中国媒介生物学及控制杂志  2018, Vol. 29 Issue (5): 458-461

扩展功能

文章信息

张瑞玲, 黄振东, 刘同凯, 赵爱华, 张忠
ZHANG Rui-ling, HUANG Zhen-dong, LIU Tong-kai, ZHAO Ai-hua, ZHANG Zhong
DNA条形码技术在臭虫物种鉴定中的应用
Application of DNA barcoding in species identification of bedbugs
中国媒介生物学及控制杂志, 2018, 29(5): 458-461
Chin J Vector Biol & Control, 2018, 29(5): 458-461
10.11853/j.issn.1003.8280.2018.05.009

文章历史

收稿日期: 2018-06-12
网络出版时间: 2018-08-03 17:12
DNA条形码技术在臭虫物种鉴定中的应用
张瑞玲1,2, 黄振东1, 刘同凯1, 赵爱华3, 张忠1,2     
1 泰山医学院基础医学院病原生物学教研室, 山东 泰安 271016;
2 泰山医学院新发传染病溯源及防控协同创新中心, 山东 泰安 271016;
3 泰安市疾病预防控制中心, 山东 泰安 271000
摘要: 目的 准确鉴定臭虫样品,为制定和实施有效预防措施提供参考依据。方法 联合利用形态学鉴定和基于线粒体细胞色素C氧化酶亚基Ⅰ(COⅠ)基因片段遗传距离的DNA条形码技术对山东省泰安市某学校发现的臭虫样品进行鉴定。结果 臭虫样品的前胸背板宽约为身长的1/2,与温带臭虫的特征相符。遗传距离分析显示,实验样品与温带臭虫的遗传距离为0~1.3%,与热带臭虫的遗传距离为27.6%~28.0%。结论 形态鉴定和DNA条形码分析结果均表明该实验样品为温带臭虫。臭虫通常是群居生活,且易于借助人类活动进行传播,长期、合理的防制是减少或避免臭虫危害的关键。
关键词: 温带臭虫     细胞色素C氧化酶亚基Ⅰ基因     遗传距离    
Application of DNA barcoding in species identification of bedbugs
ZHANG Rui-ling1,2, HUANG Zhen-dong1, LIU Tong-kai1, ZHAO Ai-hua3, ZHANG Zhong1,2     
1 Department of Pathogenic Biology of Taishan Medical University, Tai'an 271016, Shandong Province, China;
2 Collaborative Innovation Center for the Origin and Control of Emerging Infectious Diseases, Taishan Medical University;
3 Tai′an Center for Disease Control and Prevention
Supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 81401693, 81572028)
Corresponding author: ZHANG Zhong, Email:zhangz@tsmc.edu.cn.
Abstract: Objective To make accurate identification of bedbug species and provide information for implementation of effective prevention and control measures. Methods In this study, morphological identification and DNA barcoding that distinguishes species based on the differential of genetic distances of mitochondrial Cytochrome C oxidase subunit Ⅰgene (COⅠ), were employed to identify the bedbugs collected from a school of Tai'an in Shandong province. Results Firstly, length of pronotum is two times of width, corresponding with the description of Cimex lectularius. Secondly, genetic distances of unidentified bedbug samples with C. lectularius were 0-1.3%, while 27.6%-28.0% with C. hemipterus. Conclusion Both morphological characters and genetic distances supported that these bedbug samples belong to C. lectularius. Bedbugs are social insects, which is usually spread by human activities. Implementation of long term effective prevention and control measures are crucial for reducing and avoiding the threat caused by bedbugs.
Key words: Cimex lectularius     Cytochrome C oxidase subunit Ⅰ gene     Genetic distance    

臭虫隶属于臭虫科(Cimicidae)、臭虫属(Cimex),是一类专性吸血的无翅昆虫,全世界有90余种。在我国分布的主要有温带臭虫(Cimex lectularius)和热带臭虫(C. hemipterus),二者均以吸食人血为主,也兼吸其他温血动物(鼠、鸡、兔)血,叮咬会导致皮肤瘙痒、突起红疙瘩、皮疹等,偶尔伴有焦虑、失眠及全身过敏性反应[1-2]

20世纪40年代前,臭虫在世界各地的危害均非常严重[3]。随着有效控制方法的出现,如高效杀虫剂DDT的问世,臭虫的危害得到了有效控制,尤其是在一些发达国家几乎销声匿迹[4]。但由于臭虫抗药性的出现和一些杀虫剂被禁止使用,以及急剧增加的国际贸易和人员往来都加速了未被消灭臭虫种群的再次扩张,因此在2000年前后全球范围内臭虫呈逐渐复苏状态[5-6]。我国船舶、铁路旅客列车以及居民区和学校、医院等公共场所关于臭虫侵害人类的报道也逐渐增多[7-9]

近日,在山东省泰安市某学校的学生宿舍发生了一起臭虫叮咬人事件,调查发现部分学生被叮咬后出现皮肤瘙痒、荨麻疹样肿块,还有部分学生出现失眠以及过敏性反应等症状。为准确鉴定臭虫种类,首先对捕获的虫体在显微镜下观察鉴别,为确保形态结果鉴定的准确性,进一步利用基于线粒体细胞色素C氧化酶亚基Ⅰ(cytochrome C oxidase subunitⅠ,COⅠ)基因的DNA条形码技术进行分析验证,以保证虫种鉴定的可靠性。

1 材料与方法 1.1 样品

本研究所用样品均采集自泰安市某学校学生宿舍的床板,标本浸泡于95%无水乙醇中,于-20 ℃保存备用,利用光学显微镜(Leica-S8APO)基于形态学特征对样本进行物种鉴定。

1.2 DNA提取和扩增

取单头虫体,使用组织/细胞DNA快速提取试剂盒(北京天根生化科技有限公司),按说明书步骤进行提取,DNA于-20 ℃条件下保存备用。PCR正向引物为LepF:ATT CAA CCA ATC ATA AAG ATA TNG G;反向引物为LepR:TAW ACT TCW GGR TGT CCR AAR AAT CA。扩增体系为30 μl,其中DNA模板2 μl;TaqDNA聚合酶0.4 μl;正、反向引物各0.6 μl;10×Buffer 3 μl;dNTPs 2.4 μl;ddH2O 21 μl。PCR反应条件:95 ℃预变性5 min;95 ℃变性30 s,45 ℃复性50 s,72 ℃延伸60 s,共35个循环;最后72 ℃延伸10 min。

扩增反应结束后,取3 μl PCR产物于琼脂糖凝胶(2%)上,置于电泳槽中电泳(120 V,30 min)检测,电泳缓冲液为1×TAE。同时,电泳过程中选用DNA Marker进行目的基因长度的确认,PCR产物经电泳检测后,送北京六合华大基因科技有限公司进行纯化和测序。

1.3 数据分析

所得双向测序结果利用DNAStar 7.1(DNASTAR,Inc. 1996)软件包中的Seqman程序进行序列拼接和编辑,确定序列的方向,然后将这些序列在美国国立生物技术信息中心(NCBI)中进行BLAST同源性比对,以确保所得到的是目标序列。序列在MEGA 5.0软件[10]中进行编辑和比对,并将DNA序列翻译成相应的氨基酸序列,以检查序列内是否有终止密码子的存在。

基于K2P模型(Kimura-2-parameter distance)在MEGA 5.0软件计算遗传距离,构建邻接树(Neighbour-Joining,NJ),并对各分支节点进行Bootstrap检验(检测1 000次,每次检测随机加样重复100次)。

2 结果 2.1 形态特征

基于形态特征,根据《中国重要医学昆虫分类与鉴别》[1]的描述,本研究中臭虫样品的前胸背板宽约为长的1/2,初步鉴定为温带臭虫(图 1)。

注:A.雌虫(背面观)(female,dorsal view);B.前胸背板(pronotum);C.雌虫尾器(正面观)(female terminalia,front view);D.雄虫尾器(正面观)(male terminalia,front view);E.雄虫(背面观)(male,back) 图 1 温带臭虫形态结构 Figure 1 Morphological character of Cimex lectularius
2.2 序列信息和遗传距离

本研究分别测得雌、雄臭虫COⅠ序列各2条,拼接后的序列长度为650~679 bp。为计算种内和种间遗传距离,自GenBank下载温带臭虫COⅠ序列11条,热带臭虫COⅠ序列4条。最终用于遗传分析的序列数为19条,长度为640 bp。

基于K2P模型分别计算种内和种间遗传距离,结果表明,温带臭虫的种内遗传距离介于0~1.3%,热带臭虫的种内遗传距离为0~0.2%。2种臭虫的种间遗传距离为26.4%~28.0%。

本研究中有待确定的4条COⅠ序列与温带臭虫间的遗传距离为0~1.3%,与热带臭虫的遗传距离为27.6%~28.0%(表 1)。

表 1 温带臭虫和热带臭虫基于K2P的遗传距离 Table 1 Genetic distances of Cimex lectularius and C. hemipterus based on Kimura 2-parameter model
2.3 系统发育分析

联合利用NJ法和K2P模型构建的温带臭虫和热带臭虫COⅠ序列的系统发育关系显示,2种臭虫的序列各自聚成一支,支持率为100%(图 2)。本研究中获得的4条COⅠ序列与NCBI下载的KJ937989聚成一支(96.0%)。

图 2 基于COⅠ的邻接树 Figure 2 Neighbour-Joining constructed based on mitochondrial gene COⅠ
3 讨论

DNA条形码技术基于遗传距离的差异区分物种,98.0%物种的种内遗传距离差异为0~2.0%,种间遗传距离差异平均可达11.3%[11]。本研究中臭虫样品与温带臭虫的遗传距离为0~1.3%,与热带臭虫的遗传距离为27.6%~28.0%,种内遗传距离和种间遗传距离的条形码间隙较为明显,符合DNA条形码有效性的检验标准,说明本研究的样品为温带臭虫,系统树分析的结果也支持这一结论。DNA条形码的推广和应用,为非专业分类人员快速准确鉴定媒介生物提供了极大帮助。

臭虫通常是群居生活,一般在狭窄的缝隙中栖息,多见于床板、褥垫褶缝及卫生条件较差的交通工具中。在全世界均有出现,主要分布于温带和热带地区。臭虫的主要危害是骚扰、吸血,被叮咬后可导致皮肤红肿发炎。此外,臭虫行动敏捷,不易捕捉,白天藏匿,夜晚活动吸血,严重影响人的睡眠,引发焦虑和失眠。虽然还未发现臭虫可以作为病原体的传播媒介,但相关研究已在臭虫体内检测到多种病原体,如五日热巴尔通体(Bartonella quintana)等[12]

臭虫主动扩散的距离很短,仅为几米到几十米[13],长距离扩散主要靠被动传播。被动传播的方式多种多样,可以借助于货物运输,也可以随行李物品的转移而扩散。目前,臭虫在全球不同地区重新出现的主要原因被认为是臭虫种群随人类迁移长距离扩散到其他地区[14]

常用的防制方法仍以化学杀虫剂为主,优点是见效快、作用面积大;但由于长期大量使用,不仅要面临药物残留的困扰,臭虫的抗药性也在逐渐增强[15],因此非化学的防治方法应作为首选。结合臭虫的生活习性,居民可以通过经常暴晒或烫洗床上用品、定期更换或清理床垫等方式减少臭虫的藏匿场所。积极开展科普宣传工作,确保当地居民了解并学会臭虫的危害和防制方法,进而做好臭虫的防治工作。此外,对于公共场所、学校、医院等单位,相关部门应加强监测工作,长期坚持,并结合相应的消杀计划,定期进行统一消杀处理。

参考文献
[1]
陆宝麟, 吴厚永. 中国重要医学昆虫分类与鉴别[M]. 郑州: 河南科学技术出版社, 2003: 618-619.
[2]
李朝品. 医学节肢动物学[M]. 北京: 人民卫生出版社, 2009: 752-755.
[3]
Goddard J, deShazo R. Bed bugs (Cimex lectularius) and clinical consequences of their bites[J]. JAMA, 2009, 301(13): 1358-1366. DOI:10.1001/jama.2009.405
[4]
Potter MF. The history of bed bug management-with lessons from the past[J]. Am Entomol, 2011, 57(1): 14-25. DOI:10.1093/ae/57.1.14
[5]
Kilpinen O, Jensen KMV, Kristensen M. Bed bug problems in Denmark, with a European perspective[C]//Robinson WH, Bajomi D. Proceedings of the Sixth International Conference on Urban Pests. Budapest, Hungary: International Conference on Urban Pests, 2008: 395-399.
[6]
许荣满. 臭虫危害的复燃和防治[J]. 中华卫生杀虫药械, 2010, 16(5): 398-399.
[7]
薄景信, 朱世营, 杨晨光, 等. 一艘入境船舶携带臭虫的调查及处置[J]. 中国媒介生物学及控制杂志, 2013, 24(5): 462-463, 466. DOI:10.11853/j.issn.1003.4692.2013.05.025
[8]
王秀云, 贺洪国, 张淑群, 等. 一起臭虫叮咬人事件调查[J]. 中国媒介生物学及控制杂志, 2014, 25(4): 372. DOI:10.11853/j.issn.1003.4692.2014.04.026
[9]
李兴文, 马涛, 王蓬, 等. 深圳地区臭虫侵害调查研究[J]. 中华卫生杀虫药械, 2013, 19(3): 236-238, 241.
[10]
Tamura K, Dudley J, Nei M, et al. MEGA4:molecular evolutionary genetics analysis (MEGA) software version 4.0[J]. Mol Biol Evol, 2007, 24(8): 1596-1599. DOI:10.1093/molbev/msm092
[11]
Hebert PDN, Cywinska A, Ball SL, et al. Biological identifications through DNA barcodes[J]. Proc R Soc Lond B Biol Sci, 2003, 270(1512): 313-321. DOI:10.1098/rspb.2002.2218
[12]
Angelakis E, Socolovschi C, Raoult D. Bartonella quintana in Cimex hemipterus, Rwanda[J]. Am J Trop Med Hyg, 2013, 89(5): 986-987. DOI:10.4269/ajtmh.13-0182
[13]
Cooper R, Wang CL, Singh N. Mark-release-recapture reveals extensive movement of bed bugs (Cimex lectularius L.) within and between apartments[J]. PLoS One, 2015, 10(9): e0136462. DOI:10.1371/journal.pone.0136462
[14]
Saenz VL, Booth W, Schal C, et al. Genetic analysis of bed bug populations reveals small propagule size within individual infestations but high genetic diversity across infestations from the eastern United States[J]. J Med Entomol, 2012, 49(4): 865-875. DOI:10.1603/ME11202
[15]
Singh N, Wang CL, Wang DS, et al. Comparative efficacy of selected dust insecticides for controlling Cimex lectularius (Hemiptera:Cimicidae)[J]. J Econ Entomol, 2016, 109(4): 1819-1826. DOI:10.1093/jee/tow129