灰飞虱体内沃尔巴克氏体的检测? 河北省财政专项。
沃尔巴克氏体（Wolbachia）是自然界中分布非常广泛的胞内共生菌之一，近10余年的研究表明，这类共生菌广泛存在于各类昆虫体内，甚至估计16%的昆虫均含有该菌[1]。对来自33个不同寄主的38个不同Wolbachia株系的ftsZ基因（细胞周期基因）研究表明，Wolbachia 株系间存在着很大的差异，Wolbachia 株系分为A组群和B组群[2]。Zhou等在wsp（编码Wolbachia表面蛋白）基因序列分析的基础上，将沃尔巴克氏体细分为12个亚群（Subgroup），并设计了12个亚群wsp基因诊断的PCR扩增特异引物[2]。昆虫体内是否含有Wolbachia，早期多通过DAPI染色法（用非特异性的DNA-blinding荧光染料DAPI染色，然后在荧光显微镜下观察）[4]和电镜观察[5]来判断，但20世纪90年代以来则主要依赖于对其16S rDNA、23S rDNA、ftsZ 和wsp等基因进行PCR检测与序列分析，其中wsp基因是目前报道的Wolbachia基因中进化最快的基因而被广泛用于Wolbachia的PCR检测与分子鉴别[1，3，6，7]。沃尔巴克氏体通过卵的细胞质传播并参与多种调控其寄主生殖活动的机制，包括诱导孤雌生殖（Parthenogenesis inducing，PI）[8]、雌性化Feminzation）[9]和生殖不亲和[10]，因而它很有希望被用于许多虫媒传播的重大人类疾病的基因工程防治和生物防治。
灰飞虱（Laodelphax striatellus Falln）广泛分布于东亚、东南亚、欧洲和北非等地，我国以长江中下游和华北地区发生较多。灰飞虱能取食或为害水稻、小麦、大麦、玉米、高粱、甘蔗、稗草、李氏禾等多种禾本科植物，并且能传播多种病毒病，造成病害的普遍流行。因此，进行灰飞虱种群暴发成灾规律及其有效防治技术的研究，显得尤其重要和紧迫。本文采用PCR方法研究了灰飞虱体内Wolbachia的感染，以期为开辟控制灰飞虱暴发和阻断病毒病传播新途径提供依据。
1 材料与方法
1.1 供试虫源
从河北省曲阳和容城小麦田采集灰飞虱成虫，保存在小麦苗上。
1.2 总DNA的提取
每只灰飞虱为1个样本，放入离心管中冷冻，而后置于载玻片上，呈直线逐步滴1滴Ringer's solution（昆虫生理盐水），去头，放入装有预冷100μl STE 的管中，匀浆，10%SDS 5μl及蛋白酶K 2.5μl，55℃水浴1h，加酚50μl及50μl氯仿：异戊醇（24：1），剧烈震荡，12000r/min 离心5min。取上清，加入2倍体积无水乙醇及0.1体积3mol/L NaAc，-20℃沉淀过夜，离心，12000r/min。弃上清，加75%乙醇200μl洗涤2遍。55℃烘干，加入30μl无菌水溶解，-20℃冻存，待检。
1.3 PCR扩增及电泳检测
扩增wsp基因片段使用的引物[3]：
wsp 81F(5'TGG TCC AAT AAG TGA TGA AGA AAC3')
wsp 691R(5'AAA AAT TAA ACG CTA CTC CA 3').
在20μl反应体积中进行PCR反应，反应体系为13.5μl ddH2O，2μl 10×Buffer，2μl 25 mmol/L MgCl2，0.5μl dNTPs（每种10mmol/L），0.5μl 20μmol/L的正向和反向引物及一个单位的Taq高温多聚酶。Taq plus及dNTP购自上海生工生物工程公司。
PCR反应条件是：首先在94℃下变性3min，然后94℃下1min，55℃下1min，72℃下1min完成1个循环，共进行35次循环。72℃末轮聚合10min。
反应结束后取PCR特异性扩增产物5μl，在0.8%的琼脂糖胶上进行电泳（电压40V，50min，电泳缓冲液为0.5×TBE），用BioRad凝胶成像系统检测并拍照。
1.4 序列分析
选择有扩增产物的样品进行大量PCR扩增，采用PCR产物回收试剂盒（上海生工生物公司产品）回收PCR扩增产物交上海生工生物工程公司进行测序，利用BLAST工具（NCBI网站）进行DNA序列检索和同源性比较。
2 结果与分析
2.1 wsp基因的PCR检测
采用wsp基因通用引物81F和691R对灰飞虱DNA样品进行PCR扩增，电泳检测结果表明从灰飞虱DNA样品中可扩增出600bp大小的wsp目的基因片段，证实河北曲阳和容城田间采集的灰飞虱种群有Wolbachia 的感染（图1）。河北曲阳和容城灰飞虱种群的沃尔巴克氏体感染率分别为85.6%和88.4%，而且雌雄个体感染率无差别。
2.2 wsp基因片段的序列测定及分析
将扩增的wsp基因片段进行基因序列测定，结果表明，从所检测的样品中扩增出的Wolbachia的wsp基因片段长度为601～603bp。用NCBI网站提供的BLAST分析工具进行基因序列同源性分析，表明灰飞虱体内感染的Wolbachia wsp基因与Wolbachia pipientis 的wFur、wStri 2个品系的wsp基因的同源性为100%，与Wolbachia sp.的wJapo、wFur、wStri 3个品系的wsp基因的同源性也达到100%（表1）。
图1 灰飞虱体内沃尔巴克氏体wsp基因片段的扩增
Wolbachia品系同源性注册号宿主来源WolbachiapipientisisolatewFur100%AF481185.1白背飞虱Kittayapong等，2003WolbachiapipientisisolatewStri100%AF481175.1灰飞虱Kittayapong等，2003Wolbachiasp.Wstri100%AF020080.1灰飞虱Zhou等，1998Wolbachiasp.wJapo100%AB039283.1ElenchusjaponicusNoda等，2001Wolbachiasp.wFur100%AB039043.1白背飞虱Noda等，2001Wolbachiasp.Wstri100%AB039042.1灰飞虱Noda等，2001
表1 灰飞虱感染Wolbachia的wsp基因序列的同源性
3 讨论
Wolbachia是自然界分布较广的共生菌，在双翅目、膜翅目和鳞翅目等许多昆虫体内均有感染。甘波谊等以PCR方法检测了来自不同地域稻田的3种稻飞虱，发现灰飞虱、褐飞虱（Nilaparvata lugens）、白背飞虱（Sogatella furciera）均被Wolbachia所感染，对wsp的RFLP分析证实了这些飞虱为单一沃尔巴克氏体感染[11]。但不同地区灰飞虱体内沃尔巴克氏体的感染率不同，在我国形成了周边地区感染率高（如辽宁、北京、上海和云南），而内陆地区感染率低（如四川），或是未被感染（如宁夏）的格局[11]。在日本采集的9个灰飞虱种群被Wolbachia感染的比率随纬度降低而增加[12]。这些不同可能与不同地区的地形、气候、寄主条件及Wolbachia的传播效率等因素有关，其原因有待研究证实。本文研究结果表明，河北曲阳和容城灰飞虱种群沃尔巴克氏体感染率较高，与前人的报道一致。通过对基因序列的同源性分析表明，河北的2个灰飞虱种群感染的Wolbachia与来自白背飞虱的wFur品系、灰飞虱的wStri品系亲缘关系较近，同属于Wolbachia B大组Con组。这些表明灰飞虱可能会被同一组的Wolbachia感染。
灰飞虱是多种病毒的传播介体，灰飞虱的暴发流行常造成玉米粗缩病、水稻条纹叶枯病等病毒病的严重流行。沃尔巴克氏体是灰飞虱的胞内共生菌，能够通过多种机制调控其寄主的生殖活动[13]，但是，近年灰飞虱种群暴发成灾与Wolbachia 感染的关系有待进一步研究证实。同时，沃尔巴克氏体影响灰飞虱传毒能力的作用及利用媒介昆虫—共生菌技术阻断病毒的传播将是今后研究的重点，对于开辟病毒病防治新途径具有重要的意义。
