黃 振 , 郭瓊霞
1福州長(zhǎng)樂機(jī)場(chǎng)海關(guān),福建 福州 350209; 2福州海關(guān)技術(shù)中心,福建 福州 350001; 3福建省檢驗(yàn)檢疫技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建 福州 350001
瘤脛實(shí)蠅Bactroceratuberculata(Bezzi)是危害果蔬的重要害蟲,被列入我國(guó)進(jìn)境植物檢疫性有害生物名錄,屬雙翅目Diptera實(shí)蠅科Tephritidae果實(shí)蠅屬Bactrocera果實(shí)蠅亞屬Bactrocera(Drew,2007)。目前,主要分布在老撾(鄧裕亮等,2010)、緬甸(肖樞等,2012)、不丹(Leblancetal.,2014)、中國(guó)的云南(Liangetal.,1993)等國(guó)家和地區(qū)。近年來,中邊貿(mào)易頻繁,進(jìn)境果蔬種類和數(shù)量都在不斷增加,鄰國(guó)的老撾、緬甸等多為瘤脛實(shí)蠅疫區(qū)(陳鵬和葉輝,2009),頻繁的果蔬貿(mào)易給瘤脛實(shí)蠅的傳入帶來了潛在的危險(xiǎn)(蔣小龍,2002)。
從多年口岸果蔬進(jìn)境檢疫的情況看,截獲到的實(shí)蠅類害蟲多以幼蟲、卵或蛹等不同蟲態(tài)出現(xiàn)。對(duì)實(shí)蠅的鑒定主要依據(jù)成蟲的形態(tài)學(xué)特征編列出分類檢索表進(jìn)行分類檢索鑒定,有時(shí)還需請(qǐng)專家進(jìn)行鑒定復(fù)核,時(shí)效長(zhǎng);而對(duì)于幼蟲的鑒定,需將幼蟲飼養(yǎng)為成蟲后再行鑒定,往往受到飼養(yǎng)時(shí)間和環(huán)境條件的限制,周期長(zhǎng),直接影響了國(guó)際果蔬貿(mào)易的快速通關(guān)。所以,傳統(tǒng)的形態(tài)分類鑒定方法已經(jīng)難以適應(yīng)貿(mào)易性的果蔬攜帶的檢疫性實(shí)蠅快速鑒定的要求。
近年來,隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展,越來越多的分子鑒定技術(shù)被運(yùn)用于昆蟲的鑒定中(陳韶萍等,2014; 黃可輝等,2005),可解決傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)分類方法難以解決的幼蟲等不同蟲態(tài)的鑒定問題。為解決實(shí)蠅的幼蟲、卵、蛹等未成熟蟲態(tài)鑒定困難和周期長(zhǎng)等問題,張亮和張智英(2007)采用RAPD技術(shù)構(gòu)建了橘小實(shí)蠅B.dorsalisHendel、具條實(shí)蠅B.scutellata(Hende1)、黑漆實(shí)蠅B.scutellaris(Bezzi)、南瓜實(shí)蠅B.tau(Walker)、瓜實(shí)蠅B.cucurbitae(Coquillett)和番石榴實(shí)蠅B.correcta(Bezzi)等6種實(shí)蠅指紋圖譜的快速鑒定方法;Chuaetal.(2010)采用PCR-RFLP技術(shù),實(shí)現(xiàn)橘小實(shí)蠅復(fù)合種木瓜實(shí)蠅B.papayae和洋桃實(shí)蠅的鑒定。但RAPD技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境因子變化要求較為敏感,擴(kuò)增產(chǎn)物的重復(fù)性和穩(wěn)定性等較低;RFLP技術(shù)需通過檢測(cè)內(nèi)切酶識(shí)別位點(diǎn)的變異來確定昆蟲種間親緣關(guān)系和昆蟲種屬特異性,操作繁瑣、多態(tài)性低,檢出率不理想,所以,RAPD和RFLP技術(shù)的應(yīng)用受到一定的限制。線粒體基因組由于具有基因組成穩(wěn)定、基因排列相對(duì)保守、普遍為母系遺傳、極少發(fā)生重組等特征,被廣泛應(yīng)用于分子進(jìn)化、系統(tǒng)發(fā)育、物種鑒定、種群遺傳結(jié)構(gòu)及生物動(dòng)力學(xué)等研究(Prabhakaretal.,2012)。不同類群的線粒體基因組表現(xiàn)出獨(dú)特的特征與進(jìn)化方式。在實(shí)蠅科昆蟲研究中,基因序列的研究為實(shí)蠅類害蟲的鑒定提供了大量分子生物學(xué)技術(shù)信息數(shù)據(jù)(Beardetal.,1993; Nardietal.,2010)。線粒體細(xì)胞色素C氧化酶亞基Ⅰ(mtDNA COⅠ)基因的結(jié)構(gòu)相對(duì)保守,排列的順序比較穩(wěn)定緊密,種間變異較大,容易被通用引物擴(kuò)增,又有足夠的特異性能將不同物種區(qū)分開,利用mtDNA COⅠ基因可以進(jìn)行DNA條形碼識(shí)別、近緣種間的比較鑒定和系統(tǒng)進(jìn)化研究,已成為許多系統(tǒng)學(xué)研究的標(biāo)準(zhǔn),mtDNA COⅠ是被應(yīng)用于昆蟲分子進(jìn)化系統(tǒng)研究較多的標(biāo)記基因之一(黃振等,2015),也越來越多地被用到實(shí)蠅近緣種的系統(tǒng)發(fā)育研究中(范京安等,2009)。mtDNA COⅠ被作為一種快速進(jìn)化的分子標(biāo)記,已成為研究近緣種生物進(jìn)化的重要材料(Jamnongluketal.,2003a,2003b)。
本研究采用種特異性引物SS-COⅠ( species-specific COⅠ)技術(shù),基于mtDNA COⅠ基因序列,篩選設(shè)計(jì)目標(biāo)物種特異性引物(張桂芬等,2012),快速鑒定瘤脛實(shí)蠅,克服了對(duì)截獲的疑似瘤脛實(shí)蠅的卵、蛹、幼蟲、成蟲及殘?bào)w等不同蟲態(tài)的鑒定困難,建立了一種利用分子手段快速鑒定瘤脛實(shí)蠅的可行性方法,為口岸快速通關(guān)和有效防治瘤脛實(shí)蠅提供依據(jù)。
本試驗(yàn)供試的蟲樣有果實(shí)蠅屬果實(shí)蠅亞屬9種:腿端黑實(shí)蠅B.atrifemurDrew & Hancock、楊桃果實(shí)蠅B.carambolaeDrew & Hancock、番石榴果實(shí)蠅、橘小實(shí)蠅、辣椒果實(shí)蠅B.latifronsHendel、銹紅果實(shí)蠅B.rubiginaWang & Zhao、瑞麗果實(shí)蠅B.ruiliensis(Wang, Long et Zhang), sp.nov.、瘤脛實(shí)蠅和五指山實(shí)蠅B.wuzhishanaLin & Yang;鏃果實(shí)蠅亞屬Zeugodacus7種:近黑顏實(shí)蠅B.parater(Zhao & Lin)、二顏帶實(shí)蠅B.ciliferaHendel、瓜實(shí)蠅B.cucurbitaeCoquillett、黑顏實(shí)蠅B.diaphoraHendel、黑膝實(shí)蠅B.scutellarBezzi、具條實(shí)蠅和南亞果實(shí)蠅B.tauWaiker;滇寡鬃實(shí)蠅B.modica、何氏華實(shí)蠅B.hochiiZin,以及Carpomya屬棗實(shí)蠅C.vesuvianaCosta和Dacus屬瓜棍腹實(shí)蠅D.longicornisWiedemann,共3屬4個(gè)亞屬20種實(shí)蠅。其中,腿端黑實(shí)蠅為2010年在福州機(jī)場(chǎng)進(jìn)境旅客的攜帶水果中檢疫截獲,飼養(yǎng)為成蟲后鑒定,為中國(guó)大陸首次截獲(黃振等,2011)。另除楊桃果實(shí)蠅、番石榴果實(shí)蠅、橘小實(shí)蠅、辣椒果實(shí)蠅、瓜實(shí)蠅、具條實(shí)蠅、南亞果實(shí)蠅為口岸進(jìn)境果蔬中截獲,從卵、幼蟲等飼養(yǎng)為成蟲鑒定外,其余為誘捕劑誘到的實(shí)蠅,均為成蟲,寄主無法確定。
1.2.1 基因組DNA提取和質(zhì)量檢測(cè) 取已復(fù)核鑒定的瘤脛實(shí)蠅蟲樣的部分組織,采用OMEGA E.Z.N.A.TMInsect DNA Kit試劑盒提取各蟲樣基因組DNA。提取步驟按照試劑盒操作說明進(jìn)行。提取的DNA通用引物:上游引物L(fēng)CO1490堿基序列為5′-GGTCAACAAATCATAAAGATATTG-3′,下游引物HCO2198堿基序列為5′-TAAACTTCAGGGTGACCAAAAAATCA-3′。對(duì)提取的實(shí)蠅蟲樣基因組DNA進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè),在定量梯度PCR儀上進(jìn)行PCR反應(yīng)。反應(yīng)體系為:2×EasyTaq PCR SuperMix (天根生化科技有限公司)12.5 μL,上下游引物各1 μL,DNA模板各2 μL,加ddH2O至總體積25 μL。反應(yīng)條件:預(yù)變性94 ℃ 5 min,變性94 ℃ 40 s,48 ℃ 30 s,72 ℃ 1 min,35個(gè)循環(huán),最后一次循環(huán)后延伸10 min。分別提取5 μL PCR產(chǎn)物在含DNA染色劑的1.5%的瓊脂糖凝膠多功能電泳儀上電泳30 min (120 V),通過凝膠成像分析儀檢測(cè)擴(kuò)增,拍攝觀察擴(kuò)增條帶的位置。
1.2.2 種特異性SS-COⅠ引物的設(shè)計(jì) 選用通用引物L(fēng)CO1490和HCO2198對(duì)靶標(biāo)實(shí)蠅提取的基因組DNA進(jìn)行擴(kuò)增并測(cè)序,由上海英濰捷基貿(mào)易有限公司進(jìn)行測(cè)序,測(cè)序的序列為5′-CTGAGCTGGTATAGTAGGAACATCTCTTAGAATTTTAGTGCGAG
CAGAACTAGGACACCCGGGAGCCCTAATTGGCGA
TGATCAAATCTATAACGTAATTGTAACAGCCCATG
CATTTGTAATAATTTTTTTCATAGTTATACCTATTAT
AATTGGAGGATTCGGTAATTGATTAGTGCCTTTAAT
GCTAGGAGCCCCAGATATAGCATTCCCCCGAATAA
ATAATATAAGCTTTTGATTACTACCGCCCTCTCTCA
CATTACTTTTAACAAGCAGTATAGTAGAAAATGGA
GCTGGAACAGGCTGAACCGTTTATCCCCCCCTTTCT
TCTGCTATCGCCCACGGAGGAGCTTCTGTAGACTT
AGCTATCTTCTCATTACATTTAGCCGGAATCTCATC
CATTTTAGGAGCCGTAAATTTCATTACCACAGTTA
TTAATATACGATCAACCGGAATTACATTCGACCGT
ATACCTTTATTTGTTTGAGCAGTTGTATTAACAGCC
CTTCTTCTTCTACTTTCCTTACCAGTATTAGCTGGA
GCTATTACAATATTATTAACTGACCGAAATTTAAAT
ACTTCATTCTTCGACCCAGCAGGTGGAGGAGACCC
T-3′。將所測(cè)序列通過數(shù)據(jù)庫(kù)(NCBI)比對(duì)查找瘤脛實(shí)蠅已公布的登錄序列,并進(jìn)行綜合比較分析,最后選定登錄號(hào)為KF659812,下載其登錄號(hào)的FASTA格式,利用Primer-Premier 5.0進(jìn)行人工篩選設(shè)計(jì)引物,再利用Oligo 6.44對(duì)引物進(jìn)行評(píng)定和評(píng)價(jià),最后利用NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)中提供的Primer-BLAST程序檢查同源序列,篩選設(shè)計(jì)種特異性引物。最終選擇的鑒定瘤脛實(shí)蠅的種特異性引物為L(zhǎng)JF400和LJR564。引物由上海英濰捷基貿(mào)易有限公司合成。特異性引物L(fēng)JF400的序列為5′-ACTCTGTTTAGCCGGGATCT-3′;LJR564的序列為5′-CCGGCTAAAACTGATGGAGA-3′。
1.2.3 引物SS-COⅠ的種特異性的測(cè)試 選用瘤脛實(shí)蠅為陽(yáng)性對(duì)照,其余的19種實(shí)蠅為陰性對(duì)照,設(shè)置反應(yīng)的體系和條件,在定量梯度PCR儀上測(cè)試本試驗(yàn)所設(shè)計(jì)引物的種特異性。利用凝膠成像分析儀檢測(cè)擴(kuò)增出的目標(biāo)片段。
1.2.4 引物SS-COⅠ的靈敏度測(cè)試 利用核酸蛋白分析儀對(duì)提取的瘤脛實(shí)蠅DNA模板的濃度進(jìn)行測(cè)試,并將其DNA模板濃度按10-1、10-2、10-3倍3種梯度稀釋,使用種特異性引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增,測(cè)試引物的靈敏度。
1.2.5 引物SS-COⅠ的種特異性的驗(yàn)證 利用由云南口岸局提供的在我國(guó)云南邊境監(jiān)測(cè)到的瘤脛實(shí)蠅蟲樣,包括解剖到的果蔬中的幼蟲(飼養(yǎng)到成蟲并經(jīng)過形態(tài)鑒定)等不同蟲態(tài)蟲樣12份提取的DNA為模板,使用種特異性引物L(fēng)JF400和LJR564進(jìn)行PCR擴(kuò)增,驗(yàn)證該方法的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性。
提取各蟲樣基因組DNA并進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè),可見所有實(shí)蠅DNA均能擴(kuò)增出約700 bp單一且清晰的目標(biāo)條帶(張桂芬等,2013),結(jié)果見圖1。
測(cè)試篩選設(shè)計(jì)引物的種特異性,結(jié)果表明:僅瘤脛實(shí)蠅在長(zhǎng)度約165 bp位置擴(kuò)增出一條清晰且單一的目標(biāo)條帶,其他19種實(shí)蠅種類均未出現(xiàn)任何條帶(圖2)。本試驗(yàn)對(duì)從西雙版納、???、勐臘口岸3個(gè)口岸誘捕的瘤脛實(shí)蠅樣本和陰性對(duì)照的19份實(shí)蠅樣本的DNA模板重復(fù)試驗(yàn)3次,結(jié)果均一致,表明本試驗(yàn)篩選設(shè)計(jì)的種特異性引物L(fēng)JF400和LJR564具有較強(qiáng)的特異性和穩(wěn)定性。
得到的PCR產(chǎn)物經(jīng)上海英濰捷基貿(mào)易有限公司測(cè)序,將測(cè)序所得到的序列提交數(shù)據(jù)庫(kù)(NCBI)經(jīng)BLAST檢查同源序列,結(jié)果表明:該段序列與數(shù)據(jù)庫(kù)中的瘤脛實(shí)蠅序列具100%的一致性。
圖1 采用通用型引物L(fēng)CO1490和HCO2198對(duì)20種實(shí)蠅提取的DNA模板的質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果Fig.1 Common primers LCO1490 and HCO2198 used to detect the quality of DNA templates extracted from 20 kinds of flies M:100 bp DNA ladder:1:瘤脛實(shí)蠅;2:洋桃果實(shí)蠅;3:番石榴果實(shí)蠅;4:橘小實(shí)蠅;5:辣椒果實(shí)蠅;6:銹紅果實(shí)蠅;7:瑞麗果實(shí)蠅; 8: 腿端黑實(shí)蠅;9:五指山實(shí)蠅;10:二顏帶實(shí)蠅;11:瓜實(shí)蠅;12:黑顏實(shí)蠅;13:近黑顏實(shí)蠅;14:黑膝實(shí)蠅;15:具條實(shí)蠅; 16:南亞寡鬃實(shí)蠅;17:滇寡鬃實(shí)蠅;18:何氏華實(shí)蠅;19:瓜棍腹實(shí)蠅;20:棗實(shí)蠅;21:空白對(duì)照。 M: 100bp DNA ladder:1: B. tuberculata; 2: B. carambolae; 3: B. correcta; 4: B. dorsalis; 5: B. latifrons; 6: B. rubigina; 7: B. ruiliensis; 8: B. atrifemur; 9: B. wuzhishana; 10: B. cilifera; 11: B. cucurbitae; 12: B. diaphora; 13: B. parater; 14: B. scutellaris; 15: B. scutellata; 16: B. tau; 17: B. modica; 18: B. hochii; 19: D. longicornis; 20: C. vesuviana; 21: ddH2O.
圖2 瘤脛實(shí)蠅引物L(fēng)JF400和LJR564的種特異性測(cè)試Fig.2 Test of species-specificity of primers LJF400 and LJR564 for B. tuberculata M:100 bp DNA ladder:1:瘤脛實(shí)蠅;2:洋桃果實(shí)蠅; 3:番石榴果實(shí)蠅;4:橘小實(shí)蠅;5:辣椒果實(shí)蠅;6:銹紅果實(shí)蠅;7:瑞麗果實(shí)蠅; 8:腿端黑實(shí)蠅;9:五指山實(shí)蠅;10:二顏帶實(shí)蠅;11:瓜實(shí)蠅;12:黑顏實(shí)蠅;13:近黑顏實(shí)蠅;14:黑膝實(shí)蠅;15:具條實(shí)蠅; 16:南亞寡鬃實(shí)蠅;17:滇寡鬃實(shí)蠅;18:何氏華實(shí)蠅;19:瓜棍腹實(shí)蠅;20:棗實(shí)蠅;21:空白對(duì)照。 M:100 bp DNA ladder:1: B. tuberculata; 2: B. carambolae; 3: B. correcta; 4: B. dorsalis; 5: B. latifrons; 6: B. rubigina; 7: B. ruiliensis; 8: B. atrifemur; 9: B. wuzhishana; 10: B. cilifera; 11: B. cucurbitae; 12: B. diaphora; 13: B. parater; 14: B. scutellaris; 15: B. scutellata; 16: B. tau; 17: B. modica; 18: B. hochii; 19: D. longicornis; 20: C. vesuviana; 21: ddH2O.
利用核酸蛋白分析儀提取的瘤脛實(shí)蠅DNA模板的濃度,測(cè)試結(jié)果為55.97 ng·μL-1。將其稀釋至3種不同梯度濃度后,進(jìn)行DNA模版最低閾值的測(cè)定,結(jié)果在原濃度稀釋10-1倍后,仍可見有明顯條帶(圖3),說明該引物具有較高的靈敏度。
取瘤脛實(shí)蠅蟲樣:西雙版納瘤脛實(shí)蠅8份、??诹雒剬?shí)蠅2份、勐臘瘤脛實(shí)蠅2份,共12份實(shí)蠅提取的DNA模板進(jìn)行種特異性測(cè)試驗(yàn)證,均顯示出目標(biāo)條帶。結(jié)果表明:本試驗(yàn)SS-COⅠ種特異性引物可以快速鑒定靶標(biāo)實(shí)蠅瘤脛實(shí)蠅,鑒定結(jié)果與形態(tài)學(xué)鑒定結(jié)果一致(圖4),驗(yàn)證結(jié)果也表明SS-COⅠ引物具有較強(qiáng)的特異性和穩(wěn)定性,可以應(yīng)用于瘤脛實(shí)蠅的鑒定。
圖3 瘤脛實(shí)蠅引物L(fēng)JF400和LJR564的 靈敏度測(cè)試Fig.3 The sensitivity test of the primers LJF400 and LJR564 of B. tuberculata M:100 bp DNA ladder;1:100;2:10-1倍;3:10-2倍; 4:10-3倍;5:空白對(duì)照。 M: 100 bp DNA ladder; 1: 100; 2: 10-1 times; 3: 10-2 times; 4: 10-3 times; 5: ddH2O.
圖4 瘤脛實(shí)蠅的種特異性引物(SS-COⅠ) 驗(yàn)證結(jié)果Fig.4 Verification results of SS-COⅠ for B. tuberculata M:100 bp DNA ladder;1~8:西雙版納瘤脛實(shí)蠅;9~10: 海口瘤脛實(shí)蠅;11~12:勐臘瘤脛實(shí)蠅;13:空白對(duì)照。 M:100 bp DNA ladder; 1-8: B. tuberculata of Xishuangbanna; 9-10: B. tuberculata of Haikou; 11-12: B. tuberculata of Mengla; 13: ddH2O.
本試驗(yàn)選用線粒體基因mtDNA COⅠ作為標(biāo)記基因,研究篩選設(shè)計(jì)了特異性引物L(fēng)JF400和LJR564,測(cè)試監(jiān)測(cè)到的瑞麗果實(shí)蠅、滇寡鬃實(shí)蠅和口岸進(jìn)境果蔬中檢疫截獲的20種的實(shí)蠅蟲樣,并對(duì)西雙版納、海南??诤哇屡D口岸誘捕監(jiān)測(cè)的瘤脛實(shí)蠅的成蟲和成蟲的腿節(jié)、翅膀等殘?bào)w共12份提取到的DNA模板進(jìn)行PCR擴(kuò)增、測(cè)試驗(yàn)證,僅瘤脛實(shí)蠅能穩(wěn)定地?cái)U(kuò)增出一條長(zhǎng)度約165 bp的單一且清晰的特異性目標(biāo)條帶,其他19種實(shí)蠅均無任何條帶發(fā)現(xiàn),驗(yàn)證了本試驗(yàn)篩選設(shè)計(jì)引物的種特異性,表明引物的特異性是鑒定靶標(biāo)實(shí)蠅的關(guān)鍵。
近年來,分子標(biāo)記技術(shù)發(fā)展迅速,也逐步被應(yīng)用于實(shí)蠅類害蟲不同蟲態(tài)的鑒定。本研究基于mtDNA COⅠ基因技術(shù),設(shè)計(jì)靶標(biāo)瘤脛實(shí)蠅種特異性SS-COⅠ引物,對(duì)18個(gè)同屬近緣種和其他屬2種共20種實(shí)蠅樣本進(jìn)行鑒定,時(shí)間只需8 h,解決了口岸在進(jìn)境果蔬中截獲的幼蟲蟲態(tài)實(shí)蠅,需要飼養(yǎng)至成蟲后進(jìn)行形態(tài)鑒定的周期長(zhǎng)和飼養(yǎng)環(huán)境條件局限等存在的問題。研究表明:檢測(cè)到的DNA模板濃度可低至5.597 ng·μL-1,用量低,且具有較高的靈敏度??梢?,建立的SS-COⅠ種特異性引物的檢測(cè)方法,只要能提取到DNA,就能實(shí)現(xiàn)對(duì)靶標(biāo)種的鑒定,用時(shí)短,快速準(zhǔn)確,并具有可行性。
實(shí)蠅科昆蟲具有重要經(jīng)濟(jì)意義,種類多,目前已完成線粒體基因組測(cè)序的實(shí)蠅科種類只有3屬l4個(gè)物種(姜帆等,2016),更多實(shí)蠅科昆蟲種類的線粒體基因組序列的分析研究有待進(jìn)一步深入。應(yīng)用特異性引物SS-COⅠ檢測(cè)技術(shù)快速鑒定,不僅適用于不同蟲態(tài)實(shí)蠅的鑒定,也能利用實(shí)蠅成蟲的殘?bào)w部分,如腿節(jié)殘肢、翅膀等,提取到微量的DNA,即可快速鑒定,該方法為其他實(shí)蠅的種特異性引物檢測(cè)技術(shù)的研究提供了參考,對(duì)開展和促進(jìn)進(jìn)境果蔬的實(shí)蠅檢疫鑒定有著積極的作用和現(xiàn)實(shí)意義。