马铃薯四种病毒多重PCR检测体系的建立

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马铃薯是重要的粮菜兼用作物,在我国粮食生产和国民经济发展中占有举足轻重的地位。但随着栽培面积扩大和连作频繁,马铃薯病害发生情况日趋严重,其中病毒病的危害最为普遍。已知能感染马铃薯的病毒多达35种以上,其中危害严重的有6~7种。病毒侵染不仅影响当季植株生长,甚至会导致种质退化。危害我国马铃薯的病毒主要是普通花叶病毒(Potato virus X,PVX)、重花叶病毒(Potato virus Y,PVY)、潜隐花叶病毒(Potato virus S,PVS)和卷叶病毒(Potat Leaf Roll virus,PLRV),这些病毒常会复合侵染,造成的危害更大。目前,世界上尚无有效治疗病毒病的药剂,脱毒种薯生产和应用成为预防马铃薯病毒病的重要措施,而建立快速、准确、灵敏的病毒检测技术对于种薯质量检测和种子市场监管具有重要的现实意义。目前,植物病毒检测的方法有指示植物法、电子显微镜技术、免疫学方法和分子生物学方法。指示植物法需要观察特定植物发病症状,有时因发病症状不明显而难以鉴别,还因检测周期太长无法满足实际需要;电子显微检测技术需要昂贵的电镜和娴熟的操作人员,一般实验室无法满足。目前,酶联免疫吸附测定(ELISA)是常用的检测方法,但对局限于寄主韧皮部且浓度极低的病毒(如PLRV),ELISA检测方法仍显不够灵敏,偶尔还会出现假阳或假阴性,还存在操作过程繁琐、耗时较多的缺点。PCR及其相关技术以其快速、灵敏和准确等优点已广泛应用于病毒检测,马铃薯病毒常常复合侵染,这就需要在同一反应中对多种病毒实施同步检测,以满足快速检测的需要。在常规PCR基础之上发展起来的多重反转录PCR(Multiplex ReverseTranscription PCR,RT-mPCR)技术,既保留了常规PCR所具有的特异性和敏感性,还可减少操作步骤及节约试剂,重要的是可以在同一反应中检测多种病毒。目前,已有同步检测2~3种马铃薯病毒的RT-mPCR报道,但同时检测3种以上病毒的报道不多。为此,本研究以马铃薯PVX、 PVY、PVS和PLRV同步检测为目标,筛选4种病毒外壳蛋白的保守序列,根据多重PCR原理设计特异引物,优化多重PCR反应体系和反应条件,建立对这4种病毒病同步分子检测体系。研究取得的主要结果有:1.克隆得到马铃薯PVX、 PVY、PVS和PLRV的外壳蛋白基因,建立了用于4种病毒的分子检测参照物。参考国内外对马铃薯病害PCR检测的相关文献,检索美国国立生物信息中心(NCBI)中4种病毒的分子序列,确定检测分子为病毒的外壳蛋白(Coat Protein,CP)基因。通过RT-PCR扩增得到4种病毒CP基因全长片段;与克隆载体连接,导入E.coli DH5α,分别建立了4种病毒CP基因的克隆子。经测序,克隆的4种病毒CP基因序列与报道的序列同源性都在96%以上。含有4种病毒CP基因的克隆子为mPCR体系建立和样品检测提供了稳定的阳性对照。2.筛选并验证了4种病毒CP基因保守区扩增的稳定性。通过NCBI BLASTN和BIOEDIT比较,找到各病毒CP基因的保守序列;按照多重PCR引物设计原则,分别设计了扩增各病毒CP基因保守序列的引物,以含有4种病毒CP基因的克隆子为模板,可分别扩增出421、202、516和330bp的特异性片段;通过对不同病原物的检测,验证了引物的特异性。3.建立了稳定的4种马铃薯病毒同步RT-mPCR检测体系。通过多重PCR反应体系和反应条件优化,建立了同步检测马铃薯PVX、PVY、PVS和PLRV的RT-mPCR体系。对采集的大田马铃薯叶片和种业生产的微型薯样品检测表明,建立的多重RT-PCR检测体系具有稳定、快速和准确高的特点,可同步对马铃薯4种病毒进行检测。较ELISA测定和单一RT-PCR方法,这种检测方法不但可以减少操作步骤和节约时间,又可减少交叉污染和提高检测的灵敏度,不失为一种马铃薯病毒检测的高效方法。
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