湖南农业科学2010,(11):75~77 Hunan Agricultural Sciences 三重RT—PCR快速检测多种马铃薯病毒的研究 陈阳婷 ,宁红。,张敏 (1.成都农林科学院园艺研究所,四川成都610072;2.四川省植物检疫站, 四川成都610041;3.四川农业大学,四川雅安625014) 摘要:依据马铃薯X病毒、S病毒、A病毒及卷叶病毒的基因组RNA保守序列设计特异性引物对,从反转录反应中dNTPs浓 度、退火温度、PCR反应中M 浓度、循环条件4方面优化三重RT—PCR反应条件,可以同步扩增出上述4种病毒,分别得到620 bp(PVX)、435 bp(PVS)、300 bp(PVA)、222 bp(PLRV)大小的扩增片段。结果表明,反转录反应中dNTPs浓度和PCR反应中Mg2+对 整个反应的影响最大;其次是退火温度;循环条件对RT—PCR影响较小。优化的三重RT—PCR反应体系为马铃薯病毒的检测提供 了一种快速、灵敏、简便的方法,对马铃薯病毒的早期检测和防治提供了有效手段。 关键词:马铃薯;RT—PCR;病毒检测 中图分类号:¥41—30 文献标识码:A 文章编号:1006—060X(2010)11—0075—03 Quick Detection of Multiple Potato Viruses by Multiplex RT-PCR CHEN Yang-ting’,NING Hong ,ZHANG Min。 f1.Institute ofHorticultural Science,Chengdu Academy ofAgriculturla and Forestry Sciences,Chengdu 61002Z PRC; 2.Sichuan Plant Quarantine St ̄ion,Chengdu 610041,PRC;3.Sichuan Agricultural University,Ya"an 625014,PRC) Abstract:The pfime ̄for potato virus X(PVX),potato virus S(PVS),potato viurs A(PVA)and potato leaf roll virus (PLRV)fragments were designed based on their coat protein region,and a multiplex reverse transcription polymerase chain reaction(m—RT-PCrt)was optimized fi'om dNTPs concentration,annealing temperature,M concentration and cyclic conditions.The optimized in-RT—PCR can amplify PVX,PVS,PVA and PLRV simultaneously,and the fragments were 620 bp(PVX),435 bp(evs),300 bp(PVA)and 222 bp(PLRV).The results showed that the dNTPs concentration at reverse transcription stage(RT)and the M concentration at PCR stage had a great impact on the detection performance,and next was the annealing temperature at PCR stage;the cyclic conditions has small impact on the detection results.The optimized in—RT-PCR provide a quick,sensitive and simple method for detecting potato viruses, and it also provide a effective way for early detection and control of potato viurses Key words:potato;RT—PCR;virus detection 快速诊断马铃薯病毒病是种薯品质鉴定的重要 优化反应条件。优化后的三重RT—PCR反应体系,可 内容。在我国,主要的马铃薯病毒种类有马铃薯x 以同时检测田间复合侵染的3种马铃薯病毒。 病毒(Potato virus X,PVX),马铃薯Y病毒(Potato 1材料与方法 virus Y,PVY),马铃薯卷叶病毒(Potato leaf roll virus,PLRV),马铃薯A病毒(Potato virus A,PVA) 1.1试验材料 及马铃薯s病毒(Potato virus S,PVS)。对生产影响 从田间采集感染有马铃薯病毒的发病植株,以 最大的病毒是PVY和PLRV,其次是PVX和PVA, ELISA方法确定病毒种类,分别将PVX、PVS、PLRV PVS影响较小}lJ。通过3 a田间调查及分子检测,发 和PVA混合接种于防虫温室内种植的健康马铃薯 现在四川地区,PVX、PVS、PVA及PLRV往往复合 植株上,以植物组织培养室内经过茎尖脱毒的马铃 侵染,迫切需要经济方便的多重检测方法。本研究设 薯组培苗作为阴性对照。 计了这4种病毒的引物,从退火温度、反转录反应中 1.2病毒RNA的提取 dNTPs浓度、PCR反应中Mg 度、循环条件4方面 采用北京TIANGEN生化科技有限公司的 RNAprep Plant Kit试剂盒提取带毒马铃薯植株的 收稿日期:2010—04—09 总RNA作为待测的病毒RNA。 基金项目:t ̄Jll省科技攻关项目(07FG002~008) 1.3 cDNA的合成 作者简介:陈阳婷(1983一),女,四川宜宾县人,硕士,主要研 究方向为植物病理。 根据PVX、PVS、PVA以及PLRV的基因组 通讯作者:宁红 RNA保守序列设计特异性引物对(表1)。反转录体 76 湖南农业科学 第11期 系(2o ILL):病毒总RNA 2.5 ,20 pmol/L病毒下 游引物各0.5 ILL,5xMMLV buffer(MBI)4 L,20 u/ IxL RNA抑制剂(Rnasin,MBI)0.5 ILL,200 U/IxL MMLV反转录酶(MMLV RT,MBI)1 ILL,dNTPs分 别选用0.5、1、1.5 mmol/L,DEPC处理水补足20 2.1反转录(RT) 反转录体系中dNTPs浓度为0.5、1、1.5 mmol/L 时,对三重RT—PCR同时检测PVX、PVA和PLRV 的影响如图1一A所示,当dNTPs小于1 mmol/L, PVA扩增靶带很弱;当dNTPs浓度为1~1.5 mmol/L 时能扩增出PVX、PVA、PLRV这3种病毒的靶标条 L。反转录条件:42℃30 rain,94 ̄C 5 rain,4 ̄C保存。 扩增反应在eppendorf PCR扩增仪中进行。 表1用于FIT—PCR反应的4种马铃薯病毒引物对 2 9 7 5 3∞∞∞∞∞ 1.4 PCR反应 RCR体系(总体积25 L):取4 L合成的 eDNA作为反应模板,IOxPCR buffer(BioBRK)2.5 ,5 u/txL Taq DNA聚合酶(BioBRK)0.5 IxL,10 mmol/L dNTP 0.5 L,MgC12分别选用2.5、3、3.5 mmol/L,20 pmol/L 4种病毒上游引物和下游引物各 1 IxL,双蒸水补足25 L。退火温度从57 ̄C设到 61℃;PCR反应条件是94 ̄(2变性30 s,60 ̄C退火30 S,72℃延伸1 rain,设置为3O个循环、35个循环、40 个循环、45个循环,最后72℃延伸10 rain;PCR反 应在eppendorf PCR扩增仪中进行。PCR反应结束 后,取出扩增产物5 L进行琼脂糖凝胶电泳检测。 l 97 5 1.5 三重RT—PCR的组合 ∞∞∞ ∞ 三重RT—PCR检测PVX、PVS、PVA和PI RV 共有4种组合方式,分别是:(1)PVX、PVS和PVA; (2)PVX、PVS和PLRV;(3)PVX、PVA和PLRV;(4) PVS、PVA和PLRV。每一种组合的反应体系都从 dNTPs浓度对反体转录的影响、退火温度对PCR的 影响、Mg2 浓度对PCR的影响和反应程序对PCR 的影响4个方面进行优化。 1.6 RT—PCR产物的克隆和测序 RT—PCR产物切胶回收后,按标准方法克隆到 PGM—T中,PCR法筛选阳性菌落,提取质粒DNA, 酶切验证后分别测序(上海英俊生物技术有限公 司)。 2结果与分析 带;当dNTPs浓度为1.5 mmol/L时,扩增效果最好。 三重lit—PCR同时检测PVS、PVA和PLR ̄的影响 如图1一B所示,dNTPs浓度为0.5~1.5 mmol/L都能 扩增出3种病毒条带。 皇;A 羞 B 图1 dNTPs浓度的优化 (M:DNA marker;1-3:反应中分别加入0.5、1、1.5 mmol/L dNTPs) 本试验采用的是两步法二重RT—PCR,首先反 转录合成eDNA,然后取一部分eDNA进行PCR扩 增。如果反转录没有合成eDNA或合成的较少,将 直接影响到PCR扩增的效果,所以反转录反应相 对较为重要lll。可知,dNTPs浓度是影响反转录反应 重要的因素。 2.2聚合酶链式反应(PCR) 2.2.1 退火温度对PCR的影响 如图2一A所示。 退火温度从58℃到62%都能同时扩增出PVX、 PVS、PLRV 3种病毒;从图2一B可知,当退火温度 达到61 ̄C时,三重RT—PCR仅能扩增出PVS和 PVA两种病毒。当退火温度为6O℃时,病毒的三条 靶标条带清晰且亮度高,扩增效果最好。所以,退火 温度对PCR也有一定的影响。 M 1 2 3 4 5 6 6 l 2 3 4 5 M ■ ■ A B 图2退火温度的优化 (M:DNA marker;1~5:退火温度分别是58、59、60、 61、62 ̄C;6:阴性对照) 2.2.2 Mg 浓度对PCR的影响PCR体系中Mg2+ 浓度为2.5、3.0、3.5 mmol/L时,对三重RT—PCR同 时检测PVA、PVY和PLRV的影响如图3一A所示, 3 第11期 陈阳婷等:三重RT—PCR快速检测多种马铃薯病毒的研究 当Mg h浓度为2.5 mmol/L时,无法扩增出PVA,只 能扩增出PVS和PLRV的靶标条带;当Mg2+ ̄度增 为3 mmol/L,能同时扩增出PVS、PVA、PLRV 3种 BLAST报道的PVS病毒的序列同源性达到98%; PVX的RT—PCR扩增产物的序列与NCBI BLAST 报道的PVX病毒的序列同源性达到96%。 病毒的靶标条带;再继续增大Mgz 浓度,对3种病 毒的扩增效果不好。如图3一B所示,Mg 浓度为 3讨论 2.5、3.0、3.5 mmol/L时,都能同时扩增出PVX、PVS、 PVA的靶标条带,当Mg 浓度增为3 mmol/L,扩增 效果最好。因此,Mg2* ̄度对PCR扩增的影响较大。 传统的指示植物法检测病毒费时费力且灵敏 度低,目前应用最广的是以病毒抗血清为基础的酶 联免疫法(ELISA)检测病毒。ELISA法比传统的检 测方法灵敏度提高了许多,但存在着假阳性或假阴 M l 2 3 4 4 1 2 3 M 臣v ● l 9 7 5 3 ∞∞∞∞ A B 图3 MgC1 浓度的优化 (M:DNA marker;1-3:MgCl2浓度分别为2.5、3.0、3.5 mmol/L;4:阴性对照 2-3反应程序 如图4一A所示,PCR的循环数从30到45均能 同时扩增出PVX、PVS和PVA,但是当循环数目小 于30时,PVA的目的条带不明显;当循环数目大于 40时,PVA的目的条带非常微弱;效果较好的是35 个循环。从图4一B,可知PCR的循环数从3O到45 均能同时扩增出PVX、PVA和PLRV,扩增效果差异 不大。总的来说,反应程序对整个反应影响不大。 M l 2 3 4 5 M l 2 3 4 5 圉 一 图4循环次数的优化 (M:DNA marker;l~4:PCR循环数分别为30、35、 40、45个循环;5:阴性对照) 2.4 RT—PCR产物的克隆及测序 切胶回收PVX、PVS、PVA和PLRV的RT— PCR产物,克隆到PGM—T载体中,通过PCR验证 得到的白色菌落分别含有以上几种病毒的cDNA, 提取质粒测序。测序结果与NCBI BLAST报道的病 毒基因序列对比,PLRV的RT—PCR扩增产物的序 列与NCBI BLAST报道的相应病毒的序列同源性 达到100%;PVA的RT—PCR扩增产物的序列与 NCBI BLAST报道的PVA病毒的序列同源性达到 99%;PVS的RT—PCR扩增产物的序列与NCBI 性现象,也无法区分因外壳蛋白基因有一定同源性 的病毒类型[21,并且不足以检测含量极少的韧皮部病 毒及休眠种薯中的病毒。近年来发展的反转录聚合 酶链反应(RT—PCR)方法因其具有灵敏、快速、特异 性强等优点,在植物病毒的检测上显示出强大的优 势『3】。在国内外已有单一RT—PCR检测PVY、PLRV、 FSTVd等的应用。 在RT—PCR中使用一对以上的引物就称之为 多重RT—PCR,它能够同时扩增目的DNA中的几 个片段,以节省模板、时间和减少费用。设置多重 PCR反应体系必须确保反应中所有的引物有相近 的熔解温度,扩增产物应该大小相近但又能够通过 电泳分开。本研究设计的这4种病毒的引物,基本 满足以上条件;并且从退火温度、dNTPs浓度、Mg 浓度、循环条件4方面优化反应条件,将其应用于 同时扩增3种病毒已成功实现。与单重RT—PCR相 比,三重RT—PCR更适合于检测田问复合侵染的多 种病毒,可以大大简化病毒检测的工作量,又能进 一步降低成本,更有利于马铃薯种苗病毒实际检 测,对于生产实践有着非常重要的意义。研究结果 表明,采用该反应程序可以稳定性地检出田间自然 感染的几种主要马铃薯病毒。并可以此研究结果为 基础,对反应体系做进一步的优化,建立四重RT— PCR同时检测多种马铃薯病毒的技术。 参考文献: 【1】袁青,殷幼平,王中康.二重RT—PCR快速检测马铃薯病毒 的方法IJJ.植物检疫,2005,19(3):135—138. 【2J Jelkmann W,Keimkonrad R.An immuno—capture polymerase chain reaction and plate—trapped ELISA for the detection of p— ple stem sPjning virus[J].Phytopalhology,】997,】45:499-504 [3]李浩戈,吴元华,赵秀香.马铃薯Y病毒的RT—PCR检N[JI.沈 阳农业大学学报,1990;30(3):244—246. (责任编辑:卢红玲)