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蓝耳病(PRRS)的分子诊断中,当测序覆盖率仅达4%时是不够的。

蓝耳病病毒的基因突变和进化可能发生在所有基因区域。与ORF5(编码GP5蛋白的基因,仅占蓝耳病病毒基因组的4%)不同,下一代测序技术(NGS)能够完整恢复病毒基因组,为流行病学调查提供支持。

5 11月 2025
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猪蓝耳病病毒(PRRSV)与非洲猪瘟病毒一道,是影响全球养猪业经济效益最重要的病原之一。近来出现的PRRSV强毒株如亚洲的高致病性PRRSV(HP-PRRSV)、欧洲的Rosalia毒株和北美的LIC.5毒株,引发了关于进一步改善PRRSV诊断和控制的必要性的讨论。

利用反转录聚合酶链式反应(RT-PCT)检测PRRSV遗传物质被广泛用于群体中病毒的筛查。

比RNA检测更进一步的是PRRSV基因测序,通常利用Sanger测序技术来实现。总体来说,病毒基因中常用于PRRSV测序的是ORF5片段,但也有些实验室使用ORF7片段。

PRRSV基因组中,ORF5片段占约4%,而ORF7占约2.4%。因此,二者均不能完全覆盖全基因组的遗传信息。

近年来,人们越来越感兴趣的是,使用下一代测序(NGS)来恢复PRRSV全基因组,为农场或生产体系中PRRSV的流行病学调查提供支持(图1)。

图 1: PRRSV全基因组(GenBank U87392)和不同诊断检测靶区的示意图。在美国,针对减毒活病毒(MLV)疫苗样病毒的RT-PCR检测通常靶向nsp2区域,Sanger测序中阻断MLV疫苗病毒扩增的CLAMP测序技术靶向ORF5基因。 

图 1: PRRSV全基因组(GenBank U87392)和不同诊断检测靶区的示意图。在美国,针对减毒活病毒(MLV)疫苗样病毒的RT-PCR检测通常靶向nsp2区域,Sanger测序中阻断MLV疫苗病毒扩增的CLAMP测序技术靶向ORF5基因。 

一般来说,在复制过程中PRRSV会经历基因改变和变异,这可能潜在地导致新的病毒变异株的出现。PRRSV是已知具有高突变率的病毒之一,约每年0.5%-1%,并在不同基因组区域、病毒类型和遗传谱系中不均匀分布,导致持续的遗传进化。值得注意的是,基因变异和病毒进化可能发生在所有的基因,仅仅测序基因组的一个片段,如ORF5或ORF7,很可能会错过测序区域外的变化(图1)。

这种情况下,NGS就成为十分有用的工具,能够恢复PRRSV的全部基因组以支持流行病学调查。

兽医和生产者如何利用NGS

想要最大程度利用NGS,需要考虑以下因素:

  • 兽医和实验室诊断技术人员的早期参与对于理顺诊断问题、预期和检测方法非常重要。
  • 农场或生产体系中是否存在用于对照的PRRSV参考毒株全基因组序列?
    • 如果没有,则使用NGS方法检测PRRSV RT-PCR阳性且Ct值较低的样品,如Ct值小于24的理想条件下,从而恢复整个基因组以作为农场参考毒株。Ct值和样品中病毒的基因拷贝数呈负相关,Ct值越低则预期的病毒载量和NGS潜在的成功率越高。
    • 参考毒株允许对前瞻性恢复的基因组进行后续对比,以理解PRRSV在农场、跨场流动和生产体系中的遗传进化。
  • 做NGS测序的目的是什么?
    • 如果目的是在全基因组水平上检测病毒的进化:则靶标在肺脏和血清上,因为这些样品更有可能用于恢复病毒全基因组。
    • 如果目标是在农场或动物群体中了解病毒的多样性,则使用群体样品类型,如处理液、口腔液样品或单个样品的混样,比如血清混样更容易恢复样品中存在的多种病毒。
  • 动物群体种混合感染两种及以上PRRSV病毒毒株已是事实(图2a),如果这两种病毒很类似,NGS测序则可能无法恢复全基因组。
    • 如果样品种存在多种病毒,NGS可能从不同的病毒中恢复基因组片段,即“contigs”,当与农场中的参考毒株进行对比时,该基因组片段能帮助识别样品中是否存在多种病毒(图2b)。
  • 最后,确定有人能帮助进行基因分析和比对,并协调周转时间,因为NGS测序是一个耗时的过程,一般需要一周以上才能完成。
图 2: A) 从15:1血清混样(Ct值为18.4)中恢复的两个完整PRRSV基因组序列的比较示意图。一种病毒被设定为参考毒株(蓝色)。病毒间核苷酸相似性由红色框内的数字表示。B)从5:1血清混样(Ct值为19.5)中恢复的两个完整PRRSV基因组序列的比较示意图。一种病毒被设定为参考毒株(蓝色)。从第二种病毒中回收的基因组片段之间的核苷酸相似性水平用颜色编码,也用红色方框中的数字表示。PRRSV基因组基因在A组和B组的顶部都有表示。PRRSV全基因组序列中存在的单个ORF片段在A和B组顶部都有表示。

图 2: A) 从15:1血清混样(Ct值为18.4)中恢复的两个完整PRRSV基因组序列的比较示意图。一种病毒被设定为参考毒株(蓝色)。病毒间核苷酸相似性由红色框内的数字表示。B)从5:1血清混样(Ct值为19.5)中恢复的两个完整PRRSV基因组序列的比较示意图。一种病毒被设定为参考毒株(蓝色)。从第二种病毒中回收的基因组片段之间的核苷酸相似性水平用颜色编码,也用红色方框中的数字表示。PRRSV基因组基因在A组和B组的顶部都有表示。PRRSV全基因组序列中存在的单个ORF片段在A和B组顶部都有表示。

从NGS结果中我们能得到哪些流行病学信息?

产生的NGS结果能帮助解决以下问题:

  1. 病毒进化是否通过同一基因组位点上的随机核苷酸替代实现的?对比两个时间点,病毒改变了多少?这些改变发生在哪个基因组,比如ORF区域?
  2. 病毒进化是否通过基因组中的插入或缺失实现的?
  3. 在农场、畜群或人员流动中是否新引入了无关的病毒?
  4. 尽管不太会发生但仍然有可能发生,新病毒是否在RT-PCR或Sanger引物/探针测序的基因组区域发生了变化,导致检测失败?
  5. 病毒是否进行了重组,如从从两个或多个亲本病毒中获得一些基因组片段?

重组时PRRSV进化的自然过程,当两种PRRSV在同一个细胞内复制就会产生第三种病毒。病毒重组的话题将在pig333.com网站上2025年6月9日发表的文章“The implications of the PRRSV recombination dilemma”中进一步讨论。

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