(1) qRT-PCR 引子對及探針設計 ( Taqman )
將已經發表在NCBI 上之 BBrMV 病毒鞘蛋白以及溫室所保存的 BBrMV 分離株以 Bioedit version 7.0.5.3 進行 alingment,選出保守性
較高的區域,設計一對引子對,並從引子對中選出一段18 個核苷酸
的區域作為probe,此 probe 之 5’ 端及 3’端分別帶有 reporter dye ( 6-FAMTM ) 以及 quencher ( MGB ) 。(引子對序列及探針見表一)
(2) 標準曲線的建立
反轉錄後的產物轉殖進Topo TA® cloning Vector (pCR® 2.1-TOPO)內:4 μL PCR 產物與 1 μL salt solution, 1 uL pCR® 2.1-TOPO vector,混勻,室溫下作用 30 分鐘。將上述產物加入 100 μL 勝任細 胞中(大腸桿菌)混合,冰浴 5 分鐘。接著放入 42 ℃水浴槽中 heat shock 40 秒,再冰浴 5 分鐘,加入 500 μL 的 LB 培養基 recover 30-45 分鐘並以2500 rpm 離心 2.5 分鐘,吸除多餘液態培養基,再將菌塊 懸浮。轉殖好之大腸桿菌塗於含有50 μg/ mL kanamycin、40 μL 100 mM IPTG 與 40 μL X-gal ( 40 mg X-gal in DMF) 的 LB 固態培養基 以37℃培養 12~16 小時,挑選白色菌落至新的 LB 固態培養基上繼
代培養,並以colony PCR 確定產物已轉殖成功。將轉殖成功之菌落 挑至 LB 液態培養基中以 37℃ 培養 12 小時,菌液以 Plasmid miniprep purification Kit 抽取質體 DNA。
(3) 抽取質體 ( plasmid ) DNA
菌液於室溫下以12000 rpm 離心 1 分鐘,倒掉上清液後加入 200 μL solution I 懸浮菌塊。加入 200 μL solution II 混合,靜置 1 分 鐘後加入 300 μL Solution III 輕輕混勻後以 12000 rpm 離心 5 分鐘。
取上層液加入管柱中,以12000 rpm 離心 1 分鐘。倒掉濾液後加入 700 μL wash solution,以 12000 rpm 離心 1 分鐘,倒掉濾液後再以 12000 rpm 離心 3 分鐘將剩餘酒精去除。管柱移至新的 eppendorf,
於 65 ℃ 烘乾 5-8 分鐘,加入 50 μL 65 ℃ ddH2O 靜置 1 分鐘,以 12000 rpm 離心 1 分鐘,即得到質體 DNA。
(4) 胞外轉錄 in vitro transcription
將plasmid DNA 以 BamHI 酵解三小時,以 PCI/CI 去除蛋白,
並以6 μL DEPC 水回溶。使用 T7 mMESSAGE Kit,遵照操作手冊:
線性化DNA 6 μL,加入 10 μL 2X NTP/CAP、2 μL 10X reaction buffer、2 μL enzyme mix,於 37℃ 反應 30 分鐘後加入 1 μL 15mM GTP,再反應 30 分鐘後再加入 1 μL 15mM GTP;再於 37℃反應 2 小 時後即可得到標準品。
(5) 反轉錄
將樣品之RNA 濃度以 Nanodrop 測定,並調整至 100 ng/ uL,將 樣品以BBrMV 324 reverse primer 反轉錄(見附表)並加入反應溶
液,包含3.5 ug RNA,2 uL 10 pmole reverse primer、4 uL 2.5Mm dNTPs,補 ddH2O 至 13 uL,於 65℃作用 5 分鐘後,移至冰上冷 卻,加入4 uL 5X RT buffer、2 uL 100 mM DTT、1 uL ( 100U ) MMLV reverse transcriptase,混勻後於 42℃反應 50 分鐘,所得 cDNA 再 25 倍稀釋以進行 real-time PCR。
(6) qPCR 反應
反應溶液總體積為10 uL 包含 5 uL 2X FastStar Universal Probe Master Assay Mix、0.5 uL 20X BBrMV assay mix、1 uL 25X cDNA、
3.5 uL ddH2O,以 StepOneTM Real-Time PCR System, ABI 進行反應,
條件為:50℃,2 分鐘;95℃,10 分鐘;35 cycle【95℃,15 秒;
60℃,1 分鐘】,每樣品 3 重複。以標準品做出之標準曲線換算得到 copy numbers ( CNs ) 。
五、 香蕉苞葉嵌紋病毒田間染病情形調查
調查BBrMV 於田間的染病情況,在南投國姓;雲林莿桐;嘉義中埔、
頂埔;臺南白河;高雄大寮;屏東縣屏東市、長治、佳冬、高樹、麟洛、林 邊、崁頂、萬巒、內埔、車城等地採集有mottling 狀或 chlorosis 的香蕉葉 片,帶回實驗室後萃取總核酸並以RT-PCR 檢測是否帶有 BBrMV。品種以華 焦系 ( Cavendish, AAA ) 為主,包含北蕉、寶島蕉、台蕉五號、台焦七號、
大北蕉、烏龍蕉、矮腳蕉,還有Saba ( ABB ) 單一園區以及芭蕉類。另外也 有台灣香蕉研究所保存種原的三尺蕉/矮腳蕉 ( AAA )。
採回之樣本也以總核酸萃取法以及RT-PCR 的方式偵測其他三種重要香 蕉病毒,包含Cucumber mosaic virus、Banana bunchy top virus 與 Banana streak virus。所用之引子對如表一所示。
六、 香蕉苞葉嵌紋病毒之親緣關係分析
將田間採得有BBrMV 的核酸以 BBrMV 902(馮,2006)進行 RT-PCR 增幅,獲得之PCR 產物為鞘蛋白序列。將 PCR 產物轉殖進 Topo TA®
cloning Vector (pCR® 2.1-TOPO)內:4 uL PCR 產物與 1 uL salt solution, 1 uL pCR® 2.1-TOPO vector,混勻,室溫下作用 30 分鐘。將上述產物加入 100 uL 勝任細胞中(大腸桿菌)混合,冰浴 5 分鐘。接著放入 42 ℃ 水浴槽中 heat shock 40 秒,再冰浴 5 分鐘,加入 500 uL 的 LB 培養基 recover 30-45 分鐘並 以2500 rpm 離心 2.5 分鐘,吸除多餘液態培養基,再將菌塊懸浮。轉殖好 之大腸桿菌塗於含有50 ug/ mL kanamycin、40 uL 100 mM IPTG 與 40 uL X-gal ( 40 mg X-X-gal in DMF) 的 LB 固態培養基以 37℃培養 12~16 小時,挑選 白色菌落至新的LB 固態培養基上繼代培養,並以 colony PCR 確定產物已轉
殖成功。之後送交源資國際生物科技股份有限公司進行定序。(引子對序列
見表一)
將所得序列與已知序列以Mega 7 進行 alignment,並使用 Neighbor joining method,以 bootstrap replication number 為 1,000 繪出親緣關係圖,並 比較序列一致性(identity)。
肆、 結果
皆達90 %;Umalag - V63 及 Umalag-Philippines 接種成功率最高,皆為 100 %(表二、圖二 A)。資料經 SAS 9.4 軟體 GLM 分析,北蕉、Rahan - Israel 與烏龍發病率較其他品系低,具有顯著差異(P<0.05)。
隨葉片成長,病斑較不明顯,但老葉上可見上述條斑或紡錘狀病斑 轉變成為鮮黃色。
各華蕉 ( Cavendish, AAA ) 品系香蕉於接種後三個月內皆可觀察到 明顯病徵,除Rahan - Israel 與烏龍蕉因植株還很小時便因藥害死亡,其
他品種發病時於幼葉的病徵級數皆可達到三級(圖三)。但隨著植株成
長成熟,新長出來的幾片葉子病徵可能會有康復的現象,嚴重程度變得
較不嚴重;但隨著時間拉長後又會產生出明顯病徵(圖四)。
2.
BBrMV 感染各 AAA 品系組培蕉苗之潛伏期各華蕉 ( Cavendish, AAA ) 品系之潛伏期平均值皆介於 25.5 天到 46.7 天之間大北蕉最短,北蕉最長。分別為北蕉 46.7 天、寶島蕉 28 天、台蕉五號32.7 天、台蕉七號 31.8 天、大北蕉 25.5 天、烏龍蕉 28 天
(僅一棵)、Umalag - V63 29 天、Umalag- Philippines 33.5 天、Rahan- Israel 36.5 天(圖二 B 與表二)。
3.
組培蕉苗株齡與發病相關性以台蕉五號為實驗材料,分為10 - 20 公分、20 - 30 公分、>30 公 分三組,10 - 20 公分組別發病率為 75 % ( 3/4 )、20 - 30 公分組別發病 率為 66 % ( 4/6 )、>30 公分組別發病率為 33 % ( 1/3 )。而 10-20 公分組 別出現病徵的平均時間約為 32.6 日;20-30 公分組別出現病徵平均時間 約為73 日;>30 公分組別最則在感染後 130 日才出現病徵。(表三,圖 五)
4.
溫度與病徵表現之關係以寶島蕉及台蕉七號為實驗材料,接種後確認帶病後於四月份別置
於25 度有冷氣之溫室及無溫度調控之溫室(溫度範圍介於 28 - 38 度)
種植2 個月,觀察其病徵變化。置於兩溫度下之罹病蕉株病徵表現及嚴
重程度無明顯差異(圖六A、B、C、D)。
三、 北蕉與其衍伸品系對黃葉病 ( Fusarium oxysporum f. sp. cubense race 4, Foc 4 ) 之抗病性與對香蕉苞葉嵌 紋病毒 ( BBrMV ) 之感病性之關聯性
本次使用之華蕉 ( Cavendish ) 品系包含北蕉、寶島蕉、台蕉五號、
台蕉七號、大北蕉等品系。其中北蕉對於黃葉病 ( Foc 4 ) 為感病品種,
而寶島蕉、台蕉五號、台蕉七號、大北蕉等品種則對黃葉病 ( Foc 4 ) 有
中度抗病性至高度抗病性。從接種BBrMV 之發病率來看,北蕉發病率
較低 (30% ),對於 BBrMV 較為抗病;而寶島蕉、台蕉五號、台蕉七 號、大北蕉發病率極高 ( 90% )(表二、圖二)。以本次接種 BBrMV 之 結果歸納得出,在北蕉與其衍伸品系中,對黃葉病抗病的品種則對 BBrMV 較為感病;而對黃葉病較為感病的品種則較為抗 BBrMV,即北 蕉品系對BBrMV 之感病性與對黃葉病 ( Foc 4 ) 之抗病性具有關聯性。
四、 香蕉苞葉嵌紋病毒中間寄主之探討
本實驗使用之受試植物包含野薑花 ( Hedychium coronarium ) 、美 人蕉 ( Canna spp. )、紅花月桃 ( Alpinia purpuata )、姑婆芋 ( Alocasia odora ) 等蕉蚜之寄主,實驗中可發現傳毒時,蕉蚜多半有逃離之現 象。但若有嫩葉或是幼嫩組織則會有少量幾隻停留群生其上。
蕉蚜蟲傳結果顯示,BBrMV 能在紅花月桃與姑婆芋內增殖。但該
病毒僅能在紅花月桃造成病徵(圖七A ),而感染姑婆芋則無病徵,成
健康狀(圖八A、B)。以 RT-PCR 檢測病毒存在,受感染之紅花月桃能 持續地偵測到BBrMV(圖七 B),而姑婆芋雖然在接種後 1 個月到 1.5 個月即可利用RT-PCR 偵測到,但不穩定,六棵內僅有兩株直到六個月 都還可偵測到(圖八C)。而野薑花及美人蕉則無出現病徵也無法以 RT-PCR 偵測到 BBrMV 的存在,對 BBrMV 免疫。
各物種接種成功比率如下野薑花 ( Hedychium coronarium ) 0 % ( 0/6 );美人蕉 ( Canna spp. ) 0 % ( 0/4 );紅花月桃 ( Alpinia purpurata ) 50 % ( 5/10 );姑婆芋 83.3 % (5/6)(表四)。
五、 香蕉苞葉嵌紋病毒田間感染情形調查
因臺灣栽種大宗是以華蕉系 ( Cavendish, AAA ) 的北蕉品系為主,
調查品種/品系包含北蕉(7 園)、烏龍蕉(4 園)、寶島蕉(4 園)、台蕉 五號(10 園)、台蕉七號(5 園)、大北蕉(4 園),及 1 園的 Saba ( ABB ),還有其他包含矮腳蕉與芭蕉類(7 園)。地點包含南投(4 園)、雲林(2 園)、嘉義(2 園)、台南(2 園)、高雄(3 園)及屏東
(29 園)(表五)。
1. RT-PCR 檢測 BBrMV 之結果
由田間採樣帶回實驗室後抽取總核酸並以RT-PCR 方式檢測,測 得帶有BBrMV 的樣本為:雲林莿桐的烏龍蕉上採得 2 個樣本、高雄 大寮的大北蕉上採得1 個樣本、屏東長治德協台蕉五號採得 1 個樣 本、香蕉研究所內的台蕉七號3 個樣本、香蕉研究所內 Saba 園採得 6 個樣本(表五、表七)。
2. 採得樣本之田間病徵表現
雲林莿桐烏龍蕉上之樣本在葉緣有輕微黃萎與 mottling 現象;
對,相似度除了與原本就與其他序列親緣關係較遠的
KF385478_TN14 與 KF385484_TN16 以外,在核苷酸層級與胺基酸 層級下,序列一致性分別皆在92 % 以上與 91.9 %以上。若加入該兩 序列比較,在核苷酸及胺基酸層級下則最低序列一致性會下降到 75.8 % 與 82.8 %以上。
在核苷酸層級下,與F2 最相似者為 AF071589_TH1 及 AF071584_I3,相似度皆為 98.3 %;與 F16 最相似者為
AF071589_TH1 及 AF071584_I3,序列一致性皆為 98.2 %;而與 F35、F53 及 F92 最相似者為 AF071589_TH1,TH1 與 F35 序列一致 性為98.3 %,與 F53 相似度為 97.7 %,與 F92 相似度為 98.2 %。
在胺基酸層級下,與全部五個序列最相似者為AF071589_TH1
(泰國)與F2、F16、F35、F53 及 F92 之胺基酸序列序列一致性分 別為99.7 %、99.3 %、99.3 %、98.3 %與 99 %。
利用Mega 7 繪製之親緣關係圖 ( phylogenetic tree) 可看出無論 在核苷酸層級或是胺基酸層級,本次採集到之五個分離株與Rodoni 等人於1999 年發表之印度、菲律賓、泰國、西薩摩亞共和國、越南 以及Zhang et al. 於 2016 年發表之夏威夷 Red ginger 分離株在同一群 ( Rodoni et al. 1999; Zhang et al. 2016 )(圖十一 C、D)。
4. 採得樣本接種於感病品種與實驗室菲律賓分離株之比較
將於香蕉研究所Saba 蕉園採得之強毒分離株接種於寶島蕉,並與實 驗室保存之BBrMV-PHI-S1 之病徵相互比較,兩者相似。皆出現 BBrMV 之典型紡錘狀嵌紋病班(圖十二 A、B)。於田間亦採集到輕 病徵之弱毒分離株,待後續探討。
5. 姑婆芋於香蕉研究所感染 BBrMV 蕉園之採樣結果
於香蕉研究所內感染BBrMV 之 Saba 園與台蕉七號園對姑婆芋 進行採樣,以RT-PCR 偵測,未偵測到 BBrMV(表六)。
6. BBrMV、CMV、BBTV 與 BSV 四種香蕉病毒田間染病情形調查 總採集株數為143 株,BBrMV 共 13 株(單獨感染有 10 株),
CMV 共 34 株(單獨感染有 29 株),BBTV 有 7 株(單獨感染有 6 株),BSV 共有 2 株(皆為單獨染病)。BBrMV 與 CMV 複合感染有 3 株,BBrMV 與 BBTV 複合感染有 0 株,CMV 與 BBTV 複合感染 有1 株。未發現其他三種病毒與 BSV 複合感染,也未發現三種以上 病毒複合感染。
六、 即時反轉錄聚合酶連鎖反應 ( Real-time RT-PCR ) 與單步反轉錄聚合酶連鎖反應 one step RT-PCR 敏感 度測試比較
利用所設計出的Taqman 系統之 BBrMV 142 assay 建立標準曲線,
得出回歸曲線公式Ct = -3.527 log (Qty) + 43.224,利用該公式可推算出 copy numbers(圖十三 A、B)。藉由 10 倍序列稀釋原始總核酸濃度 104
得出回歸曲線公式Ct = -3.527 log (Qty) + 43.224,利用該公式可推算出 copy numbers(圖十三 A、B)。藉由 10 倍序列稀釋原始總核酸濃度 104