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宁夏野生岩羊PPRV全基因组测定与系统进化分析.pdf

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1、 Chinese Journal of Wildlife 2023,44(3):556-564Chinese Journal of Wildlifehttp:/宁夏野生岩羊PPRV全基因组测定与系统进化分析阚龙飞1,2,孟宪踊1,2,闫飞虎2,李元果2,王铁成2,徐钰3,初冬3,王卫东4,李岳城4,赵永坤2,高玉伟1,2,冯娜1,2*,夏咸柱1,2*(1.吉林农业大学动物医学院,长春,130118;2.中国农业科学院长春兽医研究所,吉林省人兽共患病预防与控制重点实验室,长春,130122;3.国家林业和草原局生物灾害防控中心,沈阳,110034;4.宁夏回族自治区森林病虫防治检疫总站,银川,7

2、50001)摘 要为探究宁夏野生岩羊(Pseudois nayaur)小反刍兽疫病毒(Peste des petits ruminants virus,PPRV)的分子遗传特征,根据GenBank公布的PPRV基因组序列设计并合成13对全基因组扩增引物,通过RT-PCR和DNA测序及拼接获取毒株(wild-bharal/China-NXYH/2021株)全基因组序列,借助DNASTAR和MEGA 7.0软件进行序列分析。结果显示:该毒株属于基因系,基因组全长为 15 954 nt;在系统进化上,与2013年以来中国流行株和20162017年蒙古流行株亲缘关系较近,共同组成一个小的进化分支;在全

3、基因组一致性分析中,与国内新疆流行株goat/China-XJYL/2013一致性最高(99.4%),与国内其他野生动物PPRV株wild-bharal/China-Tibet/2008、Ibex/China-XJBZ/2015 和 Procapra-przewalskii/China-GS/2018 的 一 致 性 分 别 为 96.8%、98.8%和99.0%。在H和F蛋白氨基酸多态性分析中,发现该毒株H和F蛋白中均出现了独特的氨基酸突变,分别为 H 蛋白的 R285Q、S421R 和 F 蛋白的 R/K/T3W、Q305R。结果表明,小反刍兽疫病毒已传入宁夏野生动物种群,为我国小反刍兽疫

4、根除工作带来新的困难和挑战,需加强对宁夏野生动物PPRV感染情况的追踪和监测,以便及时从传染源和传播途径方面阻断PPRV的传播。稿件运行过程收稿日期:2022-12-07修回日期:2022-12-20关键词:小反刍兽疫病毒;野生岩羊;宁夏;全基因组测定;系统进化分析Key words:PPRV;Wild bharal(Pseudois nayaur);Ningxia;Whole genome sequencing;Phylogenetic analysis中图分类号:S852.65文献标识码:A文章编号:2310-1490(2023)-03-0556-09DOI:10.12375/ysdwxb

5、.20230310基金项目:国家林业和草原局疫源疫病监测项目(2020076007)第一作者简介:阚龙飞,男,26岁,硕士研究生;主要从事分子病毒学研究。E-mail:*通信作者:冯娜,E-mail:;夏咸柱,E-mail:阚龙飞等:宁夏野生岩羊PPRV全基因组测定与系统进化分析第3期Whole Genome Determination and Phylogenetic Analysis of PPRV Isolated from Wild Bharal in NingxiaKAN Longfei1,2,MENG Xianyong1,2,YAN Feihu2,LI Yuanguo2,WANG

6、Tiecheng2,XU Yu3,CHU Dong3,WANG Weidong4,LI Yuecheng4,ZHAO Yongkun2,GAO Yuwei1,2,FENG Na1,2*,XIA Xianzhu1,2*(1.College of Animal Medicine,Jilin Agricultural University,Changchun,130118,China;2.Changchun Veterinary Research Institute,Chinese Academy of Agriculture Sciences,Key Laboratory of Zoonosis

7、Prevention and Control of Jilin Province,Changchun,130122,China;3.Biological Disaster Prevention and Control Center of the National Forestry and Grassland Administration,Shenyang,110034,China;4.Ningxia Hui Autonomous Region Forest Disease and Insect Control and Quarantine Station,Yinchuan,750001,Chi

8、na)Abstract:In order to explore the molecular genetic characteristics of peste des petits ruminants virus(PPRV)isolated from wild bharal(Pseudois nayaur)in Ningxia,13 pairs of whole genome amplification primers were designed and synthesized according to the PPRV genome sequence published on GenBank.

9、The whole genome sequence of the virus strain(wild-bharal/China-NXYH/2021 strain)was obtained through RT-PCR,DNA sequencing and splicing,and its sequence was analyzed with DNASTAR and MEGA 7.0 software.The results showed that the strain belonged to gene IV strain,with a total genome length of 15,954

10、 nt.In terms of phylogenetic evolution,it was close to the Chinese epidemic strains since 2013 and the Mongolian epidemic strains from 2016 to 2017,forming a small evolutionary branch.In the genome wide identity analysis,the highest identity(99.4%)was found with the domestic Xinjiang epidemic strain

11、 goat/China-XJYL/2013,and 96.8%,98.8%and 99.0%with other domestic wild animal PPRV strains wild-bharal/China-Tibet/2008,Ibex/China-XJBZ/2015 and Procapra-przewalskii/China-GS/2018,respectively.In the analysis of amino acid polymorphism of H and F proteins,unique amino acid mutations were found in bo

12、th H and F proteins of the strain,namely R285Q and S421R of H protein and R/K/T3W and Q305R of F protein.The results showed that the peste des petits ruminants virus had been introduced into the wildlife population of Ningxia,bringing new difficulties and challenges to the eradication of peste des p

13、etits ruminants in China.The results suggest that it is necessary to strengthen the tracking and monitoring of PPRV infection of wild animals in Ningxia,so as to timely block the transmission of PPRV from the source of infection and transmission routes.小反刍兽疫(peste des petits ruminants,PPR)是由副黏病毒科(Pa

14、ramyxoviridae)麻疹病毒属(Morbillivirus)的小反刍兽疫病毒(Peste des petits ruminants virus,PPRV)引起的一种急性、高度传染性和致死性疾病1;天然宿主为山羊和绵羊,此外还可能感染多种野生动物;临床症状包括发热、眼鼻有脓性黏液分泌物、坏死性和糜烂性口腔炎、胃肠炎、腹泻和支气管肺炎2。PPRV为单股负链RNA病毒,只有1个血清型;基因组包含6个基因,依次为3-N-P-M-F-H-L-5,对应编码6种结构蛋白,分别为核衣壳蛋白(N)、磷蛋白(P)、基质蛋白(M)、融合蛋白(F)、血凝素蛋白(H)和大蛋白(L),此外P基因还编码2种非结构蛋

15、白 C、V3。根据 N 或 F 基因序列系统进化分析,PPRV可分为4个谱系(),其中、系主要流行于非洲,系主要流行于亚洲,我国流行的也是谱系34。2007 年 7 月,我国西藏阿里地区首次报道了PPR疫情,同年在西藏革吉、日土、札达和改则4县也出现了该疫情,并于2008年6月和2010年5月在西藏尼玛县和日土县两度暴发5。2013年11月,新557野 生 动 物 学 报第44卷疆伊犁出现PPR疫情,同年在新疆阿克苏、哈密和巴音郭楞相继出现PPR疫情,并在2014年上半年迅速蔓延至中国大部分地区,包括甘肃、内蒙古和宁夏等22个省、直辖市和自治区6。随着小反刍兽疫强制免疫计划在全国的大范围实施,

16、近年来我国家羊的PPR呈现零星散发状态。PPRV除了在家畜中流行以外,在野生动物中也多次被发现,如 20072008年,西藏日土县和革吉县两地相继报道了野生岩羊(Pseudois nayaur)感染PPRV病例7;20132016年,新疆鄯善、博乐、乌鲁木齐、巴里坤和库车的野生北山羊(Capra ibex sibirica)、盘羊(Ovis ammon)和鹅喉羚(Gazella subgutturosa)种群中也曾出现过感染PPRV病例8;20172018年,青海海北州刚察县、新疆阿克苏地区和甘肃省西部分别发现少量野生岩羊、野生北山羊和普氏原羚(Procapra przewalskii)死于P

17、PRV感染911;2021年12月,青海省都兰县和西藏拉萨市两地分别发现 34只和 58只野生岩羊死于 PPRV感染12。这些野生动物中PPRV的持续存在,不但威胁着包括濒危物种在内的多种野生动物生命安全,还会阻碍PPR全球根除计划的完成。因此,除了要严格执行国家制定的小反刍兽疫强制免疫计划外,还应该继续监测野生动物中PPRV的感染情况,以便及时采取有效的防控措施。本研究对 wild-bharal/China-NXYH/2021 株进行了全基因组测定和系统进化分析,旨在明确其所属的基因谱系以及与国内外 PPRV 流行株的亲缘关系。研究结果可以为野生动物PPR流行病学特点和PPRV分子生物学特征

18、提供参考依据。1材料与方法1.1病料样品2021年1月,宁夏岩画发现1只疑似被PPRV感染的野生岩羊,该岩羊的脾、肺组织样品被置于干冰泡沫箱内运送至中国农业科学院长春兽医研究所。1.2方法1.2.1引物设计与合成根据 GenBank 公布的 PPRV 基因组序列,设计13对全基因组扩增引物(表1),由吉林省库美生物科技有限公司合成。表113对PPRV全基因组扩增引物Tab.1 13 pairs of whole genome amplification primers for PPRV序号Order number12345678910111213引物序列(53)Primer sequence(

19、53)1F:ACCAAACAAAGTTGGGTAAGGATAG1R:TGACAAGCCTGTCGAGCAGTC2F:TCCCGATTCCCGGAGACTC2R:TGATGGTCTGGAGTGCTTGAC3F:TGACGACAGCGATGTGGACTC3R:TGGCAGTTGACCTACCAACCC4F:CATCCGCTCCATAATCAAGTC4R:GACAGCTTGGATTTTGACTATTC5F:CAGTCAACCTAGTCCCGCTT5R:GATGATGAGTAGGGTGTGCT6F:CCCTCCAAACCAAAGGAATCACC6R:CAGTGAATCTGACACGCAACAACAT7

20、F:CCATGCGCAAACATCATGAC7R:TCTATCAGGGTTGAGGAATTTAATC8F:TGCTTGGAGTCCTGCTGGTAA8R:GATGAGCGACTCGTGTCATAG9F:TGGTCATATTGCCGACGATGG9R:ATGAAAAAATCTCCCCAGTTAGATG10F:TCGTTGGCTTATCTTCAACTTCAGG10R:GTTGTTGATCCGACATAAGGTACAC11F:AAACGGGCTCAAGTCACTACG11R:GGTTGTTTAAAGTCGACGTCTG12F:ACCATATACTGGCTAAGTCTACA12R:TCGAGAGTGA

21、ACAACCATTCT13F:AGACGGCCTTATGAGCTCTAC13R:ACCAGACAAAGCTGGGAATAG退火温度/Annealing temperature56576053545953565457555355产物长度/bpProduct length2762 2621 4441 1671 0178292 2021 5341 4762 7921 5672 194503558阚龙飞等:宁夏野生岩羊PPRV全基因组测定与系统进化分析第3期1.2.2病毒RNA提取和RT-PCR将组织样品研磨后,4、9 000 g,离心5 min,吸取适量上清按病毒RNA提取试剂盒(天根生化科技(北京

22、)有限公司)说明书提取总RNA。配制50 L反转录体系:28 L RNA,10 L AMV Buffer(5),4 L AMV反转录酶,5 L dNTP(10 mmol/mL),1 L Random primer(N9),1 L Oligo(dT)primer,1 L RRI(反转录所用试剂均购自TaKaRa公司)。反应条件:30 反应10 min,使Random primer(N9)达到足够长度;42 反转录1 h;95 反应5 min,灭活AMV反转录酶。使用13对PPRV全基因组扩增引物分别对反转 录 产 物 进 行 PCR,50 L PCR 体 系 包 含 4 L cDNA,25 L

23、高 保 真 酶 2Phanta Max Master Mix(Dye Plus)(南京诺唯赞生物科技股份有限公司),上、下游引物各 2 L,17 L RNase Free ddH2O。反应程序:95 预变性3 min;35个循环(95 变性15 s;退火温度见表1,退火15 s;72 延伸时间=1 min/kb(表 1 中对应片段长度/1 000)kb=0.53.0 min);72 终延伸5 min。1.2.3全基因组序列测定和拼接PCR产物经1%琼脂糖凝胶电泳后,按照Eastep凝胶及PCR回收试剂盒(上海普洛麦格生物产品有限公司)说明书进行胶回收,回收产物送至吉林省库美生物科技有限公司测序

24、,参考 GenBank 公布的PPRV基因组序列,使用DNASTAR Lasergene v7.1.0的SeqMan Pro软件拼接测序结果,最后获得该PPRV株全基因组序列,并将其命名为 wild-bharal/China-NXYH/2021株。1.2.4系统进化分析和序列一致性分析从 GenBank 分别下载不同基因型、宿主、国家(地区)和时间的PPRV参考株N基因和全基因组序列,随后将序列导入 MEGA 7.0 软件中,各毒株按“宿主/国家(地区)/时间”格式命名(表 2),使用ClustalW方法进行多序列比对;通过maximum likelihood法建立系统进化树,Bootstra

25、p method设为1 000次重复,Model/Method设为Kimura 2-parameter model。打 开 DNASTAR Lasergene v7.1.0 的 MegAlign软 件,使 用 ClustalW 方 法 比 对 wild-bharal/China-NXYH/2021株和PPRV参考株的核苷酸序列或氨基酸序列,比对结束后点击View菜单栏下的Sequence Distances。2结果2.1PCR扩增结果提取的总RNA经过RT-PCR、1%琼脂糖凝胶电泳(图1)和胶回收后,获得了13个大小符合预期的基因片段。2.2wild-bharal/China-NXYH/20

26、21株全基因组序列分析序列拼接结果显示,该毒株的基因组全长为 15 954 nt,与 GenBank 公布的 2013 年以来中国和20162017年蒙古大部分PPRV株全基因组长度一致,与全基因组长度为15 948 nt的20072008年西藏流行株和其他国外流行株的长度不同,多出6 nt。表2PPRV参考株信息Tab.2 Information on PPRV reference strains登录号Accession numberKM091959MF443340KT633939KY888168MZ061720MZ061722MN121838JX217850HQ197753毒株名称Name

27、 of virus straingoat/China-XJYL/2013sheep/China-NX/2014Ibex/China-XJBZ/2015goat/Mongolia/2016Saiga-tatarica/Mongolia/2017Goitered-gazelle/Mongolia/2017Procapra-przewalskii/China-GS/2018wild-bharal/China-Tibet/2008goat/Nigeria/1975(i.e.Nigeria 75/1 Vaccine strain)登录号Accession numberFJ905304KR261605MG

28、581412KU236379KP789375EU267273MZ322753MK686066KJ867542毒株名称Name of virus straingoat/China-Tibet/2007goat/India/2014goat/Bangladesh/2008goat/Liberia/2015goat/Senegal/1969goat/Ivory-Coast/1989goat/Tanzania/2018goat/Burundi/2017goat/India/1996(i.e.Sungri/96 Vaccine strain)559野 生 动 物 学 报第44卷通过全基因组序列比对,发现

29、wild-bharal/China-NXYH/2021、goat/China-XJYL/2013、sheep/China-NX/2014、Ibex/China-XJBZ/2015、goat/Mongolia/2016、Saiga-tatarica/Mongolia/2017、Goitered-gazelle/Mongolia/2017 和 Procapra-przewalskii/China-GS/2018 毒 株在 5 2175 222 位插入了 6 个核苷酸(TCCCTC 或TCTCCC,图2中红色方框内)。2.3wild-bharal/China-NXYH/2021株与参考株一致性比较w

30、ild-bharal/China-NXYH/2021株与参考株的全基因组一致性为 86.5%99.4%,其中与 goat/Burundi/2017株一致性最低(86.5%),与goat/China-XJYL/2013株一致性最高(99.4%);与国内其他野生动物PPRV株wild-bharal/China-Tibet/2008、Ibex/China-XJBZ/2015和Procapra-przewalskii/China-GS/2018的一致性分别为96.8%、98.8%和99.0%(图3)。比较 wild-bharal/China-NXYH/2021 株与国内野生动物PPRV株、疫苗株(Ni

31、geria 75/1株和Sungri/96株)的基因及蛋白一致性可知,N、P、M、F、H和L基因 一 致 性 分 别 为 93.2%99.0%、92.6%99.5%、93.4%99.1%、92.6%99.3%、91.2%99.2%和93.6%99.3%;在氨基酸水平上,M蛋白保守性最高(97.3%100.0%),P 蛋 白 保 守 性 最 低(90.2%98.8%);wild-bharal/China-NXYH/2021 株与 2 个疫苗株 Nigeria 75/1 和 Sungri/96 的 H 蛋白一致性分别为 92.6%、97.0%,与 F 蛋白一致性分别为 96.2%、98.5%(表3

32、)。2.4wild-bharal/China-NXYH/2021株H和F蛋白中氨基酸的多态性与国内野生动物PPRV株以及其他PPRV参考图1wild-bharal/China-NXYH/2021株PCR产物的电泳结果Fig.1 Electrophoresis results of PCR products of wild-bharal/China-NXYH/2021 strain注:M.DNA 分子质量标准;113.wild-bharal/China-NXYH/2021株第113段的PCR产物Note:M,Trans5K DNA Marker.1-13,PCR products of the

33、1st-13th segments of wild-bharal/China-NXYH/2021 strain图2全基因组序列比对结果Fig.2 Results of whole genome sequence alignment560阚龙飞等:宁夏野生岩羊PPRV全基因组测定与系统进化分析第3期株相比,wild-bharal/China-NXYH/2021株H、F蛋白中存在独特的氨基酸突变,分别为 H 蛋白的 R285Q、S421R和F蛋白的R/K/T3W、Q305R(表4)。2.5N基因和全基因组的系统进化分析分别以wild-bharal/China-NXYH/2021株和PPRV参考株的

34、N基因和全基因组序列为基础,建立系统进化树。系统进化分析结果显示,wild-bharal/China-NXYH/2021株属于基因系,与2013年以来中国流行株和20162017年蒙古流行株亲缘关系较近,共同组成一个小的进化分支(图4,图5)。3讨论小反刍兽疫病毒分子遗传特征显示,wild-bharal/China-NXYH/2021株F基因的5UTR内5 217图3全基因组一致性分析结果Fig.3 Whole genome identity analysis results表3wild-bharal/China-NXYH/2021株与国内野生动物PPRV株、疫苗株的基因及蛋白一致性Tab.3

35、 Gene and protein identity between wild-bharal/China-NXYH/2021 strain and domestic wild animal PPRV strains and vaccine strains分类Classify基因一致性(%)Gene identity蛋白一致性(%)Protein identityNPMFHLNPMFHLwild-bharal/China-Tibet/200897.696.997.497.397.497.797.995.599.798.498.098.5Ibex/China-XJBZ/201599.099.598

36、.398.099.199.398.998.899.198.299.399.5Procapra-przewalskii/China-GS/201899.099.299.199.399.299.299.298.8100.099.599.299.6goat/Nigeria/1975(Nigeria 75/1)93.292.693.492.691.293.694.590.297.396.292.697.3goat/India/1996(Sungri/96)97.397.797.697.796.897.897.596.998.598.597.098.7561野 生 动 物 学 报第44卷表4wild-b

37、haral/China-NXYH/2021株H和F蛋白中氨基酸的多态性Tab.4 Polymorphism of amino acids in H and F proteins of wild-bharal/China-NXYH/2021 strain蛋白分类Protein classifyHF氨基酸位置AA position1622854214555903109205206305wild-bharal/China-NXYH/2021SQRATWFYYRwild-bharal/China-Tibet/2008SRSATRFYYQIbex/China-XJBZ/2015SRSTTRLFHQPro

38、capra-przewalskii/China-GS/2018LRSAIRFYYQ其他PPRV参考株Other PPRV reference strainsSRSATR/K/TFYYQ注:加粗字母表示wild-bharal/China-NXYH/2021株与国内野生动物PPRV株以及其他PPRV参考株相比突变的氨基酸残基Note:The bold letters represent the mutated amino acid residues of wild-bharal/China-NXYH/2021 strain compared with domestic wild animal PP

39、RV strains and other PPRV reference strains图4基于N基因的系统进化分析结果Fig.4 Results of phylogenetic analysis based on N gene注:“”本研究获取的PPRV株;“”商品化疫苗株(goat/Nigeria/1975即Nigeria 75/1,goat/India/1996即Sungri/96)。下同Note:“”PPRV strain obtained in this study;“”Commercialized vaccine strains(goat/Nigeria/1975 i.e.Niger

40、ia 75/1,goat/India/1996 i.e.Sungri/96).The same as below562阚龙飞等:宁夏野生岩羊PPRV全基因组测定与系统进化分析第3期5 222位存在 6个核苷酸(TCCCTC)插入,这使基因组全长变为15 954 nt。这种因F基因5UTR内插入6个核苷酸而改变基因组全长的特征,普遍存在于2013 年 以 来 中 国 和 蒙 古 的 PPRV 基 因 组 中13。PPRV F 基 因 5UTR 可 以 通 过 提 高 翻 译 效 率 和mRNA稳定性来增强F基因的翻译14,但此处插入 6个核苷酸对原有功能的影响目前尚不清楚,需要进一步研究。wil

41、d-bharal/China-NXYH/2021 株与 2 个疫苗株Nigeria 75/1、Sungri/96 的 H 蛋 白 一 致 性 分 别 为92.6%、97.0%,与F蛋白一致性分别为96.2%、98.5%。H和F蛋白是PPRV主要的抗原蛋白,H蛋白包含较多中和抗体表位和少数T细胞表位,主要诱导中和抗体的表达,F蛋白包含许多T细胞表位,主要诱导特异性抗体表达15。有研究指出,商品化PPR疫苗(Nigeria 75/1株或 Sungri/96株)对 4种谱系的 PPRV都可以提供完全的临床保护16。我国使用的是Nigeria 75/1株弱毒活疫苗,经过多年坚持对家羊小反刍兽疫进行强制

42、免疫,已经基本控制了家羊的PPR疫情,并完成了多个免疫无疫区建设。而对于野生动物小反刍兽疫的预防,目前尚无合适的商品化疫苗。因此,野生动物中小反刍兽疫流行情况的及时监测预警对PPR的防控仍然至关重要。PPRV的H和F蛋白还是决定细胞和宿主嗜性的关键性蛋白,H蛋白分别与宿主免疫细胞和上皮细胞上的麻疹病毒受体SLAM和nectin-4结合,而F蛋白介导随后的膜融合,以便病毒进入细胞13。由H 和 F 蛋白的氨基酸多态性分析可知,wild-bharal/China-NXYH/2021株的H和F蛋白中存在独特的氨基酸突变,分别为H蛋白的R285Q、S421R和F蛋白的R/K/T3W、Q305R。该毒株

43、H和F蛋白中这些氨基酸的突变可能是为了更好地适应野生动物宿主。更多野生动物PPRV株基因组数据的测定和进一步分析,有利于评估以上突变是否具有宿主物种特异性。近年来,PPRV 感染野生动物事件曾被多次报道,其中20162017年蒙古东部PPRV感染事件后果最为严重,导致赛加羚羊(Saiga tatarica mongolica)、北山羊和鹅喉羚等野生动物死亡总数超过5 000只,图5基于全基因组的系统进化分析结果Fig.5 Whole genome phylogenetic analysis results563野 生 动 物 学 报第44卷使得赛加羚羊数量减少了80%13,17;2007202

44、1年,在我国西藏、新疆、青海和甘肃等地野生岩羊、北山羊、盘羊、鹅喉羚和普氏原羚等种群中也曾出现过PPRV 感染致死的报道712。这些野生动物感染病例警示了PPRV广泛存在于多种野生动物中。尽管目前国内报道的野生动物感染PPRV的致死数量较少,但由于野生动物活动范围较大,发病后不易被发现,对其他野生动物和家养小反刍动物的生命安全可能构成潜在威胁。因此,加强野生动物小反刍兽疫流行情况的监测,全面掌握国内野生动物小反刍兽疫流行动态和病毒变异情况,对小反刍兽疫的防控具有重要意义,可为PPRV的多宿主感染和溯源研究提供参考依据。参考文献:1 KUMAR N,MAHERCHANDANI S,KASHYAP

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