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第五节 寄生虫变异监测技术
本节以不同区域间日本血吸虫种群变异(Population variation)的监测为例进行阐述。
我国日本血吸虫在自然隔离的屏障作用下,分布于不同地理区域和生态环境,在遗传特性、侵染性和致病性等方面表现出不同程度的分化。国内外学者提出,中国大陆日本血吸虫并非单一的虫株(品系),而是由若干不同程度分化的地理株组成的品系复合体。此外,大规模的吡喹酮化疗也会对血吸虫造成很强的选择压力,可能引起遗传变异。开展血吸虫种群遗传变异分析的方法包括生物学、形态学、基于蛋白质和酶的分析以及基于DNA的分子生物学方法。其中基于DNA的分子生物学方法能直接反映基因本身,其能获得更丰富的信息,可用于种群内和种群间的遗传变异分析。本节主要阐述分子生物学方法用于血吸虫种群间遗传变异的一般监测方法和步骤。
一、监测内容与方法
(一)样本获取
血吸虫成虫是基于DNA的种群遗传分析的最好来源。因此需要从不同血吸虫病流行地区采集感染性钉螺。从采集的感染性钉螺逸出血吸虫尾蚴,并感染宿主动物6周后,解剖获取血吸虫成虫,经无菌生理盐水清洗后冻存备用。
(二)基因组抽提
取适量的血吸虫成虫标本,裂解后用酚氯仿方法或者基因组抽提试剂盒成品抽提DNA基因组,电泳检测基因组的完整性;并用比色皿法测定DNA纯度,通常 OD260/OD280比值在1.80~1.90间符合要求。测定DNA含量后,-20℃保存备用。
(三)核酸扩增及结果分析
1.核酸扩增方法选择
基于分子生物学方法的血吸虫遗传变异(Genetic variation)分析与所选择的方法和分析的 DNA序列有关。核酸序列测定、特异性 PCR、PCRRFLP、PCR-SSCP等方法,是直接检测遗传基因的遗传标记,能较准确地反映遗传变异的本质,其所测定DNA片段的候选标志主要包括 rDAN、mtDNA、GST谷胱甘肽转移酶等,其中mtDNA具有基因组间不发生重组、独立进化且基因组精简等特点,因此可以反映出母系的进化历史。在血吸虫分类和种系发生的研究中尤其适合于种下遗传变异的分析和监测。这几种方法需预先知道靶基因的相关序列,DNA需求量大,要求高。随机扩增多态性技术(RAPD)是进行种群间多态性分析的优秀工具,但在进行种群基因分析时为显性标记物,因缺少等位基因表达而限制了对种群内结果的清晰分析。微卫星(SSR)标记,是基因组中的简单重复序列,具有共线性表达,在生活史全过程中等位基因具有稳定性,通过设计与之互补寡核苷酸作单引物扩增其重复片段揭示其多态性,可用于个体鉴定、亚种鉴别、种群结果预测及演化的历史分析等。
2.核酸扩增
以抽提的成虫DNA基因组为模板,用预先设计的特异性引物或随机引物、微卫星引物按筛选的最佳体系和反应条件进行扩增。RAPD的扩增产物可用电泳判断条带情况,SSR扩增产物则可用Genescan测定DNA片段确定长度,并用特异性软件进行分析。
3.结果分析
对基于特异基因序列或者SSR标记的核酸扩增产物纯化后测序进行分析。对核酸组成、变异进行分析,统计等位基因数、观察杂合度和预期杂合度等指标。利用Neighbor-Joining法对序列进行系统发生分析,比较种群间遗传差异。
对于RAPD技术,可根据扩增产物电泳的结果,比较不同种群或地理株(Geographic strain)间的条带情况,计算血吸虫不同种群或地理株的相似系数和遗传距离,具体计算方法如下:
Na为种群或地理株 a的所有扩增条带数;
Nb为种群或地理株 b的所有扩增条带数;
Nab为种群或地理株 a和 b的共有扩增条带数。
根据遗传距离 D,用SAS或者专业技术软件用非加权配对成组法绘制系统发育树或者聚类图。
4.传播指标
血吸虫的遗传变异与空间分布具有显著相关性,因此可通过分析不同区域血吸虫种群的遗传距离与地理距离的相关系数分析血吸虫的演化历史。
二、监测报告与利用
以遗传距离矩阵、系统发生树的形式分析不同地域血吸虫遗传变异情况。
对日本血吸虫不同地域种群间的遗传变异进行监测,不仅有助于深入了解日本血吸虫的生物学特性,阐明其在不同生境条件下的进化动态和变异规律,对血吸虫病流行病学、预防、控制、疫苗的研究及化疗等均具有重要指导意义。