白挨泉,李高強(qiáng).,郭建超.,李 欣,蒲文珺,李國清,陳志偉,張浩吉*
(1.佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院,佛山 528231;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué),廣州 510642; 3.香港大學(xué)李嘉誠醫(yī)學(xué)院,香港 999077)
基于16S rRNA基因的鼠Mycoplasmahaemomuris的分子鑒定和種系發(fā)育分析
白挨泉1,李高強(qiáng)1.2,郭建超1.2,李 欣1,蒲文珺1,李國清2,陳志偉3,張浩吉1*
(1.佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院,佛山 528231;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué),廣州 510642; 3.香港大學(xué)李嘉誠醫(yī)學(xué)院,香港 999077)
為了從分子水平揭示野生鼠類血原體的種類特征和系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系,無菌采集32份野生白腹巨鼠血樣,抽提全血基因組DNA,采用真細(xì)菌的通用引物進(jìn)行16S rRNA基因的擴(kuò)增,對擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行克隆和測序。結(jié)果從其中21只血樣中成功地擴(kuò)增出目的片段大小的核苷酸序列。對陽性產(chǎn)物進(jìn)行克隆、測序,獲得了兩條代表性序列(GenBank登錄號HQ183731和 HQ183732)。序列分析顯示,獲得的兩條序列與GenBank中收錄的鼠Mycoplasmahaemomuris16S rRNA 基因(AB758435)相似性最高,分別為95%和97%。兩個樣本間16S rRNA 基因序列相似性達(dá)98.3%。種系發(fā)育分析表明,獲得白腹巨鼠血原體的兩條序列形成了獨立的進(jìn)化分支,并與來自野鼠的Haemobartonellamuris(HMU82963) 和來自家鼠M.haemomuris(AB758435) 所形成的進(jìn)化分枝為姊妹枝。上述研究證明,白腹巨鼠具有較普遍的M.haemomuris感染,并與已報道的嚙齒動物M.haemomuris有一定的遺傳差異,是一種新基因型的血原體。對進(jìn)一步研究人和動物的親血性支原體的流行病學(xué)、種群生物學(xué)等研究具有一定價值。
鼠;Mycoplasmahaemomuris;16S rRNA基因;分子鑒定;種系發(fā)育分析
附紅細(xì)胞體(Eperythrozoon)是以往在分類上歸屬于立克次體目(Rickettsiales)的一類病原,可寄生于豬、牛、綿羊、山羊、犬、貓、鼠等多種動物和人的紅細(xì)胞表面或游離于血漿中[1-3],導(dǎo)致感染宿主的紅細(xì)胞損傷,引起動物表現(xiàn)出貧血、黃疸、發(fā)熱、生長緩慢、慢性干咳甚至突然死亡[4-5]。新近的分類學(xué)研究證明,以往歸屬于立克次體目的附紅細(xì)胞體屬和血巴爾通體屬(Haemobartonella)應(yīng)該劃歸為支原體屬(Mycoplasm),是一類親血性支原體(hemotropicmycoplasma),也稱之為血原體(haemplasm)[6-7]。
不同動物所感染這類附紅細(xì)胞體的種類不同,致病性亦有差異[8]。傳統(tǒng)的附紅細(xì)胞體種類鑒定主要是依據(jù)形態(tài)特征和所發(fā)現(xiàn)的宿主動物來確定,但由于這類病原的形態(tài)較小、缺乏細(xì)胞壁,是一種多形性的微生物,不同種類的附紅細(xì)胞體往往在形態(tài)學(xué)上(光鏡和電鏡觀察)缺乏明顯的鑒別特征[9]。分子鑒定能避免傳統(tǒng)分類中以所發(fā)現(xiàn)動物來定種的簡單性,從基因水平反映附紅細(xì)胞體的種類特征。因此,借助現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù),開展附紅細(xì)胞體的分子鑒定,對研究不同種類附紅細(xì)胞體的宿主范圍、傳染方式、流行特征、發(fā)病和危害具有重要的意義。16S rRNA 基因是進(jìn)行血原體種屬鑒定和分類研究的首選遺傳標(biāo)記[10-11]。本研究采集野生白腹巨鼠血樣,在血涂片染色、光鏡觀察的基礎(chǔ)上,開展鼠血原體16S rRNA 基因序列測定和種系發(fā)育分析,旨在從分子水平揭示鼠血原體的種類特征和系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系,為這類人獸共患病的流行與防治研究提供資料。
1.1 試劑
基因組小量抽提試劑盒購自上海生工生物工程技術(shù)服務(wù)有限公司;多功能DNA純化回收試劑盒購自北京百泰克生物技術(shù)有限公司;Premix ExTaq、DL2000 DNA Marker、pMD 18-T載體購自寶生物(大連)工程有限公司;E.coliDH5α為本實驗室保存;其他相關(guān)試劑均為國產(chǎn)分析純。
1.2 樣品來源及全血基因組DNA的抽提
無菌采集來自湖南和廣西的野生白腹巨鼠血樣2 mL,經(jīng)40 g·L-1EDTA-Na2抗凝處理后,取抗凝血涂片,進(jìn)行常規(guī)吉姆薩染色,鏡檢。隨后按照基因組小量抽提試劑盒說明書抽提全血基因組DNA,置-20 ℃冰箱保存,作為PCR反應(yīng)的模板。
1.3 引物和16S rRNA基因的PCR擴(kuò)增
試驗用文獻(xiàn)[12]報道的通用引物對fHf1/rHf2,該引物對能擴(kuò)增出真細(xì)菌幾乎全長的16S rRNA基因,引物序列為fHf1:5′-ACGCGTCGACAGAG-TTTGATCCTGGCT-3′;rHf2:5′-CGCGGATCCGCTACCTTGTTACGACTT-3′。引物由上海生工生物工程技術(shù)服務(wù)有限公司合成。
PCR反應(yīng)體系為50 μL,其中2×PCR Premix ExTaq25 μL (組成:TaKaRa ExTaq1.25 U,2×dNTPs各0.4 mmol·L-1,2× ExTaqBuffer,4 mmol·L-1Mg2+),引物對fHf1/rHf2各1 μL(25 mmol·L-1),DNA模板1 μL,dd H2O 22 μL。擴(kuò)增程序:95 ℃ 預(yù)變性5 min,隨后95 ℃ 45 s,50 ℃ 2 min,72 ℃ 1 min,進(jìn)行32個循環(huán);最后在72 ℃延伸 5 min。以本實驗室構(gòu)建的鼠梨形蟲18S rRNA基因的重組質(zhì)粒作為陽性對照,以蒸餾水為陰性對照。
1.4 PCR產(chǎn)物的克隆和序列測定
取5.0 μL PCR產(chǎn)物,用10 g·L-1瓊脂糖凝膠電泳(90 V,15 min),然后在紫外透視儀上觀察擴(kuò)增片段大小。PCR產(chǎn)物的純化及與pMD 18-T載體的連接分別參照試劑盒說明書進(jìn)行。連接產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化和陽性克隆的篩選按照常規(guī)的分子克隆方法進(jìn)行。將篩選的陽性克隆接種于含100 mL·L-1Amp+的LB液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)18 h,取3 mL經(jīng)菌液PCR鑒定為陽性的重組菌液送上海Invitrogen公司進(jìn)行核苷酸序列測定。
1.5 序列的同源性比對和種系發(fā)育分析
對測序獲得陽性序列進(jìn)行拼接、比較和分析。利用Clustal X 1.81[13]對獲得的線粒體序列分別進(jìn)行比對分析,眼觀修正比對結(jié)果,利用和DNAStar 6.0對不同種類親血型支原體的16S rRNA基因序列進(jìn)行相似性計算。利用三種方法來構(gòu)建種系發(fā)育關(guān)系樹,分別為貝葉斯法(Bayes)、最大似然法(ML)和鄰接法(NJ)[14-16]。構(gòu)建系統(tǒng)樹的可靠性采用自展值檢驗來評估,復(fù)制數(shù)為1 000。為揭示白腹巨鼠的血原體與其他種類血原體之間的種系進(jìn)化關(guān)系,本研究還與其他相關(guān)親血型支原體序列進(jìn)行了比較(見表1),以肺炎支原體(M.pneumoniae)(M29061)為外群,用Tree View Program version 1.65[17]繪制種系發(fā)育關(guān)系樹。
表1 用于系統(tǒng)進(jìn)化分析的親血性支原體種類信息表
Table 1 HemotropicMycoplasmasamples used in the present study
病原名稱Species/Samplecode宿主Host地理分布GeographicaloriginGenBank登錄號GenBankNo.M.haemomuris?MH1白腹巨鼠Rattusedwardsi中國ChinaHQ183731M.haemomuris?MH2白腹巨鼠Rattusedwardsi中國ChinaHQ183732Haemobartonellamuris野鼠Wildmice日本JapanHMU82963M.haemomuris黑鼠Rattusrattus日本JapanAB758435M.coccoides鼠Mouse英國UKAY171918M.sp.褐家鼠Rattusnorvegicus日本JapanAB752303CandidatusM.turicensis貓Cat南非SouthAfricaDQ464422M.haemofelis貓Cat英國UKAY150985M.erythrodidelphis黑耳負(fù)鼠Didelphismarsupialis美洲AmericaAF178676M.ovis綿羊Sheep美洲AmericaAF338268M.wenyonii牛Cattle日本JapanEU367963M.suis豬Pig中國ChinaAY492086M.haemolama羊駝Alpaca美洲AmericaAF306346CandidatusM.kahanei松鼠猴Saimirisciureus-AF338269M.haemocanis犬Dog德國GermanyAY150973CandidatusM.haemoparvum犬Dog法國FrenchAY532390M.pneumoniae--M29061
2.1 白腹巨鼠血樣的光鏡觀察
將無菌采集的32份白腹巨鼠血液樣品,用鮮血壓滴標(biāo)本檢查和血液涂片吉姆薩染色后鏡檢,其中2/3的血液樣品均看到文獻(xiàn)[18]中有關(guān)附紅細(xì)胞體光鏡觀察的特征。
2.2 PCR擴(kuò)增
利用能擴(kuò)增出真細(xì)菌幾乎全長的16S rRNA基因的引物對fHf1/rHf2,對來自廣西和湖南的32份血液樣品中進(jìn)行檢測,發(fā)現(xiàn)有21份血液樣品擴(kuò)增得到大小約為1 400 bp的條帶,與預(yù)期片段大小相符,在豬附紅細(xì)胞體GD株為陽性對照的PCR產(chǎn)物中,也出現(xiàn)了大小相近的條帶,以蒸餾水為陰性對照無特異性條帶出現(xiàn)。部分樣品的PCR擴(kuò)增結(jié)果見圖1??偣?2份白腹巨鼠的血液樣品進(jìn)行PCR擴(kuò)增結(jié)果顯示,21份樣品擴(kuò)增結(jié)果為陽性,總體陽性率為65.63%(21/32)。
2.3 序列測定
對其中2份代表性樣品MH1和MH2的PCR產(chǎn)物進(jìn)行克隆測序,分別獲得為1 342 (MH1) 和1 360 bp(MH2)的16S rRNA基因片段,其A+T含量分別為54.55%和54.63%。獲得序列的Blast結(jié)果顯示,源自白腹巨鼠的兩個樣品MH1和MH2間16S rRNA 基因的相似性為98.3%,與GenBank中收錄的鼠Mycoplasmahaemomuris16S rRNA基因(序列號AB758435)相似性最高,分別為95%和97%。代表性樣品MH1和MH2的序列已提交到GenBank,登錄號分別為HQ183732和HQ183732。
2.4 種系發(fā)育分析結(jié)果
以肺炎支原體為外群,基于16S rRNA 基因序列用BI、ML和NJ三種方法重構(gòu)白腹巨鼠支原體及其他種類支原體的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。結(jié)果顯示,除了bootstrap值外,三種方法所構(gòu)建的種系發(fā)育樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基本一致(圖2)。源自野鼠血原體的兩條序列MH1和MH2形成了獨立的進(jìn)化分支,該進(jìn)化分枝與來自野鼠的H.muris(HMU82963) 和來自家鼠M.haemomuris(AB758435) 所形成的進(jìn)化枝互為姊妹枝,處于同一大的進(jìn)化枝上。白腹巨鼠血原體與已報道日本褐家鼠的M.sp.(AB752303)和英國鼠的M.coccoides(AY171918)表現(xiàn)出較大的遺傳差異。系統(tǒng)進(jìn)化分析進(jìn)一步證明了來自我國白腹巨鼠的血原體為M.haemomuris,并且與以往報道的嚙齒動物血原體種類存在明顯差異,暫定為一種新基因型的M.haemomuris,命名為M.haemomuris白腹巨鼠株(簡稱為MH1、MH2株)。
M.DL2000DNA相對分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn);1 .陰性對照;2~9 .白腹巨鼠血樣;10 .陽性對照M.DL2000DNA marker;1.Negative control;2-9 .Samples from Rattus edwardsi;10 .Positive control圖1 代表性樣品PCR擴(kuò)增結(jié)果Fig.1 Results of PCR amplification in representative samples
節(jié)點處數(shù)據(jù)由左到右依次為Bayes、ML、NJ的Bootstrap值(%);“ns.”表示無支持率Numbers at nodes indicate bootstrap values resultiong from Bayes/ML/NJ,and no values support are given as “ns.”圖2 基于16S rRNA 基因的親血性支原體系統(tǒng)進(jìn)化樹Fig.2 Phylogenetic tree of hemotropic Mycoplasma spp.based on 16S rRNA gene sequences
國內(nèi)對鼠的附紅細(xì)胞體研究較少,作者應(yīng)用分子生物學(xué)方法,確定了我國野生鼠類——白腹巨鼠有M.haemomuris感染,且感染率較高,達(dá)到65.63%(21/32)?;?6S rRNA基因序列分析表明,在白腹巨鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的這種血原體與國外報道的鼠源種類存在明顯的差異,推測是一種新基因型的M.haemomuris。這種源自白腹巨鼠的新基因型的M.haemomuris,是否可感染其他嚙齒動物、致病性和危害等方面,有待進(jìn)一步研究。
附紅細(xì)胞體屬和血巴爾通體屬是寄生于紅細(xì)胞表面或游離于血漿的病原體,傳統(tǒng)的屬間鑒定標(biāo)準(zhǔn)主要基于兩方面:⑴ 在顯微鏡下觀察,附紅細(xì)胞體通常呈環(huán)形,而血巴爾通體很少見到這種形態(tài);⑵ 附紅細(xì)胞體既可附著在紅細(xì)胞表面,也可游離于血漿中,而血巴爾通體主要附著于紅細(xì)胞表面,在血漿里少見或沒有。在1984 年出版的《伯氏細(xì)菌鑒定手冊》中記載的感染鼠類的這類病原有鼠血巴爾通體(H.muris)和球形附紅細(xì)胞體(E.coccoides)。近來的分類學(xué)研究認(rèn)為,這兩種病原均為支原體屬(Mycoplasma),并分別命名為M.haemomuris和M.coccoides[19-20]。本研究基于16S rRNA基因序列分析進(jìn)一步表明,曾經(jīng)歸屬于立克次體目、無形體科的H.muris(HMU82963)與M.haemomuris(AB758435)的16S rRNA基因序列相似性達(dá)99%以上,在遺傳關(guān)系上處于相同的進(jìn)化分枝,為同種病原。本研究報道的白腹巨鼠血原體與M.haemomuris(AB758435)的進(jìn)化關(guān)系最近,而與已報道的英國鼠的M.coccoides(AY171918)和日本褐家鼠的M.sp.(AB752303)的遺傳差異較大。
H.Sashida等(2013)通過對采集自日本的小田鼠和黑鼠的M.haemomuris的16S rRNA基因序列相似性達(dá)99%以上,但根據(jù)樣品ITS的系統(tǒng)進(jìn)化分析將M.haemomuris可分為A、B兩個群,其中A群樣品來自小田鼠,而B群來自黑鼠,A、B群之間的ITS序列相似性為84.9%,因此認(rèn)為M.haemomuris的ITS序列具有穩(wěn)定的遺傳特征并能反映M.haemomuris的宿主趨向性[21]。作者獲得的白腹巨鼠的兩個樣本MH1和MH2間16S rRNA 基因的相似性為98.3%,存在一定的遺傳差異,這種差異表現(xiàn)在ITS序列上的遺傳特征及其生物學(xué)意義有必要深入研究。
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(編輯 白永平)
Molecular Identification and Phylogenetic Analysis ofMycoplasmahaemomurisIsolates from WildRattusedwardsibased on 16S Ribosomal RNA Gene
BAI Ai-quan1,LI Gao-qiang1,2,GUO Jian-chao1,2,LI Xin1, PU Wen-jun1,LI Guo-qing2,CHEN Zhi-wei3,ZHANG Hao-ji1*
(1.SchoolofLifeSciences,F(xiàn)oshanUniversity,F(xiàn)oshan528231,China;2.CollegeofVeterinaryMedicine,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China;3.AIDSInstitute,LiKaShingFacultyofMedicine,TheUniversityofHongKong,HongKongSAR999077,China)
This experiment was conducted to study the species characteristic and phylogenetic relationship of hemoplasmas from the wild rats on molecular level.Thirty-two blood samples collected from wildRattusedwardsiin Hunan and Guangxi province of China were investigated by PCR aplication based on the 16S rRNA gene sequence.The total infection rate of hemoplasmas was 65.63% (21/32).Genetic variations showed that the inter-specific differences betweenM.haemomurisisolates and otherMycoplasmaspecies (3.0%-4.5%) were bigger than that (0.8%) between two synonymic species (HaemobartonellamurisandM.haemomuris).Phylogenetic analyses indicated thatM.haemomurisderived from wildRattusedwardsigrouped into a solitary clade closely related toH.murisandM.haemomuris. The results suggested thatM.haemomurisisolated in the present study should represent a new genotype,and temporarily namedM.haemomurisRattusedwardsistrain.These data may have important implications for researching epidemiology and population biology as well as for studying the taxonomy and status of the genusMycoplasma.
Rattusedwardsi;Mycoplasmahaemomuris;16S rRNA gene;molecular identification;phylogenetic analysis
10.11843/j.issn.0366-6964.2015.08.025
2015-04-08
廣東省自然科學(xué)基金項目(S2013010012475);廣東省教育廳科技創(chuàng)新項目 (2013KJCX0187)
白挨泉(1970-),男,山西興縣人,副教授,碩士,主要從事動物傳染病的教學(xué)和科研工作
*通信作者:張浩吉,E-mail:zhanghaoji@aliyun.com
S852.62
A
0366-6964(2015)08-1471-06