1特异性核酸探针杂交技术
通常同种生物具有相同的DNA序列,这种序列是相对稳定的,由于缺失、插入、扩增、倒位及突变等原因引起基因DNA序列的改变。找出基因特异性DNA片段予以标记作为探讨,根据核苷酸碱基变性复性,顺序互补原理进行核酸杂交,然后通过探针上标记物及信号放大系统进行检测。探讨只与其具有同源性的核酸杂交,因而具有敏感性高、特异性强的特点。这种方法已较早应用于血吸虫种株基因及分类研究。
Mccutchan[4],Walker[5],Spotila[6]和Merta[7]等分别用克隆的曼氏血吸虫rDNA基因片段制成探针pSM389,pSM889和pSM890,通过Southern blot分析血吸虫DNA,并进行种株分类和性别鉴定。Webster等[8]用高重复的雌虫特异性DNA探针pW1鉴别血吸虫尾蚴性别,pW1与同位素标记的日本血吸虫雌雄虫杂交程度不同,W1片段与梅氏血吸虫、杜氏血吸虫及埃及血吸虫雌雄虫DNA无杂交,仅与曼氏血吸虫雌虫杂交。曾宪芳等[9]用pSM889和pSM389探针研究曼氏血吸虫和日本血吸虫DNA,表明两种血吸虫之间及中国大陆6个地域株之间均有不同程度差异。Minchella等[10]发现探针pSM750能快速鉴别14个不同曼氏血吸虫地域株。He等[11]以pSM889探针对日本血吸虫5个地域株DNA进行分析,发现DNA主带一致,次带相异。
特异性DNA探针杂交方法能有效分辨血吸虫种株差异,甚至性别差异也能鉴别,因而应用较广,但此方法操作复杂,如用同位素标记还存在放射性污染。
2核酸限制性酶切片段长度多态性(RFLP)
DNA限制性核酸内切酶是一类能识别DNA链内特定核苷酸序列,并切割DNA双链的酶类。不同种株血吸虫DNA序列不同,使得识别切割特异核苷酸限制性内切酶从不同位点切割DNA,产生不同酶切片段,电泳后酶切片段分开形成限制性片段长度多态性(Restr iction fragment length polymorphism,RFLP)图谱。通常选用适当DNA探针通过Southern印迹杂交,比较不同种株之间重复DNA的RFLP差异,从而反映它们之间基因序列差异。RFLP分析血吸虫种株差异十分有效,并可测序种系发生关系。
Rollinson等[12]用内切酶切割曼氏血吸虫和其它6种血吸虫DNA,产生酶切片段,再通过转移杂交,显示出各虫种之间的差异。Viera等[13]研究美洲不同地域株曼氏血吸虫rDNA基因RFLP,显示出各地域株之间差异。罗雄等[14]用三种限制性内切酶分析中国大陆3地域株日本血吸虫DNA的RFLP,同样显示地域株差异。谢觅等[15]对中国大陆5地域株雄虫DNA经酶切后与pSM889探针杂交,结果强杂交带相同,而弱杂交带相异。对中国大陆与台湾及日本山犁不同地域株日本血吸虫DNA进行RFLP分析,证明它们存在差异[16]。
RFLP技术虽能区分种间种内基因差异,但是由于操作复杂,费时,需大量DNA,因而没有常规使用。
3核酸序列测定
测定核酸DNA序列是种株基因分析的重要技术。通过测定DNA序列可以得到最完整的物种系统发生资料,基因组中某一区域,一级DNA序列可作为鉴别基因型标志。核酸序列测定能详细分析基因结构和功能,RFLP和探针只能比较某一特异遗传特征差异,而测序则能深入DNA分子水平上揭示物种之间遗传特征差异,以及它们之间进化和亲缘关系,同时为特异探针和PCR提供先决条件。
血吸虫DNA测序目前主要集中于rRNA基因复合体和线粒体的研究。由于rRNA的编码基因包括高度保守和高度可变不同进化速率区域,利于序列分析及比较;而高度遗传、快速演化的线粒体DNA(mtDNA)适合于遗传变异研究。rRNA是最早从血吸虫基因组中克隆并广泛用于研究种间种内变异[17]。1991年由Omer等[18]完成18S rRNA基因序列测定。对血吸虫属内的埃及血吸虫、日本血吸虫、梭形血吸虫及曼氏血吸虫的基因变异区分析,发现种内除螺旋段E21-1至E21-5高度变异外,其余都是高度保守的,表明埃及血吸虫与梭形血吸虫是近似姐妹种,而日本血吸虫与它们关系疏远[19]。卵壳蛋白和28kDa GST酶基因序列在血吸虫是近似姐妹种,而日本血吸虫与它们关系疏远[20, 21]。Blair等[22]根据DNA序列推测马来血吸虫与其它亚洲血吸虫关系,通过核糖体内转录间隔区ITS1、ITS2和线粒体细胞色素氧化酶亚单位1(CO1)基因的DNA序列比较日本血吸虫与湄公血吸虫和马来血吸虫之间关系。Johnston等[23]用7种血吸虫rRNA大亚基D1和小亚基V4区基因序列进行种系分类。Littlewo od等[24]用28SRNA基因序列D1、D2和D3 3个区域研究4种血吸虫 基因差异,并绘制种系发生图。Depres等[25]研究血吸虫线粒体DNA序列,发现mtDNA序列分析血吸虫种株基因研究很有意义。
DNA序列测定,技术复杂,设备要求较高,因而只适合于有条件的实验室研究。
4基于PCR的方法
聚合酶链反应(Polymerase chain reaction,PCR)是一种体外合成DNA技术,能从少量样本中在极短时间内扩增出大量纯度极高的目的DNA片段,并进行检测。此方法具有操作简便、快速、特异和敏感的特点,是研究物种遗传变异及分类的好方法。
4.1一般PCR先设计特异性引物对特定基因进行扩增,然后对PCR扩增产物直接进行研究,这是PCR常用方法。Bowles等[26]用PCR扩增血吸虫线粒体CO1基因,发现曼氏血吸虫、日本血吸虫和埃及血吸虫之间存在明显差异,而两株日本血吸虫之间基本相同。Sanchez等[27]按曼氏血吸虫121bp重复序列设计引物,用PCR研究3个不同地域株曼氏血吸虫,显示多态差异。
4.2PCR-RFLP此方法是先用PCR扩增DNA,再经上述的RFLP分析。与传统RFLP相比,PCR-RFLP所需DNA量大为减少,而且质量要求也不太高。
4.3PCR-SSCP聚合酶链反应—单链构象多态性(PCR-Single strand confo rmation polymorphism,PCR-SSCP)系将PCR产物变性成单链DNA片段,再在分辨率较高的非变性聚丙烯酰胺凝胶中电泳,染色观察结果。由于单链DNA内碱基配对具有一定空间构象,当DNA链上碱基发生改变时,就会形成不同的构象,称单链构象多态性(SSCP)。不同构象的DNA分子在非变性聚丙烯酰胺凝胶中具有不同的泳动速率,如果DNA片段内有突变,即便是单个核苷酸有差别,构象也不相同,会产生不同泳动速率,从而将它们区分开来。Orita等[28]认为SSCP能检测DNA多态性及点突变,是一种比RFLP更好的方法。
肖建华等[29]根据日本血吸虫DNA分子上一段280bprRNA序列设计一对引物,用PCR-SSCP分析中国大陆4个不同地域株日本血吸虫多态性差异,结果湖北湖南为一类型,而云南、江苏为另一类型。
以上PCR方法,引物设计需建立在已知基因序列信息之上,给特异引物设计增加了难度,而且要避免DNA污染,有其局限性。
4.4随机扩增多态性DNA(RAPD)技术随机扩增多态性DNA技术 (Random amplified polymorphic DNA,RAPD)是由William等[30]和Welsh等[31]发展的一种基于PCR的基因分析方法,Welsh称之为任意引物PCR(Arbitrary primer-PCR,AP-PCR)。其原理是以一条短而非特异性随机寡核苷酸序列作引物,与模板DNA进行PCR反应,该引物与模板基因组多个位点结合,造成未知名区域扩增。不同物种基因组经随机引物扩增后产生的DNA片段显示不同的指纹图谱,称之为多态性。一旦物种基因序列发生改变,所扩增出的多态性指纹图谱就发生相应变化。此技术不同于传统的PCR,其引物短,扩增条件不太严格,镁离子浓度高,这些有利于在庞大基因组中找到基本互补区段并与之结合。RAPD除具有一般PCR的简便、快速及安全的优点外,还由于其引物的随机性克服了特异引物设计上的困难,从而提高了研究效率,是物种鉴定分类及流行病学调查的好方法。为明确种间亲缘关系需使用大量引物[32],实验条件的细微差异造成指纹图谱难以重复性[33],这是其局限性,随着标准化引物使用及标准化操作,这些缺点有望克服[34]。
