单抗4A12C6的icELISA方法IC50值为0.76 ng/mL,检测范围为0.2-2.8 ng/mL。其中基于单抗5F4F6的icELISA方法IC50值为25 ng/mL,检测工作范围为4.2-166 ng/mL。在稻绿核菌素的抗体制备中,本研究创新性地应用二聚体类化合物的单体进行半抗原衍生与合成,使这类结构复杂的真菌毒素的抗体制备成为可能。(6)将单抗2D3G5与CNBr活化的Sepharose 4B连接,制备稻曲菌素A的免疫亲和层析柱,采用不同洗脱剂对上样后的亲和层析柱进行洗脱,结果表明,用增强离子强度洗脱剂进行洗脱时得到的UA的纯度较高,吸附效率达70%,洗脱效率约为45%。(7)以稻曲球和不同的稻绿核菌为材料,利用单克隆抗体4C4F11进行了荧光免疫组织化学定位,观察到稻曲球的菌丝层中有较明显的荧光条带,说明菌丝层中的稻曲菌素含量较高;尤其是在菌丝靠近胚乳部分,观察到一条非常明显的荧光带,表明稻曲菌素在此处存在聚集现象。通过对两株不同的稻绿核菌的固体和液体发酵菌丝进行荧光免疫组织化学定位,发现稻绿核菌LN-2010-1-1中稻曲菌素荧光强度明显高于稻绿核菌P1,并且稻绿核菌LN-2010-1-1固体发酵菌丝中稻曲菌素荧光强度比液体发酵强得多,这可能与发酵时间和稻曲菌素的分泌有关。本论文研究制备了稻曲菌素和稻绿核菌素的单克隆抗体;克隆了稻曲菌素单克隆抗体的可变区基因,为单抗不同特异性的分子识别机制研究提供了基础;为稻曲菌素和稻绿核菌素的免疫检测建立了灵敏、快速、便捷的检测技术手段;为分离和纯化难度较大的稻曲菌素提供了一种快速、高效的免疫亲和纯化方法;初步探讨了稻曲菌素的合成部位和分布规律。为保障粮食和食品安全以及稻曲菌素和稻绿核菌素的合成部位和分泌规律的研究提供了依据。
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