山東省某地鸚鵡喙羽病病毒的全基因組序列及對(duì)SPF雞胚的致病性探究

吳少鵬 宋 艷 孫淑紅

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，泰安，271000)

PBFD是一種在世界范圍內(nèi)的鸚鵡鳥(niǎo)類中常見(jiàn)的、慢性的、最終致死鸚鵡的病毒病[1]。到目前為止，已經(jīng)在地球上超過(guò)60種鸚鵡鳥(niǎo)中發(fā)現(xiàn)了PBFDV[2]，占到鸚鵡類物種的10%以上[3]。尤其對(duì)瀕危物種構(gòu)成了巨大威脅[4]。PBFDV可以追溯到白堊紀(jì)澳大利亞古老的Psittacopasserine圓環(huán)病毒[5-6]，屬圓環(huán)病毒科(Circoviridae)的圓環(huán)病毒屬(Circovirus)。形態(tài)學(xué)上，14—16 nm，無(wú)包膜的二十面體形病毒，含有一個(gè)2 000 bp[7]的單鏈環(huán)狀ssDNA基因組，其中包括兩個(gè)相反方向的主要開(kāi)放閱讀框(ORFs)，一個(gè)編碼衣殼蛋白(CP)，另一個(gè)編碼復(fù)制相關(guān)蛋白(REP)[8]。由于圓環(huán)病毒的物理化學(xué)特性，該病毒在體外環(huán)境中非常穩(wěn)定，能夠防御惡劣和干燥的環(huán)境，高溫和化學(xué)攻擊[9]。盡管它可能是感染脊椎動(dòng)物的最簡(jiǎn)單的病原體，但它被認(rèn)為是慢性病患者免疫抑制的原因[10]。受感染的鸚鵡很容易被細(xì)菌、真菌和病毒繼發(fā)感染[11]。感染PBFDV的大多數(shù)鸚鵡表現(xiàn)出異常形狀的喙、羽毛脫落[12]，羽毛萎縮，抑郁，營(yíng)養(yǎng)不良[10，13]和皮膚表面寄生蟲(chóng)的存在。它可以引起白細(xì)胞凋亡，并對(duì)法氏囊造成損傷，脾臟、胸腺和肝臟腫大，并可以觀察到肺和胸腺，上皮和心內(nèi)膜組織的出血[14]。最常見(jiàn)的病理變化是淋巴器官中T淋巴細(xì)胞的迅速減少，如胸腺、脾臟和法氏囊[14]。它能通過(guò)在受感染的父母[15]通過(guò)卵或喂養(yǎng)期間[16]垂直傳播，通過(guò)羽毛粉塵、糞便和碎片在水平方向上進(jìn)行傳播，但水平傳播更為嚴(yán)重[17]。然而，還未有商業(yè)化疫苗用于生產(chǎn)過(guò)程，并且未能在任何細(xì)胞或培養(yǎng)物中繁殖PBFDV[18]。一般來(lái)說(shuō)，由于感染的流行和病毒的穩(wěn)定性，治愈疾病的可能性不大，因此，鸚鵡病通常接受姑息治療和支持治療[19]。早期識(shí)別PBFDV感染對(duì)于降低鸚鵡死亡率和經(jīng)濟(jì)損失具有重要意義[20]。

1 材料和方法

1.1 道德聲明

根據(jù)鸚鵡主人的意愿，批準(zhǔn)了對(duì)動(dòng)物進(jìn)行的所有處理。

1.2 患病鸚鵡臨床情況

共收集了3只非洲灰鸚鵡(Psittacuserithacus)進(jìn)行下一步試驗(yàn)。我們觀察了鸚鵡的整體健康狀況，并調(diào)查了鸚鵡的喂養(yǎng)和管理情況。檢查鳥(niǎo)的形態(tài)特征和組織器官的變化，采集新鮮皮膚組織進(jìn)行組織病理學(xué)分析，新鮮的肝臟和羽毛樣品用于DNA提取。

1.3 主要試劑

DNA Marker DL2000、pMD19-T克隆載體、Tris平衡酚購(gòu)自TaKaRa。 TARANS 5α購(gòu)自Biotech，瓊脂糖凝膠回收試劑盒購(gòu)自O(shè)MEGA，PCRTaq酶購(gòu)自康為世紀(jì)。瓊脂糖，氨芐西林，蛋白酶K購(gòu)自Amresco。LB培養(yǎng)基購(gòu)自Invitrogen，50×TAE購(gòu)自索萊寶。無(wú)機(jī)試劑，如PBS，無(wú)水乙醇和氯仿，均由國(guó)內(nèi)生產(chǎn)，分析純。

1.4 引物合成

根據(jù)GenBank上公布的標(biāo)準(zhǔn)序列，為PBFDV全基因組設(shè)計(jì)引物，估計(jì)的片段大小為約2 000 bp。由鉑尚公司合成，序列如下：

PBFDV-F：ATGGGCGGGGCTTGCATAACCTCT

PBFDV-R：GCCTGACGTAGATATCCGGGAACTCTCGC

1.5 DNA組織的提取

取出儲(chǔ)存在冰盒中的新鮮肝臟和羽毛組織，然后提取DNA[21]。

1.6 PCR程序

使用設(shè)計(jì)的引物PBFDV-F和PBFDV-R進(jìn)行PCR程序。2 μL DNA模板，將含有2.5 μL 10 × mix緩沖液，2 μL dNTP，0.5 μL各引物和0.2 μL 1UTaq酶的PCR混合物加入雙蒸水至23 μL。PCR反應(yīng)條件如下優(yōu)化：95℃，5 min；94°C，45 s；59℃，45 s；72℃，1 min。35個(gè)循環(huán)，最后72℃，10 min。通過(guò)瓊脂糖凝膠電泳收集預(yù)期長(zhǎng)度的PCR產(chǎn)物，并且將該片段用凝膠回收試劑盒回收，并在-20℃保存。

1.7 重組質(zhì)粒的構(gòu)建和測(cè)序

根據(jù)pMD19-T載體說(shuō)明書(shū)，我們將膠回收產(chǎn)品與載體連接并轉(zhuǎn)化，涂抹在含有氨芐西林的平板并在37℃下培養(yǎng)。將單菌落接種在LB液體培養(yǎng)基中，并用菌液作為樣品進(jìn)行PCR。在陽(yáng)性樣品中提取DNA后對(duì)質(zhì)粒進(jìn)行測(cè)序。

1.8 組織病理學(xué)分析

通過(guò)常規(guī)組織學(xué)方法處理福爾馬林固定的新鮮皮膚，將收集的新鮮皮膚組織置于4%多聚甲醛溶液中(厚度一般小于0.5 cm)，48 h后固定沖洗，將切片從低濃度移至高濃度酒精中，然后置于二甲苯中。接下來(lái)，將樣品置于熔化的顆粒石蠟中包埋并冷卻，將它們切成4—5 μm厚的切片，將切片熔化并附著到處理過(guò)的載玻片上，然后干燥，HE染色。使用Olympus BX顯微鏡和相機(jī)進(jìn)行成像。

1.9 序列分析

將獲得的基因序列與GenBank相應(yīng)片段序列中的其他公開(kāi)的PBFDV進(jìn)行比較，并通過(guò)DNAstar軟件進(jìn)行分析。

1.10 PBFDV對(duì)SPF雞胚的致病性

如前所述，迄今為止，我們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)適合PBFDV繁殖的細(xì)胞或其他培養(yǎng)物。我們大膽地假設(shè)是否可以使用SPF雞胚來(lái)復(fù)制病毒。取適量通過(guò)PCR鑒定陽(yáng)性的羽毛囊置于ep管中充分剪至糊狀，加入0.5 mL滅菌PBS混勻，置于-80 ℃冰箱反復(fù)凍融3次，然后在4℃下以8 000×g離心5 min，通過(guò)0.22 μm過(guò)濾器并接種到7日齡SPF雞胚的卵黃膜(購(gòu)自濟(jì)南斯帕法斯公司)。將雞胚置于37℃培養(yǎng)箱中。記錄死亡時(shí)間，并在收集死胚的肝臟提取DNA，檢測(cè)是否存在PBFDV感染。

2 結(jié)果

2.1 患病鸚鵡的臨床觀察

通過(guò)觀察，我們發(fā)現(xiàn)患病的灰鸚鵡精神沉郁，翅膀下的絨毛和長(zhǎng)紅尾羽毛消失，少數(shù)腳趾脫落。尸檢后，發(fā)現(xiàn)肝臟彌漫性增大并易碎(圖1)。

2.2 組織病理學(xué)分析

在40倍放大顯微鏡下，我們觀察到大量上皮細(xì)胞的損失，并且細(xì)胞之間的連接性是不完整的。當(dāng)使用更大的放大倍數(shù)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)少數(shù)淋巴細(xì)胞聚集并且出現(xiàn)散發(fā)的嗜異性細(xì)胞，表明炎癥反應(yīng)。

2.3 PBFDV全基因的PCR擴(kuò)增

從患病鸚鵡材料和羽毛囊組織中提取的DNA模板中擴(kuò)增出PBFDV的全基因片段。瓊脂糖電泳(1.2%)證明獲得了與預(yù)期片段大小(2 000 bp)一致的清晰單一條帶(圖2A)。

2.4 重組T載體的構(gòu)建與鑒定

將回收的DNA片段與pMD19-T載體連接，并轉(zhuǎn)化到Trans5α大腸桿菌(Escherichiacoli)中。在氨芐西林平板上篩選白色菌落，接種在含有氨芐西林的LB培養(yǎng)基中并搖動(dòng)培養(yǎng)。通過(guò)PCR驗(yàn)證陽(yáng)性菌落。然后我們發(fā)現(xiàn)擴(kuò)增了2 000 bp的條帶以確認(rèn)整個(gè)基因組被插入T載體中(圖2B)。

2.5 序列同源性和系統(tǒng)發(fā)育分析

提取重組質(zhì)粒并測(cè)序后，全基因組序列的BLAST分析顯示GenBank中PBFDV分離株的同源性為86.1%—98.8%(圖5，表1)。系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)顯示PBFDV與地理位置和宿主有一定的相關(guān)性。本研究中分離的1號(hào)菌株和從波蘭分離的菌株，分離出2號(hào)和3號(hào)菌株與從英國(guó)分離的菌株在一個(gè)分支上。宿主都是灰鸚鵡，具有密切的遺傳關(guān)系(圖4)。

2.6 PBFDV對(duì)雞胚的致病性

PBFDV能延緩雞胚胎發(fā)育并導(dǎo)致整個(gè)身體在72 h內(nèi)出血死亡(圖6A)，甚至尿囊液也變紅(圖6B)。傳代至第5代時(shí)仍然會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。提取死亡雞胚肝臟DNA的可以擴(kuò)增出目標(biāo)條帶(圖2C)。PBFDV在短期內(nèi)可以在SPF雞胚中復(fù)制。與此同時(shí)，我們也檢測(cè)了其他常見(jiàn)疾病的禽類，如禽流感病毒、新城疫病毒、傳染性法氏囊病病毒和禽腺病毒均顯示為陰性。更深入的研究還在繼續(xù)。

圖1 病鸚鵡的臨床觀察A.翅下灰絨毛的脫落；B.長(zhǎng)紅尾羽毛脫落；C.脾臟腫大Fig.1 Clinical observation of sick parrotsA.Loss of gray wing villus.B.Loss of red tail feather.C.Enlargement of spleen

圖2 患病鳥(niǎo)類皮膚的組織學(xué)分析 HE染色A.C.上皮細(xì)胞的喪失和細(xì)胞連接不完整；B.淋巴細(xì)胞聚集和散在的嗜異性粒細(xì)胞Fig.2 Histology of skin in an affected bird.H&EA.C.Loss of epithelial cells and the connectivity between cells was incomplete.B.Lymphocytes clustered and sporadic heterophils

圖3 瓊脂糖凝膠電泳的結(jié)果A.從患病的非洲灰鸚鵡中擴(kuò)增PBFDV的全基因組；B.重組質(zhì)粒的鑒定；C.從感染的雞胚中擴(kuò)增每一代PBFDV，G1—G5分別代表第一至五代Fig.3 Results of agarose gel electrophoresisA.Amplification of the full genome of PBFDV from the ill African grey parrots.B.Identification of recombinant plasmids.C.Amplification of the every generation of PBFDV from the infected chicken embryos

圖4 GenBank中收集的參考序列和本實(shí)驗(yàn)獲得的基因組的遺傳進(jìn)化比較Fig.4 Genetic evolution of collected sequences and reference strains in GenBank

圖5 GenBank中收集的參考序列和本實(shí)驗(yàn)獲得的全基因組的同源性比較Fig.5 Homology comparison of collected sequences and reference strains in GenBank

圖6 雞胚的觀察(注射后72 h)A.注射病毒的雞胚與對(duì)照雞胚的比較；B.注射病毒的雞胚的尿囊液Fig.6 Observation of chick embryos(72 h after injection)A.Comparison of chicken embryos injected with virus and control chicken embryos.B.Allantoic fluid of chicken embryos injected with virus

表1 GenBank中一些鸚鵡喙羽病病毒的代表株Tab.1 Some representative psittacine beak and feather disease virus in GenBank

續(xù)表1

3 討論

鑒于PBFDV像其他環(huán)狀病毒類似的高度多樣性，該病毒極易突變和重組，進(jìn)行全基因組分析以確定鸚鵡的當(dāng)?shù)厝后w中的病毒動(dòng)態(tài)是有必要的。我們從3只非洲灰鸚鵡中獲得了PBFDV的基因組。這3個(gè)基因組在GenBank中可用的其他PBFDV基因組之間序列相似性為93.3%—99.9%。3個(gè)PBFDV基因組序列中的第1個(gè)與從波蘭分離株最接近，而第2和第3個(gè)與從英國(guó)分離株非常接近。總的來(lái)說(shuō)，這3個(gè)基因組與其他已知的PBFDV基因組序列相似性在86.1%—98.8%之間。獲得的第一個(gè)完整基因組(GenBank登錄號(hào)MH279594)是1 991 bp，G + C含量為53.14%，而第2和3號(hào)(GenBank登錄號(hào)MH180298和MH190788)其基因組是2 000 bp，G + C含量分別為52.85%和52.95%。這3種都與其他參考PBFDV基因組相似，基本結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)主要的ORF，分別為ORF1和ORF2，且含有編碼Rep和CP的基因。這是山東省非洲灰鸚鵡PBFDV基因組的首次報(bào)道，豐富了中國(guó)東部地區(qū)獲得的PBFDV基因組數(shù)據(jù)。這種病毒最早只發(fā)現(xiàn)于澳大利亞的野生鸚鵡[10]，但近年來(lái)隨著世界鳥(niǎo)類貿(mào)易蔓延到世界大部分地區(qū)，包括英國(guó)、德國(guó)、葡萄牙、美國(guó)、南非等地[22]。起初，沒(méi)有關(guān)于中國(guó)大陸鸚鵡病暴發(fā)的報(bào)道，但隨著近年來(lái)全球鳥(niǎo)類貿(mào)易的迅速發(fā)展，攜帶病毒的鸚鵡將病毒帶到了中國(guó)，這項(xiàng)研究中的鸚鵡也是從其他地方進(jìn)口的。作為一種重要的經(jīng)濟(jì)動(dòng)物，鸚鵡在病毒爆發(fā)時(shí)很容易造成高經(jīng)濟(jì)損失，因?yàn)榕c其他家禽相比，它們更加昂貴。中國(guó)的鸚鵡養(yǎng)殖業(yè)正在興起，基本保障措施尚未完善，沒(méi)有統(tǒng)一的養(yǎng)殖標(biāo)準(zhǔn)以及應(yīng)對(duì)該病毒感染的措施。

目前，對(duì)于鸚鵡或其他鳥(niǎo)類的圓環(huán)病毒感染沒(méi)有有效的治療方法。治療只能基于支持療法，補(bǔ)充免疫刺激劑和維持環(huán)境清潔。PBFDV的致病性和危害性很小，單獨(dú)感染圓環(huán)病毒時(shí)鳥(niǎo)類不會(huì)造成明顯的傷害。大多數(shù)感染了圓環(huán)病毒的禽類死于繼發(fā)感染病毒、細(xì)菌等。我們應(yīng)該更加重視原發(fā)性繼發(fā)感染的診斷并相應(yīng)地進(jìn)行治療。完全滅活PBFDV非常困難，并且在未完全滅活病毒的情況下貿(mào)然對(duì)易感鳥(niǎo)類進(jìn)行免疫，極易引起病毒感染。因此，使用來(lái)自受感染鳥(niǎo)類組織的全病毒滅活疫苗是非常危險(xiǎn)的。外部病毒的持續(xù)存在和無(wú)法治愈導(dǎo)致科研人員將研究重點(diǎn)放在開(kāi)發(fā)針對(duì)PBFDV的疫苗。由于還未有商品化的疫苗應(yīng)用，目前的研究主要集中在重組基因亞單位疫苗的開(kāi)發(fā)上，但尚處于研究階段。疫苗開(kāi)發(fā)主要依靠重組DNA技術(shù)在少數(shù)表達(dá)系統(tǒng)中產(chǎn)生病毒抗原。該方法主要通過(guò)產(chǎn)生PBFDV的主要抗原決定簇，衣殼蛋白(CP)，由幾個(gè)群體用桿狀病毒-昆蟲(chóng)細(xì)胞系統(tǒng)表達(dá)[23]，并且觀察到重組CP自組裝成病毒樣顆粒(VLP)[4]。該制劑用于接種Cacatuatenuirostris，并顯示可以防止PBFDV被感染[24]。然而，目前尚未報(bào)道基于可溶性PBFDV CP的亞單位疫苗的免疫原性。同樣地，PBFDV CP的N-末端部分的缺失導(dǎo)致昆蟲(chóng)細(xì)胞中截短的CP的表達(dá)增加[23]。特別地，前40個(gè)N-末端氨基酸的缺失導(dǎo)致截短的蛋白質(zhì)CPΔN40的表達(dá)水平增加，這有利于產(chǎn)量。此外，在之前的一項(xiàng)研究中，接種了昆蟲(chóng)細(xì)胞中產(chǎn)生的PBFDV VLP的禽類在受到感染禽類分離的活PBFDV威脅時(shí)受到保護(hù)[4]。在大腸桿菌中表達(dá)的截短的PBFDVCPΔN40用于提高雞的抗體水平[25]。然而，在細(xì)菌或昆蟲(chóng)病毒表達(dá)系統(tǒng)中，PBFDV CP的產(chǎn)量都很低[23]，這表明需要高成本才能產(chǎn)生足夠量的疫苗。

通過(guò)用羽毛勻漿中的純化病毒感染鸚鵡可以成功復(fù)制PBFD[26]?？梢酝ㄟ^(guò)用來(lái)自患病鸚鵡的羽毛勻漿接種原代雞胚成纖維細(xì)胞來(lái)分離PBFDV病毒[27]。然而，其他學(xué)者的研究不能重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果[28]。在本研究中，我們使用7日齡SPF雞胚蛋黃膜作為培養(yǎng)條件，從死亡雞胚的肝臟DNA中擴(kuò)增出目標(biāo)條帶。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示PBFDV可以通過(guò)在卵黃囊接種的方式短期內(nèi)在SPF雞胚中繁殖。不同學(xué)者的研究結(jié)果不同可能的原因是選擇雞胚的日齡不同，接種位置不同，而病毒繁殖對(duì)雞胚接種位置具有特異性，很可能會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異。至于該病的預(yù)防，鸚鵡養(yǎng)殖場(chǎng)的主人應(yīng)保持良好的常規(guī)飼養(yǎng)管理和預(yù)防措施。加強(qiáng)鸚鵡的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)，并在飼料中加入適量的維生素和微量元素，以提高免疫力。進(jìn)口時(shí)，必須檢查新鳥(niǎo)的健康狀況。在鳥(niǎo)類與場(chǎng)地中的鳥(niǎo)類混合之前，必須至少兩周對(duì)鳥(niǎo)類進(jìn)行檢查和觀察。應(yīng)避免不同年齡的混合育種，必須加強(qiáng)進(jìn)出口統(tǒng)一戰(zhàn)略。如果鳥(niǎo)場(chǎng)有可疑的爆發(fā)，我們應(yīng)該快速做出確診，并且隔離病禽。同時(shí)，如果我們能夠建立可靠簡(jiǎn)單的核酸和血清學(xué)檢測(cè)方法，進(jìn)行全面系統(tǒng)的流行病學(xué)調(diào)查以確定阻止其水平或垂直傳播的因素，會(huì)更有利于該病的防控。

4 結(jié)論

我們的研究結(jié)果顯示了中國(guó)山東省鸚鵡養(yǎng)殖場(chǎng)PBFDV的分子特征。農(nóng)場(chǎng)中的非洲灰鸚鵡被PBFDV污染，這可能來(lái)自鳥(niǎo)類貿(mào)易路線。在中國(guó)預(yù)防和控制PBFDV非常重要。我們建立了一種新型高效的PBFDV培養(yǎng)體系，有利于為進(jìn)一步研究該病毒創(chuàng)造有利條件。