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鸭乙型肝炎病毒荧光定量PCR检测方法的建立及应用

2021-11-04朱蕴暖刘存霞于可响郭效珍李玉峰刘丽萍马秀丽

中国动物传染病学报 2021年5期
关键词:重复性定量引物

盛 媛,朱蕴暖,刘 娜,刘存霞,于可响,胡 峰,郭效珍,李玉峰,刘丽萍,马秀丽,黄 兵

(山东省农业科学院家禽研究所 山东省禽病诊断与免疫重点实验室 山东省家禽育种工程技术研究中心,济南 250023)

鸭乙型肝炎病毒(Duck hepatitis B virus,DHBV),最早于1980年在北京麻鸭中被发现[1],随后德国和其他国家相继报道[2-7],DHBV与人乙肝病毒(Hepatitis B virus,HBV)同属嗜肝DNA病毒科,其生物特性和发病机理与HBV类似,因此,鸭乙型肝炎动物模型常被用作抗HBV药物筛选及HBV致病机理研究的重要动物模型之一[2,7]。由于鸭子感染DHBV后往往无明显的临床表现,多数呈隐性带毒,并能导致持续性感染[8]。因此,迫切需要针对该病建立快速方便的检测方法。

常规PCR方法虽然操作简便,但灵敏度不高,巢式PCR、半巢式PCR虽然灵敏度较高,但是定量有一定难度,并不适合多样本的检测[9]。本研究根据鸭乙型肝炎病毒C基因保守区域设计一对特异性引物,建立了DHBV SYBR Green荧光定量PCR检测方法,用于DHBV的定量检测。该方法在临床样品的DHBV检测,DHBV感染雏鸭的药物动力学研究试验中,更为节省时间,且操作简便,灵敏度高。

1 材料与方法

1.1 试验材料 DHBV毒株LQM、鸭血清样品,均由山东省禽病诊断与免疫重点实验室分离保存。

1.2 主要试剂 SYBR Green Premix购自聚合美生物有限公司;核酸提取试剂盒、质粒小提试剂盒、胶回收试剂盒等均购Genestar公司。

1.3 引物设计及合成 参照GenBank已发表的DHBV序列(GenBank登录号:MF471769.1)比对分析,设计一对特异性引物,P1:5'-GCCTTAGC CAATGTGTATGA-3',P2:5'-GGTGGAACA GGAGTAGTAGT-3',引物由深圳华大基因公司合成,扩增片段大小为278 bp。

1.4 阳性标准品的制备 按照全式金Easypure@Viral DNA/RNA Kit说明书提取DHBV阳性血清中的病毒DNA。以提取的DNA为模板,用设计的引物进行PCR扩增。扩增条件为:95℃预变性3 min;95℃变性30 s,55℃退火30 s,72℃延伸30 s,35个循环;72℃再延伸5 min。PCR产物经琼脂糖凝胶电泳鉴定,胶回收纯化后,连接至pMD-18T载体上,将连接产物转化Trans 5α感受态细胞。筛选阳性重组质粒送擎科生物技术公司测序,鉴定正确的质粒命名为pMD18T-DHBV。该质粒作为阳性标准品,测定浓度并计算其拷贝数。

1.5 荧光定量PCR反应条件的优化及标准曲线的建立 采用矩阵法分别对退火温度(52、53、54、55、56、57℃)、引物浓度(终浓度分别为0.125、0.25、0.5、1 pmoL/μL)及模板量(1、2、3、4、5 μL)进行优化试验,确定荧光定量PCR最佳反应条件。将1.4制备的阳性标准品进行10倍梯度稀释,以10-2~10-8梯度稀释的质粒为模板进行荧光定量PCR扩增,每个稀释度做3个重复,建立标准曲线。

1.6 敏感性试验 将提取的DHBV病毒DNA模板作10倍系列稀释,用建立的荧光定量PCR进行扩增,验证该方法的敏感性。

1.7 特异性试验 分别提取鸭乙型肝炎病毒(DHBV)、鸭病毒性肠炎病毒(Duck viral enteritis virus,DCV)、Ⅰ型鸭甲型肝炎病毒(Duck hepatitis A virus typeⅠ,DHAV-Ⅰ)、鸭坦布苏病毒(Duck Tambutsu virus,DTMUV)、鸭新型呼肠孤病毒(New duck reoviridae virus,NDRV)的DNA/RNA作为模板,用所建立的荧光定量PCR进行扩增,检测该方法的特异性。

1.8 重复性试验 将已知浓度的DHBV的核酸DNA进行10倍梯度稀释,取7.8×108copies /μL、7.8×106copies /μL、7.8×104copies /μL 3个稀释度为模板,每个浓度设3个重复,利用本试验建立的荧光定量PCR方法进行组内重复试验;每个模板在相同条件下反复进行3次独立的扩增,作为组间重复性试验。根据Ct值分别计算平均数、标准差和变异系数,验证该方法的重复性。

1.9 临床应用 从山东省不同地区规模化养鸭场采集的95份血清中提取病毒DNA,分别用建立的荧光定量PCR方法与常规PCR方法进行检测,比较两种方法的符合率。

1.10 DHBV感染雏鸭的动力学检测 选取代表毒株LQM感染3日龄雏鸭6只,另设对照组6只,分别于感染后1、5、7、9、11、13、15、17、19、22、25、28和31 d胫静脉采血,用建立的荧光定量PCR方法进行检测,分析LQM毒株感染雏鸭的动力学变化情况。

2 结果

2.1 阳性标准品的制备 以DHBV阳性血清提取的病毒DNA为模板,扩增的目的片段与预期大小一致(图1)。对构建的重组质粒进行测序,结果显示成功构建DHBV重组质粒,命名为pMD18T-DHBV,作为阳性标准品。测定其浓度并换算成拷贝数为7.8×1010copies/μL。

图1 DHBV DNA的PCR扩增结果Fig.1 PCR amplification of the DHBV DNA

2.2 SYBR Green荧光定量PCR最佳反应条件 最终确定优化的反应体系20 μL:SYBR Green Premix 10 μL,上、下游引物(10 pmoL/μL)各0.5 μL,模板1 μL,灭菌ddH2O补足至20 μL。最佳反应条件:95℃预变性60 s;95℃变性15 s,56℃退火15 s,72℃延伸20 s,40个循环。

2.3 标准曲线的建立及熔解曲线分析 用建立的SYBR Green荧光定量PCR方法检测各梯度浓度的DHBV阳性标准品,该方法在7.8×108copies/μL~7.8×1 02copies/μL浓度范围内,呈 现良好的线性关系(图2A),相关系数(R2)为0.999,标准曲线方程为:y=-3.3925x+ 39.06,符合试验预期。确定Ct值为36时,为临界值。本试验建立的qPCR对阳性重组质粒的扩增产物溶解曲线显示,在熔解温度Tm为85.5±0.1℃时出现了唯一的特异性峰,无引物二聚体和非特异性扩增产物(图2 B)。

图2 qPCR方法的标准曲线(A)和熔解曲线(B)Fig.2 Standard curve (A) and melting curve (B) of the qPCR

2.2 敏感性试验结果 利用建立的荧光定量PCR和普通PCR对10倍梯度稀释的DHBV DNA模板进行检测,已测定原始DHBV的DNA浓度为17.287 ng/μL,结果显示,荧光定量PCR方法最低检出1×105倍稀释的模板,检出量为1.73 pg;而普通PCR方法最低检出103倍稀释的模板,检出量为173 pg(图3)。

图3 qPCR (A)与常规PCR (B)敏感性试验结果Fig.3 Sensitivity of the qPCR (A) and PCR (B)

2.3 特异性试验 利用建立的荧光定量PCR方法对DHBV、DCV、DHAV-1、DTMUV、N DRV进行检测,结果显示,除了DHBV为阳性外,其他病毒检测结果均为阴性。说明该方法具有良好的特异性(图4)。

图4 特异性试验荧光结果Fig.4 Amplification plot of the specificity assay

2.4 重复性试验 选取3个不同浓度的质粒标准品,利用荧光定量PCR方法进行组内组间重复性试验,结果显示,组内变异系数和组间变异系数均小于1.0%(表1)。表明本试验建立的荧光定量PCR方法具有良好的重复性。

表1 qPCR的重复性试验Table 1 The reproducibility test of the qPCR

2.5 临床样品的检测结果 利用建立的荧光定量PCR方法对送检的95份鸭血清进行检测,同时与常规PCR方法进行比较。结果显示,在95份样品中,荧光定量PCR方法检测有12份为DHBV阳性,常规PCR检测有10份DHBV阳性,共同阳性数10份,共同阴性数83份,两者的符合率为97.9%。

2.6 DHBV感染雏鸭的动力学检测 在不同时间点采集感染LQM毒株后的雏鸭血清,利用建立的荧光定量PCR方法对其分别进行检测。结果发现,LQM毒株感染雏鸭11 d时血清中病毒含量达到高峰,随后逐渐下降,到25 d时又出现反弹上升(图5)。

图5 LQM毒株感染动力学曲线Fig.5 Infection kinetics curve of LQM strain

3 讨论

传统的PCR快速诊断方法因无法准确定量使其应用受到限制,而荧光定量PCR方法因具有操作简便、灵敏度高、重复性好、可量化等优点在病毒检测方面得到广泛应用[10-14]。由于DHBV的特殊地位,近年来DHBV的动物感染模型越来越受到关注。为实现DHBV的快速定量检测,本研究根据DHBV C基因的保守区域设计一对特异性引物,建立了DHBV的SYBR Green实时荧光定量PCR检测方法,旨在为该病的临床检测及流行病学研究提供帮助。

本研究建立的荧光定量PCR方法,扩增结果较为理想,标准曲线呈现良好的线性关系,熔解曲线峰值单一。组内和组间的重复性变异系数均小于1%,表明建立的方法重复性好。建立的荧光定量PCR方法特异性好,仅能特异性地检出DHBV,而不能检出DCV、DHAV-2、DTMUV、NDRV等其他病毒。本研究建立的荧光定量PCR检测方法的灵敏度高于普通PCR方法100倍。

为了将建立的荧光定量PCR方法尽快应用于临床,更好地为临床实践服务,本研究对山东不同地区收集的95份样品进行检测,结果发现,荧光定量PCR与常规PCR方法的符合率高达97.9%,且荧光定量PCR检出率(12.6%)高于普通PCR(10.5%)。荧光定量PCR较普通PCR方法不仅减少了漏检的可能性,同时又缩短了检测时间,提高了检测效率。此外,本研究又对DHBV感染雏鸭的动力学进行了研究,利用建立的方法对感染后不同时间的雏鸭体内病毒含量进行检测。检测结果表明,DHBV感染雏鸭后,第11 d时病毒含量达到高峰,随后逐渐下降,该试验结果为药物有效评价时间点的选择提供了科学的理论依据。

本研究建立的SYBR Green荧光定量PCR检测方法,不仅可实时进行数据分析,还能对检测样品进行病毒定量,为DHBV的早期监测和定期普查提供了有效手段,也为今后开展DHBV的综合防控及HBV药物研发评价奠定了良好基础。

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