[doc] 口蹄疫病毒3D蛋白在T4噬菌体衣壳表面的展示
口蹄疫病毒3D蛋白在T4噬菌体衣壳表面
的展示
农业生物技术JournalofAgriculturalBiotechnology2008.16(2):190~195
口蹄疫病毒3D蛋白在T4噬菌体衣壳表面的展示木
?
研究
?
覃健萍,徐维加3陈峰,马静云,谢青梅-,姚兵华-,曹永长-料,毕英佐-
(1.华南农业大学动物科学学院,广州510640;2.广东温氏食品集团有限公司,新兴527439;
3.云南出入境检验检疫局,昆明650228)
摘要:通过PCR技术获得3D基因,使用拼接重叠延伸聚合酶链反应对3D基因内部的EcoRI位点进行定点突变,将突
变后的3D基因克隆至原核表达质粒pSOC和T4噬菌体的穿梭质粒pR中,通过PCR及质粒酶切鉴定,分别获得阳性重组子
pSOC-3D和pR-3D.将含有3D基因的重组质粒pSOC-3D转化大肠杆菌(Eschenehiacoli)BL21进行表达,SDS.PAGE检测表
达产物.将含有3D基因的重组质粒pR-3D转化T4噬菌体的宿主菌E2,通过同源重组获得重组噬菌体T4.3D,经SDS.PAGE
及Westernblot检测,证明展示在T4噬菌体表面的3D融合蛋白能与口蹄疫病毒(FMDV)感染血清发生特异性反应.
关键词:口蹄疫病毒;非结构蛋白3D;T4噬菌体展示.
中图分类号:S188文献标识码:A文章编
号:l006.1304(2008)02-0190.06
DisplayofNonstructuralProtein3DofFoot-and-mouthdiseaseviruson
CapsidSurfaceofT4Bacteriophage
QJian-ping,XUWei-jia3,CHENFeng一,MAJing?yun,XIEQing-mei,
YAOBing-hua,CAOYong-chang,BIYing-ZUO
(1.AnhnalScienceCollege.SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China;2.Gu~gdongWen’sFoodstuffsGroup
LimitedCompany,Xinxing527439,China;3.YunnanEntryExitInspectionandQua
PCR.Themutated3DgenewasinsertedintothepSOCexpressionplasmidandtheT4bacteriophagerecombinantintegration
plasmidspRtoobtaintherecombinantplasmidspSOC-3DandpR-3D.Therecombinantplasmidswereselectedandconfirmedby
PCRscreeningandEcoRIrestrictionendonucleasedigestion.TheexpressionplasmidpSOC一3DwasusedtotransformEscherichia
coliBL21andtheexpressionproductwasanalyzedbySDS—PAGE.Resultss
howedthattherecombinantintegrationplasmidpR一3D
WastransinfectedintoE.coliE2straintoobtaintherecombinantphagesT4—
3D,andtheproteinbandscouldbedetectedby
SDS-PAGEandreactedspecificallytoserumfromFMDV—infectedanimal
s.
K盯w嘶I|:Foot-and—mouthdiseasevirus;nonstructuralprotein3D;T4bacteriophage
display
口蹄疫(Foot—and.mouthdisease,FMD)是由口
蹄疫病毒(F0ot.and-mouthdiseasevirus,FMDV)感
染所引起的偶蹄动物共患的一种急性,热性和高度
接触睦传染病,患病动物的口,舌,唇,蹄和乳房等部
位发生水泡,破溃并形成烂斑,发病率几乎达
100%,对畜牧业生产和发展造成巨大的危害,被世
界动物卫生组织(0IE)列为A类家畜传染病之首.
FMDV的3D蛋白又称病毒感染相关抗原
(VIAA),是基因组复制的产物之一,在FMDV不同
血清型和亚型中高度保守(Alonsoeta1.,1988).在非
结构蛋白中3D免疫原性最好,检测到3D抗体说明
该物质已接触过FMDV抗原(DeDiegoeta1.,1997;
Bergmarmeta1.,2000),因此,在检测中具有广泛的
应用前景.一些学者(Villingereta1.,1989;Mackayet
基金项目:广东省重大科技专项(No.2004A2090102)资助.
通讯作者.Authorforcorrespondence.毕英佐,研究员,主要从事动物传染病和营养与免疫方面的研究,E—mail:<yzbi@scau.edu.cn>:
曹永长,博士,教授,主要从事动物分子病毒学与动物病毒免疫学研
究,E—mail:<caoych@mail.sysu.edu.ell>.
收稿日期:2007—05—10接收Et期:2007.09—03
第2期覃健萍等:口蹄疫病毒3D蛋白在T4噬菌体衣壳表面的展示!!
a1..1998a,b)对融合表达的3D蛋白作为诊断抗原时
发现在ELISA中假阳性率非常高,也就是疫苗免疫
动物体内也存在3D抗体,所以3D蛋白在鉴别诊断
中的作用受到了很大的限制.Bergmanneta1.(2000)
对一组NSP2C,3A,3B,3ABC和3ABC进行研究
发现,除了2C蛋白外,其它几种NSP都可以
I-ELISA
区别感染动物和免疫动物.为了对3D
进行进一步研究和应用,本实验通过T4噬菌体衣
壳表面展示系统表达3D蛋白,为建立口蹄疫3D蛋
白鉴别感染动物,免疫动物诊断ELISA方法和3D
蛋白结构和功能的研究提供基础资料.
1
和方法
1.1质粒和菌种
重组质粒T.3D.L1由本实验室构建和保存.
pSOC质粒,pR穿梭质粒和T4噬菌体,T4.z1(SOC
基因缺失的突变型T4噬菌体,为溶菌酶依赖性病
毒株)由美籍华人任兆钧博士惠赠,本实验室保存
(Caoeta1.,2005).大肠杆菌(Escheriachiacoli)
BL-21(DE3),E2和DH5均由本实验室保存.
1.2主要试剂
ExTaqDNA聚合酶和E.Z.N.APlasmid
MiniprepsKit购自大连宝生物工程公司;限制性内
切酶NdeI,EcoRI,小牛碱性磷酸酶(CL),T
DNA连接酶及相应缓冲液均为TaKaRa产品;高保
真KODDNAPolymeraseT酶购自广州美津公司;豚
鼠FMD感染阳性血清和阴性血清由农业部兽医诊
断中心惠赠;山羊抗豚鼠IgG.HRP购自广州华美公
司.
1.3引物的
与合成
根据pSOC质粒和pR穿梭质粒的克隆位点合
成引物T4.3D1/T4.3D2用于扩增3D基因片段,该
引物理论跨幅为1410bp,包含整个3D基因序列,
在上下游引物的5’端加上EcoRI酶切位点(下划
线)和保护碱基,在上游引物T4.3D1中加入碱基T
以维持正确的阅读框,在下游引物T4.3D25’端加
上终止密码(波纹线);另外根据T4噬菌体SOC基因
序列设计1条引物,用于检测目的基因插入pSOC
或pR质粒的方向;由于3D基因存在EcoRI酶切
位点,而表达质粒pSOC和噬菌体穿梭质粒pR只
能用EcoRI酶切位点插入外源基因,为了能够准确
把整个3D蛋白展示在T4噬菌体表面,必须将3D
基因EcoRI酶切位点(GAATTC)进行定点突变,为
此,合成1对引物对3D.DTB.UP/3D.DTB.DN;引
物序列如下文所示,委托上海博亚生物有限公司合
成,用高压后的去离子水配成50I~moFL.
T4.3D15’-(jA玎cTGGGT’I’GATCGTCGACACCAGA-3
3D.rB.UP:5’-rrCAACCCTGAGrrCGGGCCTGCT-3’;
3D.DTB.DN:5’-AGCAGGCCCGAACTCAGC~T’I’GAA-3’.
1.43D基因的克隆
用T4.3D1/T4.3D2引物对从T.3D-L1重组质
粒上扩增3D基因片段,100LPCR反应体系的组
成为:10xbuffer10L,dNTPs6L,T-3D-L11L,
T4.3D11L,T4.3D21L,ExqDNA聚合酶1
L,ddH2080ixL;PCR扩增反应在ExpressGradient
PCR仪上进行.PCR扩增产物用1%琼脂糖凝胶(含
0.5~g/mL的溴化乙锭)电泳检测.用VilberLour-
mat凝胶成像系统观察并记录结果.
1.5SOE.PGR对3D基因进行定点突变
使用拼接重叠延伸聚合酶链反应(splicingover-
lapextensionpolymerasechainreaction,SOE-PCR)
对3D基因内部的EcoRI位点进行定点突变,即用
1对含有特定点突变互补引物3D.DTB-UP/3D
.
DTB.DN及相应的上,下游正常引物
T4.3D1/T4.3D2作2轮PCR,即可得到含所需点突
变的3D片段.
第一轮PCR反应:分别执行下列2个反应,反
应体系为100L.反应体系I:10xPCRbuffer10
L,dNTPs6L,MgSO44L,KODDNApoly-
merase1L,T4.3D11L,3j)-DTB.DN1L,模板
(3D)0.5L,ddH2076.5L,扩增条件为:94?预变
性2min;94?变性15S,58?退火30S,68?延伸
2min,29个循环;72?延伸10min,扩增产物取名
为3D.1;反应体系II:10xPCRbuffer10L,dNTPs
6L,MgSO44L,KODDNApolymerase1L,3D
-
DTB-UP1L,T4.31721L,模板(3D)0.5L,
ddH2076.5L,扩增条件与上述相同,扩增产物取
名为3D.2;PCR扩增产物用1%琼脂糖凝胶电泳检
测和纯化,以纯化的PCR产物3D.1和3D.2互为引
物(即含有所需点突变5’端重叠部分产物作为引
物),在高保真KODDNA聚合酶作用下,延伸合成
含有所需点突变的融合3D片段,反应体系为:lOx
PCRbuffer10L,dNTPs6L,MgSO44L,KOD
DNApolymerase1L,3D-DTB-UP1,3D
-
DTB-DN1L,3D-1PCR产物2L,3D.2PCR产
物2L,ddH2064L,扩增条件为:94?预变性3
min,然后94?变性1min,58?退火45S,68?延
伸2min,7个循环;72?延伸10min.再加入以下
农业生物技术2008年
组分:T4?3Dl1L,T4.3D21L,KODDNApoly-
merase1L,dNTPs6L,扩增条件为:94?预变性
2min,然后94?变性15S,68~C2min,30个循环;
72?延伸l0min.PCR扩增产物用1%琼脂糖凝胶
电泳检测.
1.6pSOC.3D和pR.3D重组质粒的构建
将EcoRI消化的3D基因(经过定点突变后的
基因)与EcoRI消化pSOC或pR质粒连接,连接
好的质粒转化DH5a感受态细胞,转化子分别用
T4.3D1/T4.3/Y2和SOC.up/T4.3132两对引物进行
PCR筛选.用两种引物鉴定均为阳性的克隆即为有
3D片段且插入方向正确的转化子.
1.7pSOC.3D质粒在大肠埃希氏菌中的表达
用上述阳性重组质粒pSOC.3D转化E.coli
BL.21(DE3),加入IPTG至终浓度1mmol/L诱导
表达,分别于诱导后1,2,3,4和5h取样检测表达
产物.12000r/min离心1min,细菌沉淀中加入100
LSDS.PAGE上样缓冲液,一8O?反复冻融3次.
取不含外源片段pSOC质粒菌液进行表达,诱导4h
后同样处理,作为对照.
1.8pR.3D质粒在T4噬菌体衣壳表面的展示
用上述阳性重组质粒pR.3D转化E.coliE2,与
溶菌酶依赖性病毒株T4一zl进行同样重组,在没有
溶菌酶的SC平板上筛选噬菌斑,将噬菌斑扩大培
养后使用T4.3D1/T4-3D2和SOC.up/T4.3D2两对
引物进行PCR筛选.取重组噬菌体T4.3D进行扩
大培养,悬液3500r/min离心25min去除残留的细
菌碎片.使用赛多利斯切向流(Vivaflow200)超滤系
统对离心后的重组噬菌体进行浓缩收集.过滤浓缩
后的噬菌体经过蔗糖梯度离心进行提纯,去除浓缩
液中残存的来自宿主菌或培养基中的非噬菌体物
质.将阳性重组噬菌体于一8O?反复冻融3次后进
行SDS.PAGE检测.取不含外源片段野生型T4噬
菌体作为对照.
1.93D表达产物的SDS.PAGE及Westenblot
用SDS.PAGE检测目的蛋白的表达,浓缩胶浓
度为5%,分离胶浓度为12%.Westernblot所用一
抗为豚鼠FMD感染阳性血清和阴性血清,二抗为
山羊抗豚鼠IgG.HRP,DAB显色.
2结果
2.13D基因的扩增
用PCR方法,从质粒T.3D重组质粒上扩增出
3D基因片段,理论跨度为1410bp(图1,A),与预期
结果相符,表明已成功地扩增到3D的DNA片段.
2.23D基因定点突变
以含有所需点突变的互补寡核苷酸引物3D
.
DTB—UP和3D.DTB.DN,分别与上,下游正常引
物T4.3D1和T4.3D2组成两个PCR反应体系,以
双链无突变3DDNA作模板分别作PCR.PCR结果
M123M45M
A,LB
TGTTCAACCCTGAATTCGGGCCTGCT
C
TGTTCAACCCT鱼垒鱼!!CGGCCTGCT
310
盎.320
图1.3D基因的PCR扩增与定点突变
Fig.1.PCRamplificationandpoint.directionmutationof3Dgene
A.3D基因的PCR扩增;B.3D基因第1轮PCR;C.3D基因第2轮
PCR;D.3D基因突变前序列;E.3D基因突变后序列.M,DNA分子量
DL2000;1,3D基因PCR产物;2,3D2PCR产物;3,3D1PCR产物;4和
5,3D基因定点突变产物.
A.PCRamplificationof3Dgene;B.FirstroundPCRamplificationof3Dgene;C.SecondroundPCRamplificationof3Dgene;D.Nucleotide
sequenceof3Dgenebeforemutation;E.Nucleotidesequenceof3Dgeneaftermutation.M,DNAmarkerDL2000;1,PCRamplificationproductof
3Dgene;2.PCRamplificationproductof3D1;3,PCRamplificationproductof3D2;4and5,piontmutationproductof3D.
第2期覃健萍等:口蹄疫病毒3D蛋白在T4噬菌体衣壳表面的展示
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显示,已成功扩增到一大一小的已经定点突变的
PCR产物3D1和3D2(图1,B).以纯化的PCR产物
3D1和3D2互为引物(即含有所需点突变5’端重
叠部分产物作为引物),在高保真DNA聚合酶作用
下,延伸合成含有所需点突变的融合DNA片段.然
后加入3D基因的上下游引物T4.3D1和T4.3D2,
经过30个循环后,得到定点突变的3D基因,长约1
410bp(图1,C).其序列测定结果见图(1,D)和图(1,
E).
2.3pSOC.3D重组子的构建与鉴定
从LA抗性平板上随机挑取6个单菌落,用LA
液体培养基作增菌培养,以此菌液为模板,用两对引
物对T4.3D1/T4.3D2和SOC.up/T4.3D2进行PCR
筛选,其扩增结果如图(2,A和2,B)所示,获得6个
正确的方向插入的阳性转化子.对PCR检测获得的
阳性转化子,用E.Z.N.A.plasmidMinipreps试剂盒
1410—
123456M
抽提质粒.含有3D基因的重组质粒命名为
pSOC.3D.将重组质粒pSOC.3D用EcoRI消化获
得2条带,其中1条为pSOC载体,大小约4800
bp,另1条为3D基因,大小为1410bp;重组质粒
pSOC.3D用NdeI消化获得1条带,大小约6111
bp(图2,C),与预期相符.
2.4pR.3D重组子的构建与鉴定
挑取在LA抗性平板上生长的单菌落,接种于
LA液体培养基,于37?培养8,10h后以菌液为
模板,用PCR方法进行筛选.其中T4.3D1/T4-3D2
引物对用于检测3D与pR连接产物的转化子,获得
大小约1410bp的PCR扩增条带,用
SOC.up/T4.3D2进行PCR检测时获得大小约1659
bp的扩增条带(图3,A和3,B).将正确插入pR整
合质粒的重组子命名为pR-3D.重组质粒pR-3D用
NdeI消化获得l条带,大小约6510bp;pR-3D质
M123456M178M2
2000
1000
750
500
图2.pSOC一3D重组子的PCR筛选和酶切鉴定
Fig.2.PCRscreeningandrestrictionendonucleasedigestionofrecombinant
pSOC一3D
A.用T4—3Dl/T4—3D2引物扩增的3D基因;B.SOC-up/T4—3D2引
物扩增的SOC一3D融合基因的PCR扩增产物;C.重组质粒pSOC一
3D的酶切
鉴定.M,DNA分子量标准;1~6,不同的克隆;7,pSOC一3D的EcoRI
酶切产物;8,pSOC一3D的NdeI酶切产物.
A.PCRamplificationproductof3DgenebyprimerspairT4—3D1/T4—3D2
;B.PCRamplificationproductofSOC一3Dfusiongenebyprimerspair
SOC—up/T4—3D2;C.Restrictionendonucleasedigestionofrecombinant
plasmidpSOC一3D.M,DNAmarker;1---5,sixdifferentclones;7,
plasmid
pSOC一3DdigestedbyEcoRI:8,plasmidpSOC一3DdigestedbyNdeI.
141O_?
12345MM12345
AB
141O
65
5l
M167M2
C
图3.pR一3D重组子的PCR筛选和酶切鉴定
Fig.3.PCRscreeningandrestrictionendonucleasedigestionofrecombinant
pR一3D
A.用T4—3D1/T4—3D2引物扩增的3D基因;B.SOC—up/T4—3D2
引物扩增的SOC3D融合基因的PCR扩增产物;C.重组质粒pR3D的
酶切鉴定.M,DNA分子量标准.l~5,不同的克隆;6,pR一3D的EcoRI
酶切产物;7,pR一3D的NdeI酶切产物.
A.PCRamplificationproductof3DgenebyprimerspairT4—3Dl/T4—3D2.
B.PCRamplificationproductofSOC一3Dfusiongenebyprimerspair
SOC—upff4—3D2.C.Restrictionendonucleasedigestionofrecombinantp
lasmidpSOC一3D.M’DNAmarker;l---5.fivedifferentclones;
6,plasmidpR一3DdigestedbyEcoRI;7,plasmidpR一3DdigestedbyNdeI.
:
农业生物技术2008年
粒用EcoRI于37~C消化3h,用琼脂糖凝胶电泳检
测可见2条带,1条为载体pR,大小约5100bp,另
1条为3D基因片段,大小为1410bp(图3,C),与预
期结果相同.
2.53D基因的诱导表达
经过PCR鉴定和酶切鉴定的重组质粒
pSOC一3D送交上海博亚生物技术公司进行序列测
定,结果表明3D基因按预期设计插入了正确位点,
且读码框正确.经过序列测定的重组质粒pSOC一3D
转化E.coliBL一21(DE3),在LA平板上挑取单菌落
培养,以菌液为模板,用T4—3D1/T4—3D2进行PCR
鉴定,所有转化菌均获得预期大小的扩增片段,将获
得的重组表达菌分别命名为BL—pSOC一3D.取
BL—pSOC一3D接种于LA液体培养基,待细菌浓度达
到)f蜘为0.4,0.5时加入IPTG并使其终浓度达到
1mmol/L,分别于加入IPTG后0,1,2,3和4h取1
mL菌液,用SDS—PAGE检测表达产物,同时以
pSOC质粒转化BL一21(DE3)的诱导表达产物作为
对照.检测结果表明IPTG能很好地诱导SOC一3D
蛋白表达,在加入诱导剂lh后即可在表达菌中检测
融合蛋白,表达的融合蛋白分子量约63kO(图4)
kI)
63—
图4.SOC.3D融合蛋白表达的SDS—PAGE分析
Fig.4.SDS-PAGEanalysisofSOC一3Dfusionproteinexpression
product
M,蛋白质分子量标准;1-6,分别为/PTG诱导0-5h的BL-pSOC?3D
细菌裂解物,箭头指为SOC一3D表达条带;7,空质粒对照,加入IPTG
诱导4h的细菌裂解物.
M,proteinMWmarker.1-6,BL-pSOC?3DcelllysatesafterIPTG
indutionforo~5h,respetively,thearrowpointedtothefusionprotein
SOC.3Dband.7,BL21celllysateofthecontrolplasmidafterIPTG
indutionfor4h.
2.6T4—3D重组噬菌体的获得
用重组质粒pR一3D转染T4噬菌体宿主菌E.
coliE2,挑取LA平板上生长的单菌落用PCR方法
检测.将阳性的重组细菌与溶菌酶缺陷型噬菌体
T4.zl进行同源重组,在不含溶菌酶的SC培养基
上,重组成功的噬菌体可不依赖溶菌酶生长,挑取单
斑经梅花斑增殖,用磷酸盐缓冲液浸泡出噬菌体,以
此浸出液为模板,用PCR方法对重组噬菌体进行筛
选.将阳性的重组噬菌体T4—3行扩大培养和离
心收集,利用赛多利斯切向流(Vivaflow200)超滤系
统对离心后的重组噬菌体进行浓缩,过滤浓缩后的
噬菌体经过蔗糖梯度离心进行提纯,将上述浓缩收
集的重组噬菌体在一80?和37?反复冻融数次,
加入样品缓冲液,在沸水浴煮沸3,5min,用12%
SDS—PAGE检测重组噬菌体上的目的蛋白(图5,
A).用特异性FMDV感染血清对T4—3Di行West—
emblot检测,结果表明,在硝酸纤维素膜上的
T4—3D样品检测到特异性条带(图5,B),分子量大
小为63kD.
kI)
63—
kI)
63—
AB
图5.重组噬菌体T4—3D的SDS.PAGE
和WesternbloR分析
Fig.5.SDS—PAGEandWesternblottinganalysisofrecombinant
phageT4—3D
A,T4噬菌体的SDS-PAGE分析;B,重组噬菌体T4—3D的Western
blot分析.M,蛋白质分子量标准;1,T4—3D重组噬菌体;箭头指为
SOC一3D蛋白;2,T4-Z1噬菌体.
A.SDS?PAGEanalysisofphageT4;B.Westernblottinganalysisof
recombinantphageT4—3D.M.proteinMWmarker;1.recombinant
phageT4?3D;ThedirectionofarrowwasthefusionproteinSOC?3D;2,
phageT4?Z1.
3讨论
本实验首次使用拼接重叠延伸聚合酶链反应
(splicingoverlapextensionpolymerasechainreaction,
SOE—PCR)对3D基因进行定点突变,SOE—PCR比
传统人工定向突变方法简单便捷,不需克隆制备单
链DNA模板,也不需杂交筛选,1d内即可得到结
牾”
牾”7
““
第2期覃健萍等:口蹄疫病毒3D蛋白在T4噬菌体衣壳表面的展示
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果,且阳性率可达100%(Ho,1989),有很大推广价
值.不过引物设计要求较高,使用较昂贵的高保真的
TaqDNA聚合酶.如果DNA聚合酶的保真度不高,
PCR产物可能存在随机错误掺人.本研究结果表
明,使用KODDNApolymerase可以达到定点突变
的目的.SOE.PCR可以避免传统人工定向突变方法
较繁琐提高突变效率,缩短定点突变时间.
噬菌体表面展示技术是由Smith(1985)首先建
立起来的一种新的基因工程技术,该技术的最大特
点是:直接将表达型与其基因型联系在一起,实现了
基因型和表现型的转换,利用其配体的特异性的亲
和力,将目的蛋白或者多肽挑选出来,提供了高效率
的筛选系统.本实验使用的T4噬菌体是所有噬菌
体中结构较大且遗传结构较复杂的有尾噬菌体,属
参考文献
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bodiesagainstVIAAincattlevaccinatedandrevaccinated
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于A群A2亚群的典型成员.T4噬菌体作表达载体
早在1982年就有报道(CasnaandShub,1982),本实
验室所用的T4噬菌体是经过(Reneta1.,1996)改造
和建立的一种崭新的T4SOC衣壳表面展示系统.
T4展示系统容量大(至少35kD的蛋白质),拷贝数
高,可以展示的肽或蛋白质范围广,尤其适用那些不
易被大肠杆菌分泌的复杂蛋白质(Efimoveta1.,
1997).本实验成功地在T4噬菌体表面展示3D蛋
白,而且展示的3D蛋白经蔗糖梯度纯化后保持相
对独立的空间构象和生物学活性,可被FMDV感染
血清有效识别和反应,为将来建立以展示3D蛋白
为包被抗原的鉴别感染动物和免疫动物诊断方法和
进一步研究3D蛋白的结构与功能提供了基础资
料,对FMD诊断与防制具有重要意义.
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