CN111926094B - 一种气单胞菌属内不同物种的条形码鉴定引物、鉴定方法和试剂盒 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气单胞菌属内不同物种的条形码鉴定引物、鉴定方法和试剂盒。它包括F:5’‑GGAATTCGCAACCGTTCTGGCTCAGGCTATCGT‑3’;R:5’‑TGTCGACGACGGCAGCCACTTTCAC‑3’。16S rRNA序列分析鉴定方法普遍认为,序列相似性达到97%以上即视为同种水平,而实际应用中往往出现气单胞菌属多个不同的物种满足该序列相似性要求。这种情况下,16S rRNA序列分析只能鉴定到属水平而无法准确鉴定到种。本发明可以解决上述问题,待测物种cpn60序列经BLAST比对后,满足相似性大于98.8%且覆盖度大于98%的比对结果高度专一,为气单胞菌属下特定种,比对结果中不存在不同物种的情况。
Description
技术领域:
本发明属于生物学技术领域,具体涉及一种气单胞菌属内不同物种的条形码鉴定引物、鉴定方法和试剂盒。
背景技术:
气单胞菌(Aeromonas spp)隶属弧菌科,兼性厌氧,是一种革兰阴性细菌,广泛分布于河流、湖泊、池塘、海水、河口等水生生境。气单胞菌可感染多种动物,引起动物患病甚至死亡,给水产养殖业带来巨大的挑战。此外,致病性气单胞菌还可引起人发生急性腹泻,菌血症、脑膜炎、心内膜炎等疾病,给公共卫生安全带来隐患,给人类健康带来影响。因此,如何快速准确地对病原菌进行鉴定,从而有针对性地对病情进行控制,在生产实践上具有重要的意义。
目前,针对气单胞菌的检测主要采用生理生化特征结合16S rRNA序列分析进行鉴定。生理生化特征旨在利用不同种类的气单胞菌对底物的分解利用能力、代谢产物方面存在的差别,根据一系列生化指标将不同种类的气单胞菌区分开来。该方法缺点是需要综合利用生化指标及其培养特征进行判断,检测过程繁琐,试验所需时间比较长。16S rRNA序列分析是细菌种属鉴定中最常用的分子技术,该基因通用性好、广泛存在于细菌内,利用该基因序列可实现在属的水平上对几乎所有细菌进行鉴定。但16SrRNA序列分析也存在一定局限性。气单胞菌不同种的16SrRNA基因间差异较低,仅0.06%~0.66%,根据普遍采用的标准,序列相似性达到97%以上即视为同种水平,而使用16SrRNA序列进行分析,可能会出现与两个或两个以上的种相似性均大于97%的情况,而导致无法准确鉴别种类。
DNA条形码鉴定技术是一种利用基因在不同物种之间进化的差异来对物种进行鉴别的生物物种鉴定技术。DNA条形码技术利用标准的DNA片段,在分子水平上建立新的生物识别系统,借助分子生物学和生物信息学的方法实现对物种快速准确地鉴定,是对传统物种鉴定方法的有效补充。目前很多分类学家和检测技术人员正研究寻找适合细菌种快速鉴定的通用DNA条形码基因。
发明内容:
本发明的第一个目的是提供一种气单胞菌属不同物种的条形码鉴定引物。
所述的气单胞菌属不同物种的条形码鉴定引物,包括:
F:5’-GGAATTCGCAACCGTTCTGGCTCAGGCTATCGT-3’,具体如SEQ ID NO.1所示;
R:5’-TGTCGACGACGGCAGCCACTTTCAC-3’,具体如SEQ ID NO.2所示。
本发明第二个目的是提供一种气单胞菌属不同物种的条形码鉴定方法,包括以下步骤:
A、提取待测气单胞菌基因组DNA;
B、使用上述条形码鉴定引物进行PCR扩增,产物经琼脂糖凝胶电泳检测合格后送至公司进行测序;
C、将待测PCR产物序列作BLAST比对分析,以序列覆盖度大于98%且相似度大于98.8%作为筛选标准,GenBank数据库中满足此条件的物种与待测物种为同一物种。
优选,从GenBank上下载气单胞菌属代表种的cpn60序列,与待测序列一起构建系统发育树,聚为同一最小分支具有最高的同源性。以此辅助验证鉴定结果。
优选,所述的进行PCR扩增是:50μl的PCR反应体系,体系成分为:ddH2O 40μl、10×PCR Buffer 5μl、10mM的dNTPs 1μl、10μM的引物-F 1μl、10μM的引物-R 1μl、DNA模板1μl、2U/μl的Taq DNA聚合酶1μl;
PCR扩增条件为:94℃预变性5min;94℃变性30s、退火温度49℃,退火时间为30s、72℃延伸1min、共30个循环;72℃再延伸10min。
本发明的第三个目的是提供一种鉴定气单胞菌属不同物种的试剂盒,其含有上述气单胞菌属不同物种的条形码鉴定引物和PCR反应试剂。其可以应用于鉴定或区分气单胞菌属不同物种。所述的气单胞菌属内不同物种为维氏气单胞菌(A.veronii)、嗜水气单胞菌(A.hydrophila)。
本发明不仅操作简单、快速,无需进行繁琐的操作程序,同时还具备非常高的精确性和准确性,具备在已知属的水平上准确鉴定到种的能力。以往16S rRNA序列分析鉴定法经BLAST后会出现多个不同种气单胞菌比对结果,且它们的相似性和覆盖度几乎一致。16SrRNA序列分析鉴定方法普遍认为,序列相似性达到97%以上即视为同种水平,而实际应用中往往出现气单胞菌属多个不同的物种满足该序列相似性要求。这种情况下,16S rRNA序列分析只能鉴定到属水平而无法准确鉴定到种。本发明可以解决上述问题,待测物种cpn60序列经BLAST比对后,满足相似性大于98.8%且覆盖度大于98%的比对结果高度专一,为气单胞菌属下特定种,比对结果中不存在不同物种的情况。
附图说明
图1是PCR扩增产物电泳图,M、5000bp marker;1,阳性对照(嗜水气单胞菌ATCC7966基因组为模板)2,阴性对照(无菌水为模板);3-13,不同株气单胞菌基因组DNA为模板;
图2是基于cpn60基因序列构建的系统发育树,括号内表示菌株编号或GenBank序列登录号。
具体实施方式:
以下实施例是对本发明的进一步说明,而不是对本发明的限制。
实施例1:
1.1 引物的设计与合成
以Genbank中维氏气单胞菌的cpn60基因序列(登录号为EU306841.1)为靶基因,运用DNAStar-Lasergene软件设计引物,引物由英潍捷基(上海)贸易有限公司合成,引物信息见表1。
表1 cpn60基因的特异性引物序列
1.2 菌株的活化及基因组的提取
1.2.1 方法
(1)菌株的活化:从超低温冰箱中取出保存好的甘油菌,在无菌环境中按照1:200的比例用移液枪吸取50μl的菌液接种于10ml的LB液体培养基中,37℃,140rpm振荡培养过夜。
(2)细菌的收集:取1ml培养物于1.5ml Ep管中,室温8000rpm离心5min,弃上清,再加满培养物于Ep管中,重复离心,沉淀重新悬于1ml双蒸水中。
(3)加入15μl 20mg/ml的溶菌酶,37℃作用2h,再加2mol/L NaCl 50μl,10%SDS10μl,20mg/ml的蛋白酶K 3μl,50℃作用3h。
(4)采用酚-氯仿提取法抽提:把菌液均分到两个1.5ml Ep管中,加等体积的酚-氯仿溶液(饱和酚:氯仿:异戊醇=25:24:1)混匀,室温放置2~3min,12000rpm离心10min。抽提两次取上清。
(5)沉淀:加0.6倍体积的异丙醇,室温静置10min使充分反应,12000rpm离心10min。
(6)洗涤:沉淀用75%的乙醇洗涤。
(7)抽干后,溶于50μl双蒸水中,备用,获得基因组DNA。
1.2.2 主要试剂
LB液体培养基配制方法:称取细菌学蛋白胨10g、酵母提取粉5g、NaCl 10g于大烧杯,用去离子水定容至1000ml,混匀后用10mol/LNaOH调pH至7.0,分别装到试管中,每个试管10ml,再将试管包好,121℃高压灭菌20分钟。琼脂糖凝胶电泳缓冲液(TAE buffer):9.68g Tris碱、2.28ml冰乙酸、0.68g EDTA定容至2000mL。
蛋白酶K、SDS、EDTA、溶菌酶(均购自北京鼎国昌盛生物技术有限责任公司),NaCl(购自天津百世化工有限公司),冰乙酸、酚、氯仿、异戊醇(均购自广州市番禺力强化工厂),Tris碱(购自广州威佳科技有限公司)。
菌株:11株气单胞菌(Aeromona)。由电子科技大学中山学院材料与食品学院实验室保存,菌株信息见表2。
表2 11株气单胞菌菌株来源
1.3 cpn60基因的PCR扩增
1.3.1 方法
本实验采用50μl的PCR反应体系,体系成分为:ddH2O 40μl、10×PCR Buffer 5μl、10mM的dNTPs 1μl、10μM的引物-F 1μl、10μM的引物-R 1μl、DNA模板1μl、2U/μl的Taq DNA聚合酶1μl。PCR扩增条件为:94℃预变性5min、94℃变性30s、退火温度49℃,退火时间为30s、72℃延伸1min、共30个循环、72℃再延伸10min。用1%琼脂糖凝胶电泳检验PCR扩增的DNA目的条带(图1),电泳条带单一、明亮同时大小介于500~750bp之间说明PCR扩增成功,产物可用于测序分析。
1.3.2 试剂
dNTPs(购自美国Genview公司);Biowest Agarose、SDS、10×PCR Buffer、GoldViewTMNucleic Acid Stain核酸染料、EDTA(均购自北京鼎国昌盛生物技术有限责任公司);Taq DNAPolymerase、DL5,000DNAMarker(购自宝生物工程(大连)有限公司)。
1.4 PCR扩增产物测序及序列比对分析
对已成功扩增的PCR产物送交Invitrogen公司进行测序,并将测序成功得到的序列与提交至美国国家生物技术信息中心(NCBI)数据库中进行BLAST(Basic LocalAlignment Search Tool)分析,在BLAST得到的结果中,以一致性(Identities)和序列覆盖度(Query Cover)作为评价标准,当待测序列与GenBank数据库中已有序列的相似度大于98.8%且序列覆盖度大于98%时,即可判定待测序列与该已有序列为同一物种(表3)。
表3 BLAST比对结果
1.5 系统发育树的构建
从GenBank数据库中下载气单胞菌属代表物种的cpn60序列,存储为fasta格式。打开MEGA7软件,导入待测菌株PCR扩增产物序列和GenBank下载序列,用Clustal W方法进行序列比对后保存为meg格式,采用邻接法(Neighbor-Joining method,NJ)构建系统发育树,bootstrap设定为1000以检验进化树分支支持率,其他参数采用默认设置。系统发育树可作为鉴定气单胞菌物种的辅助手段,树中聚为一簇的物种同源性高,亲缘关系最近,最有可能是同一物种。系统发育树见下图2,图中可清晰地发现菌株ZSWL13018与A.veronii(JF920632.1)聚为同一最小分支;GDZS0902与A.veronii(MH270522.1)聚为同一最小分支;ZSWL13054与A.hydrophila(JN711560.1)聚为同一最小分支;ZSWL13050与A.veronii(JQ004748.1)聚为同一最小分支;ZSWL13031与A.hydrophila(JN711573.1)聚为同一最小分支。这些聚为同一最小分支的菌株具有最高的同源性,最可能为同一物种。建树结果与BLAST比对结果基本吻合。
目前,针对气单胞菌的检测鉴定主要采用生理生化特征结合16S rRNA序列分析的方法。然而,在实际应用中该方法存在诸多不足,如检测过程繁琐,试验所需时间比较长;最为致命的是,由于气单胞菌不同种的16SrRNA基因间差异较低(仅0.06%~0.66%),导致16S rRNA序列分析无法准确鉴别到种。传统鉴定方法的费时费力和不准确性限制了实际应用中病原菌快速、准确的鉴定,无法及时针对水产养殖爆发的病害进行检测并给出科学的解决方案。
为了解决上述存在的关键问题,本发明以Genbank中维氏气单胞菌的cpn60基因序列(登录号为EU306841.1)为靶基因设计了一对通用引物,鉴定步骤分为以下几步:首先提取待测气单胞菌基因组;第二步,使用本研究设计的专用引物配制体系进行PCR扩增,产物经琼脂糖凝胶电泳检测合格后送至公司进行测序;第三步,将待测PCR产物序列作BLAST比对分析,以序列覆盖度大于98%且相似度大于98.8%作为筛选标准,GenBank数据库中满足此条件的物种与待测物种为同一物种。通过此方法即可以鉴定到种。最后从GenBank上下载气单胞菌属代表种的cpn60序列,与待测序列一起构建系统发育树,聚为同一最小分支具有最高的同源性,以此辅助验证鉴定结果。
Claims (3)
1.一种气单胞菌属不同物种的条形码鉴定方法,其特征在于,包括以下步骤:
A、提取待测气单胞菌基因组DNA;
B、使用条形码鉴定引物进行PCR扩增,产物经琼脂糖凝胶电泳检测合格后进行测序;
C、将待测PCR产物序列作BLAST比对分析,以序列覆盖度大于98%且相似度大于98.8%作为筛选标准,GenBank数据库中满足此条件的物种与待测物种为同一物种;
所述的条形码鉴定引物为:F:5’-GGAATTCGCAACCGTTCTGGCTCAGGCTATCGT-3’;R:5’-TGTCGACGACGGCAGCCACTTTCAC-3’。
2.根据权利要求1所述的条形码鉴定方法,其特征在于,从GenBank上下载气单胞菌属代表种的cpn60序列,与待测序列一起构建系统发育树,聚为同一最小分支具有最高的同源性。
3. 根据权利要求1所述的条形码鉴定方法,其特征在于,所述的进行PCR扩增是:50μl的PCR反应体系,体系成分为:ddH2O 40μl、10×PCR Buffer 5μl、10mM的dNTPs 1μl、10μM的引物-F 1μl、10μM的引物-R 1μl、DNA模板1μl、2U/μl 的Taq DNA聚合酶1μl;PCR扩增条件为:94℃预变性5min;94℃变性30s、退火温度49℃,退火时间为30s、72℃延伸1min、共30个循环;72℃再延伸10min。
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