我们描述了一种用于定位和定量昆虫组织中双生病毒的免疫荧光与定量PCR方法。该免疫荧光方案可用于病毒蛋白与媒介蛋白的共定位分析。定量PCR方案可进一步扩展用于整只烟粉虱个体以及病毒感染植物中病毒的定量分析。
我们描述了一种用于定位和定量昆虫组织中双生病毒的免疫荧光与定量PCR方法。该免疫荧光方案可用于病毒蛋白与媒介蛋白的共定位分析。定量PCR方案可进一步扩展用于整只烟粉虱个体以及病毒感染植物中病毒的定量分析。
双生病毒属(Begomovirus,双生病毒科 Geminiviridae)由烟粉虱复合种(Bemisia tabaci)以持久性循环方式传播。鉴于双生病毒对全球农作物生产造成的严重危害,深入理解双生病毒与其烟粉虱传播介体之间的相互作用至关重要。为此,对病毒在介体组织中的定位与定量分析尤为关键。本文以番茄黄化曲叶病毒(TYLCV)为例,详细介绍了一种利用免疫荧光技术对双生病毒在烟粉虱中肠、主唾液腺及卵巢中进行定位的实验方案。该方法基于特异性针对病毒外壳蛋白的一抗、荧光染料标记的二抗以及共聚焦显微镜检测。该方案还可用于双生病毒蛋白与烟粉虱蛋白的共定位分析。此外,本文进一步描述了一种通过定量PCR(qPCR)对TYLCV在烟粉虱中肠、主唾液腺、血淋巴及卵巢中进行定量的实验流程。利用针对TYLCV特异性设计的引物,该定量方案可实现对烟粉虱不同组织中TYLCV含量的比较。所描述的定量方法亦可用于检测烟粉虱个体或感染病毒的植物体内双生病毒的含量。这些实验方案可用于分析双生病毒在烟粉虱体内的循环路径,或作为其他研究烟粉虱-双生病毒互作方法的补充手段。
近几十年来,双生病毒科(Geminiviridae)双生病毒属(Begomovirus)的病毒已对全球多种蔬菜、纤维作物和观赏植物的生产造成严重危害1。双生病毒以持久性方式由烟粉虱(Bemisia tabaci,半翅目:粉虱科)传播,而烟粉虱是一个包含35种以上隐存种的复合种2,3。双生病毒可能直接或间接影响烟粉虱的生理和行为,例如繁殖力4、寿命4以及寄主选择偏好5,6。此外,即使在相同的实验条件下,特定双生病毒种类/株系对不同烟粉虱隐存种的传播效率也存在差异7,8,9,10,表明双生病毒与烟粉虱之间存在复杂的相互作用。为了更深入理解烟粉虱与双生病毒相互作用的机制,对病毒在烟粉虱组织中的定位与定量至关重要。
番茄黄化曲叶病毒(Tomato yellow leaf curl virus, TYLCV)是一种双生病毒,最初在以色列被报道,但如今已在全球范围内对番茄生产造成严重危害11,12。由于其重要的经济影响,TYLCV 是研究最为深入的双生病毒之一13。与其他单组分双生病毒类似,TYLCV 是一种单链环状 DNA 病毒,基因组大小约为 2,800 个核苷酸14。尽管尚存争议,但已有多种证据支持 TYLCV 可在烟粉虱体内复制15,16,17。此外,已有研究报道了 TYLCV 病毒粒子与烟粉虱蛋白之间的相互作用6,18,19,20。在病毒传播过程中,烟粉虱通过取食感染病毒的植株获得 TYLCV,病毒粒子经食道进入食管,穿过中肠壁进入血淋巴,随后转移至主唾液腺(PSGs)。最终,病毒粒子随唾液经唾液导管被排入植物韧皮部21。此外,多项研究表明,TYLCV 能够通过卵传播,由雌性烟粉虱传给其后代22,23。换句话说,为了实现有效的传播,病毒必须克服烟粉虱体内的细胞屏障,从一种组织转移到另一种组织。在穿越这些屏障的过程中,烟粉虱蛋白与病毒蛋白之间可能发生相互作用,这可能决定了病毒传播的效率。
免疫荧光是一种常用于蛋白质分布分析的技术。抗体与其抗原结合的特异性构成了免疫荧光技术的基础。由于番茄黄化曲叶病毒(TYLCV)具有重要的经济意义,已针对其衣壳蛋白开发了单克隆抗体,从而为病毒的定位提供了高灵敏度的方法24。定量PCR(qPCR)能够对核酸进行灵敏且特异的定量。该技术通常基于水解探针(如TaqMan)或荧光染料(如SYBR Green)检测。对于基于水解探针的qPCR,需要使用特异性探针,从而增加了成本。而基于荧光染料的qPCR则更为简便且经济,因为无需使用标记的扩增子特异性杂交探针25。迄今为止,已有若干研究结合免疫荧光和qPCR以及其他方法,用于探究复杂的双生病毒-烟粉虱相互作用。例如,Pan等人对烟粉虱组织中的病毒进行了qPCR和免疫荧光分析,发现AsiaII 1和中东-南亚1型(MEAM1)两种烟粉虱在传播烟草卷叶病毒(TbCSV)能力上的差异,是由于该病毒能够有效穿过AsiaII 1的中肠壁,而无法穿过MEAM1的中肠壁8。类似地,尽管地中海系(MED)烟粉虱能够有效传播TYLCV,却无法传播番茄黄化曲叶中国病毒(TYLCCNV)。通过免疫荧光检测病毒在唾液腺(PSGs)中的分布,研究发现TYLCCNV难以穿过MED烟粉虱的唾液腺26。在烟粉虱中肠中,TYLCV衣壳蛋白(CP)与自噬标志蛋白ATG8-II的免疫荧光共定位结果表明,自噬在抑制TYLCV感染烟粉虱的过程中起着关键作用27。
本文以番茄黄化曲叶病毒(TYLCV)为例,介绍了一种利用免疫荧光技术对双生病毒在烟粉虱中肠、唾液腺(PSG)及卵巢中进行定位的实验方案。该技术包括组织解剖、固定,以及与一抗和荧光标记的二抗孵育等步骤。随后可在共聚焦显微镜下观察荧光信号,从而确定病毒蛋白在烟粉虱组织中的分布位置。更重要的是,本方案可用于实现双生病毒蛋白与烟粉虱自身蛋白的共定位分析。此外,我们还介绍了一种基于SYBR Green的qPCR方法,用于定量检测烟粉虱中肠、唾液腺、血淋巴及卵巢中的TYLCV含量,该方法可用于比较不同烟粉虱组织样本中病毒的相对丰度。
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1. 粉虱、病毒、植物与病毒的获取
2. 雌性粉虱中肠、原生唾液腺(PSG)、卵巢及血淋巴的解剖与采集
3. 通过免疫荧光法定位烟粉虱中肠、主唾液腺及卵巢中的番茄黄化曲叶病毒(TYLCV)
注意:此处以 TYLCV 在中肠中的定位步骤为例进行说明。该方法也可用于唾液腺和卵巢。
4. 利用qPCR定量检测烟粉虱中肠、主唾液腺、血淋巴和卵巢中的番茄黄化曲叶病毒(TYLCV)
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B. tabaci 复合种中的 MEAM1 烟粉虱和番茄黄化曲叶病毒(TYLCV)被用作示例,以描述本研究中的实验流程。本文所述免疫荧光检测与病毒定量方法的整体流程见图1。图2展示了TYLCV免疫荧光检测与DAPI染色在烟粉虱咽下腺(PSGs)、中肠和卵巢中的代表性结果,表明TYLCV在咽下腺和中肠中积累较多,而在卵巢中积累较少。图3展示了烟粉虱在取食感染TYLCV的番茄植株24、48和72小时后,其咽下腺、中肠、血淋巴和卵巢中病毒的相对含量,结果显示随着获毒取食时间的延长,病毒在不同组织中的含量逐渐增加。
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本文介绍了一种通过免疫荧光和定量PCR对双生病毒在其烟粉虱媒介体内组织进行定位与定量的实验方案。解剖是实现病毒在烟粉虱组织中定位与定量的第一步。烟粉虱体长约1毫米,其组织极为微小,解剖难度较大。此外,各组织之间存在较强的连接。例如,卵巢与含菌细胞紧密相连,难以分离。针对不同组织的结构特征与位置分布,本文介绍了多种解剖方法。然而,要快速而准确地完成这些组织的解剖,需要大量的实践操作。此外,最好使用新鲜的烟粉虱,因为死亡个体将增加解剖难度。同时,在解剖完成后,必须对组织进行清洗,以避免污染。
免疫荧光技术基于特异性抗体的使用。每种抗体的合适工作浓度在成像中非常重要,因为抗体浓度过高会降低信噪比,而浓度过低则可能无法提供足够的信号。本实验中,一抗和二抗均采用1:400的稀释比例。这些抗体应分装成小份保存于-20 °C,以避免反复冻融。抗体稀释液应在使用前新鲜配制。当本方案用于共定位病毒与烟粉虱蛋白时,针对病毒蛋白和烟粉虱蛋白的一抗必须由不同物种的动物产生。此外,应谨慎选择二抗所偶联的荧光染料,以防止不同检测通道之间的串色。另外,由于烟粉虱组织较小,所有洗涤步骤均应在显微镜下进行,以避免样...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本工作得到国家重点研发计划(项目编号:2017YFD0200600)、中国农业研究体系专项资金(项目编号:CARS-23-D07)和比尔 & 梅琳达·盖茨基金会(投资编号 OPP1149777)。我们感谢吴建祥教授提供TYLCV CP抗体。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 4% 甲醛 | MultiSciences | F0001 | |
| 4',6-二脒基-2-苯并咪唑酮é尼立哚(DAPI) | Abcam | ab104139 | |
| 牛血清白蛋白(BSA) | MultiSciences | A3828 | |
| CFX Connect 实时荧光定量 PCR 检测系统 | 伯乐(Bio-RAD) | 185-5201 | |
| 共聚焦显微镜 | 蔡司 | LSM800 | |
| Dylight 549-山羊抗小鼠 | Earthox | E032310-02 | 二抗 |
| 单克隆抗体(MAb 1C4) | 一抗 | ||
| 磷酸盐缓冲液(PBS) | Sangon Biotech | B548119-0500 | |
| 体视显微镜 | Zeiss | Stemi 2000-C | |
| TB green premix Ex Taq (Tli RNase H Plus) | TaKaRa | RR820A | qPCR预混液 |
| PCR仪 | 赛默飞世尔科技 | A41182 | |
| Tissuelyzer | 上海精欣 | Tissuelyser-48 | |
| Triton-X-100 | BBI生命科学 | 9002-93-1 | |
| Tween 20 | BBI生命科学 | 9005-64-5 |
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