Identification and Hexon Gene Variation of Muscovy Duck Adenovirus
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摘要:目的
研究福建省番鸭白肝病病原特性、流行病学特征及病毒遗传变异状况。
方法从福建省福州、三明、莆田、漳州等地共收集临床疑似番鸭白肝病例9份,进行鸭腺病毒(duck adenovirus, DAdV)病原学检测,包括病原分离鉴定、血凝特性、致病性分析及hexon基因序列分析。
结果鸭腺病毒感染主要在春秋两季发生;发病率15%~40%,死亡率5%~15%。采集病死鸭病料,检测到鸭腺病毒感染;利用番鸭胚进行病毒分离,分离毒均能致死番鸭胚。番鸭感染分离毒后发病率为60%~100%,死亡率为20%~40%。9株DAdV分离毒hexon基因核苷酸同源性在99.9%以上,序列特征与CH-GD-12-2014株一致,未发生碱基缺失、插入或基因重组,较为稳定;与法国分离株DAdV -GR株同源性在76.6%~76.7%;与禽腺病毒(fowl adenovirus, FAdV)同源性在64.1%~66.8%。进化树分析显示9株分离毒与GD-12-2014株和国外分离株GR株属于同一分支,而与FAdV属于不同分支。
结论2022年福建省流行的番鸭腺病毒毒株为2型腺病毒。本研究结果为深入研究鸭2型腺病毒致病机理及其疫苗研制和综合防控措施提供了重要的临床资料和基础数据。
Abstract:ObjectiveCharacteristics and epidemiology of the muscovy duck white hepatitis in Fujian were studied, and genetic variations of the pathogen capsid protein determined.
MethodsClinical specimens of 9 suspected muscovy duck white hepatitis cases incurred at Fuzhou, Sanming, Putian, and Zhangzhou in the province were collected to test for DAdVs using pathogen detection methods. Isolated pathogens were identified, and their hemagglutination characteristics, pathogenicity, and hexon gene sequences determined.
ResultsThe disease was found on muscovy ducks mostly in spring and autumn with an incidence rate of 15%–40% and a mortality rate of 5%–15%. The DAdVs were isolated and tested to be lethal to muscovy duck embryos. The infection rate of the virus on ducks ranged 60%–100% with a mortality rate of 20%–40%. The homology of the hexon gene nucleotides among the 9 isolated DAdVs was greater than 99.9%. The capsid proteins had sequences similar to that of CH-GD-12-2014 and were stable proteins without base deletion, insertion or recombination. The 9 isolates had a 99.9%–100% homology with CH-GD-12-2014 from Guangdong, 76.6%–76.7% with DAdV-GR from France, and 64.1%–66.8% with FAdV and other serotypes. They were in the same branch with GD-12-2014 and GR, but not AdV, on the phylogenetic tree.
ConclusionThe strains of the muscovy duck adenovirus circulating in Fujian Province in 2022 belonged to the DAdV Type 2.
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Keywords:
- muscovy duck adenovirus /
- epidemiology /
- pathogen /
- hexon gene
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0. 引言
【研究意义】番鸭“白肝病”是2015年以来在广东、福建、山东、安徽等省份番鸭饲养区雏番鸭间流行的一种新疫病,经研究发现其病原为鸭腺病毒(duck adenovirus, DAdV),属腺病毒科禽腺病毒属,为线状双链DNA病毒[1−2];临床特征表现为肝脏肿大、颜色变淡呈黄白色、表面有斑驳状或散在点状出血点,俗称“肝白化病”。该病发病日龄以20~30 d多见,在发病后第5~10天达死亡高峰,病程可持续10~15 d;发病率10%~40%,日均死亡率1%~3%。【前人研究进展】鸭腺病毒最早于1977年被发现在法国番鸭场中爆发,被感染的番鸭体重下降,站立不稳。1982年Bouquet等[3]通过中和试验, 确认该病毒不同于之前所知的禽腺病毒属成员,是一种新型腺病毒。2011年,Harrach等[4]提议将该病毒命名为鸭2型腺病毒(duck adenovirus 2, DAdV-2)。腺病毒基因组全长约为33 kb,为线性双链DNA,该类病毒颗粒为无囊膜的核衣壳,呈二十面体对称[1]。由于现有药物、疫苗和免疫制剂无防治效果,鸭腺病毒给番鸭养殖户造成很大的经济损失[5]。目前对鸭2型腺病毒的研究主要集中在病毒分离、基因测序等方面。而关于病原流行病学调查、诊断方法、疫苗研制和综合防控的研究很少[5−6]。六邻体(Hexon)蛋白是腺病毒科各属病毒最主要的结构蛋白,每个 Hexon 蛋白表面携带有病毒主要属的种特异性抗原决定簇,是病毒中和抗体的靶目标,含有病毒主要的保护性抗原基因簇,与病毒的致病性密切相关。【本研究切入点】2022年福建省多个养殖场发生疑似白肝病疫情,从发病情况和临床症状分析为番鸭腺病毒感染。因此,有必要针对福建省最新流行的鸭2型腺病毒毒株开展流行病学调查及致病机理分析,并通过hexon基因特性表征其变异情况。【拟解决的关键问题】对番鸭腺病毒进行番鸭胚致病性、动物回归试验、hexon基因遗传变异分析,以期了解福建省番鸭腺病毒感染的流行特点及番鸭腺病毒的部分生物学特性和分子生物学特性,明确鸭腺病毒hexon 基因特征,探讨基因编码区在腺病毒科病毒分类中的作用,为番鸭白肝病的科学防治、促进番鸭养殖业健康发展提供依据。
1. 材料与方法
1.1 动物及试剂
50只 1日龄雏番鸭(1日龄采血检测,中和抗体效价阴性)和30枚12胚龄番鸭胚购自将乐广东温氏家禽有限公司;鸡、鸭和鸽红细胞购自厦门泰京生物工程有限公司,反转录试剂盒RNARevertAid First Strand cDNA Systhesis Kit和PCR试剂DreamTaq Green PCR Master Mix(2×)(Thermo Scientific)、样品基因组提取试剂盒EasyPure Viral DNA/RNA Kit购自北京全式金生物技术有限公司。
1.2 样品来源
2022年从福建省福州、三明、莆田、漳州等地收集9份临床疑似白肝病料,临床表现为肝脏颜色变白、表面有多个点状出血点或出血斑。
1.3 病原分离
将肝脾病变组织按质量比1∶5研磨成匀浆,将无菌悬液以卵黄囊接种12日龄番鸭胚,接种量0.3 mL·枚−1,参考文献[6]的方法收集尿囊液。
1.4 血凝(HA)试验
参考文献[7]的方法检测尿囊液对鸡、鸭和鸽红细胞的凝集性。
1.5 病原检测
将9份病料第5代尿囊液提取DNA/RNA,应用PCR或RT-PCR检测以下病毒:新型鸭呼肠孤病毒(new-type duck reovirus, NDRV)、DAdV 、番鸭呼肠孤病毒(muscovy duck reovirus, MDRV)、番鸭小鹅瘟病毒(muscovy duck gosling plague virus, MDGPV)、番鸭细小病毒(muscovy duck parvovirus, MDPV)、病毒性肝炎病毒(duck hepatitis virus, DHV)。以上病毒鉴定引物由北京擎科生物科技有限公司合成,具体序列、扩增体系和反应程序参考文献[7]。
1.6 动物回归试验
50羽7日龄雏番鸭随机分成10组,每组5羽。分成9株DAdV 分离株组和空白对照组。分离株组进行DAdV攻毒,剂量为0.3 mL·只−1尿囊液,空白对照组注射Hanks液0.3 mL·只−1。攻毒后每日观察和记录番鸭发病和死亡情况。
1.7 hexon基因遗传变异分析
测定9株DAdV分离毒hexon基因核苷酸序列,按照DAdV GD2014株hexon基因(GenBank登录号:KR135164)设计引物。由于hexon基因长度为
2814 bp,设计2对引物,分成两个片段进行扩增。正向引物DAdV-P1 :GGTTTGTAGGTTCACCATCATG (17901 ~17922 bp),反向引物DAdV-P2:(CATCTGATCCACTGACCATCTG)(19383 ~19404 bp),扩增长度1504 bp,退火温度56 ℃。正向引物DAdV-P3:CAGATGGTCAGTGGATCAGATG(19383 ~19404 bp ),反向引物DAdV-P4:GTTACCTGTAGCGAAAGGCGTAC(20702 ~20724 bp ),扩增长度1342 bp,退火温度56 ℃。将9株DAdV分离毒第5代尿囊液200 μL按照EasyPure Viral DNA/RNA Kit说明书提取病毒RNA。一步法RT-PCR反应体系(50 μL): 病毒RNA 5 μL,2×TS One-step Reaction Mix 25 μL,One-step Enzyme Mix 1 μL,上游和下游引物各1 μL,无核酶水17 μL。反应程序:45 ℃ 30 min,94 ℃ 3 min;94 ℃ 30 s,56.9 ℃ 30 s,72 ℃ 90 s,共36个循环;72 ℃延伸5 min。将所得到的产物在1%琼脂糖凝胶,120 V电泳20 min,在凝胶成像系统上观察结果,并送大连宝生物工程有限公司进行序列测定,对2个片段序列结果进行拼接,得到hexon全基因序列,进行同源性和进化树分析,腺病毒参考毒株信息见表1。表 1 腺病毒参考毒株信息表Table 1. Information on reference adenovirus病毒种类 Species 毒株 Strain 来源 Area 分离时间 Time 登录号 No. 鸭腺病毒 Duck adenovirus CH-GD-12-2014 中国广东 2014年 MW722956 D11 韩国 2011年 KJ452172 GR 法国 1977年 NC024486 禽腺病毒 Fowl adenovirus SR48 日本 1956年 KT862806 380 英国 1965年 KT862812 685 英国 1965年 KT862805 A2A 加拿大 1999年 AF083975 SR49 日本 1956年 KT862807 CR119 日本 1957年 KT862808 TR59 日本 1958年 KT862810 764 日本 1958年 KT862811 QD2016 中国山东 2016年 MF577036 YR36 日本 1957年 KT862809 340 北爱尔兰 1970年 NC021221 CELO 奥地利 1996年 U46933 Phelps 奥地利 1996年 NC001720 CH 中国安徽 2020年 MZ066624 鸽腺病毒 Pigeon adenovirus 1 IDA4 荷兰 1995年 NC024474 火鸡腺病毒 Turkey adenovirus D90 匈牙利 2001年 GU936707 2. 结果与分析
2.1 发病鸭群的主要临床症状和流行病学特点
从福建省福州、三明、莆田、漳州收集的9份病料中均检测到DAdV,分别编号为FJMH、FJYX、FJCL、FJXY、FJLC、FJWA、FJDY、FJAR、FJJC。临床观察发现发病季节主要是春秋两季,发病日龄在18~28 d,发病率为15%~40%,死亡率为5%~15%。从品种上看,小种番鸭的发病率和死亡率均高于大种番鸭。而且发病越早,番鸭发病死亡越严重。番鸭的主要临床症状和流行特点见表2。
表 2 发病鸭群的主要临床症状和流行特点Table 2. Major symptoms on diseased ducks and epidemic characteristics地区
Area编号
No.番鸭品种
Duck species发病率
Incidence rate/%死亡率
Mortality rate/%发病日龄
Age of onset/d发病月份
Month of onset主要症状
Main symptoms福州 FJMH 小种 40 15 25 3月 发病5~7 d后出现死亡,表现为精神沉郁、行动迟 缓、个别出现拉稀;剖检肝脏肿大、颜色变白 FJYX 30 15 22 5月 FJCL 28 13 20 11月 莆田 FJXY 中种 30 14 23 5月 发病5~7 d后出现死亡,表现为精神沉郁;剖检肝 脏肿大、颜色变白 FJLC 25 12 22 10月 三明 FJWA 大种 15 5 28 4月 发病7 d后出现死亡,表现为精神不振、采食减少; 剖检肝脏肿大 FJDY 20 10 22 5月 FJAR 中种 17 8 26 10月 漳州 FJJC 中种 26 12 18 4月 未出现明显临床症状即死亡;剖检肝脏肿大、颜色 变白,胆囊肿大,脾脏肿大 2.2 DAdV对番鸭胚的致病性
接种番鸭胚3 d后开始死亡,4~5 d为死亡高峰。死亡胚胎主要表现为胚胎发育不良,胚体较小;胚体全身出血(表3)。
表 3 DAdV分离株对番鸭胚的致病性Table 3. Pathogenicity of DAdV isolates on muscovy duck embryosDAdV分离株 死亡番鸭胚数量 Dead muscovy duck embryos/个 第1天 第2天 第3天 第4天 第5天 第6天 第7天 FJMH 0 0 0 2 2 1 FJYX 0 0 0 1 2 1 1 FJCL 0 0 0 2 2 1 FJXY 0 0 1 2 2 FJLC 0 0 1 2 2 FJWA 0 0 1 1 3 FJDY 0 0 0 1 2 1 1 FJAR 0 0 0 1 2 1 1 FJJC 0 0 0 2 2 1 2.3 DAdV分离株的凝集特性
9株DAdV分离株尿囊液对鸡、鸭和鸽不同浓度的红细胞均不具有凝集性。
2.4 DAdV分离株尿囊液的病原检测
通过对9株分离株尿囊液进行病原检测,结果显示仅能从鸭2型腺病毒特异性引物扩增到446 bp的目的片段。其他病毒如MDPV、DHV、MDGPV、MDRV、NDRV均未检测到(图1)。
2.5 动物回归试验
9株DAdV分离毒株感染番鸭后发病率为60%~100%,感染后5~7 d后开始发病,发病鸭表现为精神沉郁、行动迟缓、缩头弓背、食欲减少、拉黄白色稀粪。死亡率为20%~40%(表4),发病后1~2 d开始出现死亡。死鸭剖检可见肌肉苍白;肝脏肿大、质地较脆、呈黄白色;病情中后期,肝脏表面有散在出血点或出血斑(图2A)。肾脏肿大,表面有不同程度的出血点或出血斑(图2B);脾脏有不同程度的肿大(图2C)。
表 4 番鸭感染MDRV分离株的发病和死亡情况Table 4. Incident and mortality rates of Muscovy ducks inoculated with MDRV isolates组别
Group接种数
Number of
inoculations发病率
Incidence
rate/%死亡率
Mortality
rate/%FJMH 5 80 40 FJYX 5 80 20 FJCL 5 100 40 FJXY 5 60 20 FJLC 5 60 20 FJWA 5 80 20 FJDY 5 100 40 FJAR 5 80 20 FJJC 5 60 20 空白对照 Control 5 0 0 图 2 DAdV分离株人工感染鸭的剖检病变A:病死鸭肝脏白化和出血;B:病死鸭肾脏出血;C:病死鸭脾脏肿大;D:正常鸭肝脏;E:正常鸭肾脏;F正常鸭脾脏。Figure 2. Pathological changes on duck artificially infected with DAdVA: albinism and hemorrhage on livers of dead diseased ducks; B: hemorrhage on kidney, C: splenomegaly in ducks infected by DAdV; D: liver of normal duck, E: spleen of normal duck, F: spleen of normal duck.2.6 DAdV hexon基因遗传变异分析
目前Genbank上登录的鸭2型腺病毒hexon基因全序列仅有广东分离株CH-GD-12-2014和法国分离株GR株。我们分离的9株DAdV分离毒hexon基因核苷酸序列特征与CH-GD-12-2014株保持一致,同源性在99.9%以上,未发生碱基缺失、插入或基因重组;与法国分离株DAV-GR株同源性在76.6%~76.7%;与多种血清型禽腺病毒(fowl adenovirus, FAdV)同源性在64.1%~66.8%,与1型鸭腺病毒同源性仅为53%。9株分离毒Hexon蛋白氨基酸同源性在99.8%~100%,与CH-GD-12-2014株同源性在99.9%~100%,与国外GR株同源性在71.8%~71.9%,与各种血清型禽源腺病毒同源性在51.6%~55.9%,与1型鸭腺病毒同源性仅为26%。(图3)。进化树分析显示9株分离毒与鸭腺病毒CH-GD-12-2014株和国外分离株GR株属于同一分支,亲缘关系近;而与禽腺病毒属于不同分支(图4),亲缘关系较远。
图 3 DAdV分离株hexon基因同源性分析左下角数据为氨基酸差异性,值越低同源性越高;右上角为核苷酸同源性,值越高同源性越高。Figure 3. Hexon gene homology of DAdV isolatesNumber in lower left corner shows degree of differentiation on amino acids with lower value indicating greater homology; that in upper right corner, differentiation on nucleotides with higher value indicating greater homology.3. 讨论
目前,文献报道的鸭腺病毒有鸭1型腺病毒和鸭2型腺病毒。鸭1型腺病毒代表株为鸭减蛋综合征病毒(eggdrop syndrome virus, EDSV),基因组全长33 kb[8]。而鸭2型腺病毒感染1977年出现在法国番鸭养殖场,1982年最早由Bouquet等从消瘦、跛脚和急性死亡的1月龄番鸭中分离到1株与现有血清型都不同的鸭腺病毒,命名为鸭2型腺病毒[8−9]。Marek等采用高通量测序技术获得了法国株的全基因序列[8]。在国内鸭2型腺病毒感染呈现散在多发性流行的特点[10]。2015年在雏番鸭急性死亡、肝脏出血和发黄的病料中检测到鸭2型腺病毒,并获得了该病毒的基因序列[1,11]。2015年陈峰等[2]应用宏基因组学分离鉴定出国内首株鸭2型腺病毒。2017年陈仕龙等从福建省多起雏番鸭“肝白化病”病死鸭病料中分离到多株鸭2型腺病毒,PCR产物的测序表明FJ034-DAdV-2分离株的22K蛋白核苷酸序列与广东株CH-GD-12-2014 和法国株GR的同源性分别为99%~100%和88%~90%[5]。
研究发现,腺病毒科病毒分离株均存在hexon 基因,推测hexon 基因为腺病毒科所有病毒的必需功能域基因[12]。核苷酸长度均为
2733 bp,相互之间核苷酸同源性在99.4%以上,相互之间氨基酸同源性在98.8%以上,推测鸭2型腺病毒仅一个血清型。禽腺病毒hexon基因是区别不同毒株间同源性和遗传特异性的分子基础,也是判断主要属、亚属一级次要种的抗原依据[13]。目前Genbank上登录的鸭2型腺病毒hexon基因全序列仅有广东分离株GD-12-2014和法国分离株GR株。2016年从广东惠州鸭场分离到一株鸭2型腺病毒GDHZ株,其hexon基因与广东株CH-GD-12-2014 和法国株GR的同源性分别为100%和76.6%[12]。本研究在2022年分离鉴定了9株鸭2型腺病毒,其hexon基因经测序与广东株CH-GD-12-2014同源性为99.9%~100%,与法国株GR同源性为76.6%~76.7%。进化树显示9株分离株与CH-GD-12-2014 亲缘关系最近,与法国株GR处于同一个进化分支,和其他的禽源腺病毒遗传进化距离较远。因此经过病毒分离、鉴定,动物回归试验和基因序列分析,认为本研究在福建省番鸭养殖场分离到的9株病毒均为鸭2型腺病毒。目前,腺病毒被认为是家禽和野鸟的常见病原,许多腺病毒可在健康禽类体内复制,仅表现出轻微症状[14]。但是番鸭2型腺病毒表现出肝组织嗜性,引起肝脏特征性病变,导致番鸭死亡[15]。该病流行特点是春秋两季发病,发病日龄在18~28d,临床表现为精神沉郁、不爱走动,个别出现拉稀。剖检肝脏肿大、颜色变白,发病率为15%~40%;发病5~7 d后出现死亡,死亡率为5%~15%。这与前期相关报道[16]一致。从品种上看,小种番鸭的发病率和死亡率均高于大种番鸭;而且发病越早,番鸭发病死亡越严重。
由于我国番鸭养殖鸭场存在养殖条件差、管理水平落后、防范意识淡薄等问题,导致番鸭病复杂化;同时鸭腺病毒可以同时垂直传播和水平传播,可以直接或者间接地通过饲料、饮水和粪便排泄物等传播[17]。因此对于该病防控,首先避免从疫区购买鸭苗,及时淘汰弱鸭;其次在饲养过程中改善舍内外的卫生状况,定期消毒,清理垃圾、病死鸭等;第三,选择高效疫苗,建立有效的免疫程序,切断腺病毒的水平传播及垂直传播,降低损失。
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图 2 DAdV分离株人工感染鸭的剖检病变
A:病死鸭肝脏白化和出血;B:病死鸭肾脏出血;C:病死鸭脾脏肿大;D:正常鸭肝脏;E:正常鸭肾脏;F正常鸭脾脏。
Figure 2. Pathological changes on duck artificially infected with DAdV
A: albinism and hemorrhage on livers of dead diseased ducks; B: hemorrhage on kidney, C: splenomegaly in ducks infected by DAdV; D: liver of normal duck, E: spleen of normal duck, F: spleen of normal duck.
图 3 DAdV分离株hexon基因同源性分析
左下角数据为氨基酸差异性,值越低同源性越高;右上角为核苷酸同源性,值越高同源性越高。
Figure 3. Hexon gene homology of DAdV isolates
Number in lower left corner shows degree of differentiation on amino acids with lower value indicating greater homology; that in upper right corner, differentiation on nucleotides with higher value indicating greater homology.
表 1 腺病毒参考毒株信息表
Table 1 Information on reference adenovirus
病毒种类 Species 毒株 Strain 来源 Area 分离时间 Time 登录号 No. 鸭腺病毒 Duck adenovirus CH-GD-12-2014 中国广东 2014年 MW722956 D11 韩国 2011年 KJ452172 GR 法国 1977年 NC024486 禽腺病毒 Fowl adenovirus SR48 日本 1956年 KT862806 380 英国 1965年 KT862812 685 英国 1965年 KT862805 A2A 加拿大 1999年 AF083975 SR49 日本 1956年 KT862807 CR119 日本 1957年 KT862808 TR59 日本 1958年 KT862810 764 日本 1958年 KT862811 QD2016 中国山东 2016年 MF577036 YR36 日本 1957年 KT862809 340 北爱尔兰 1970年 NC021221 CELO 奥地利 1996年 U46933 Phelps 奥地利 1996年 NC001720 CH 中国安徽 2020年 MZ066624 鸽腺病毒 Pigeon adenovirus 1 IDA4 荷兰 1995年 NC024474 火鸡腺病毒 Turkey adenovirus D90 匈牙利 2001年 GU936707 表 2 发病鸭群的主要临床症状和流行特点
Table 2 Major symptoms on diseased ducks and epidemic characteristics
地区
Area编号
No.番鸭品种
Duck species发病率
Incidence rate/%死亡率
Mortality rate/%发病日龄
Age of onset/d发病月份
Month of onset主要症状
Main symptoms福州 FJMH 小种 40 15 25 3月 发病5~7 d后出现死亡,表现为精神沉郁、行动迟 缓、个别出现拉稀;剖检肝脏肿大、颜色变白 FJYX 30 15 22 5月 FJCL 28 13 20 11月 莆田 FJXY 中种 30 14 23 5月 发病5~7 d后出现死亡,表现为精神沉郁;剖检肝 脏肿大、颜色变白 FJLC 25 12 22 10月 三明 FJWA 大种 15 5 28 4月 发病7 d后出现死亡,表现为精神不振、采食减少; 剖检肝脏肿大 FJDY 20 10 22 5月 FJAR 中种 17 8 26 10月 漳州 FJJC 中种 26 12 18 4月 未出现明显临床症状即死亡;剖检肝脏肿大、颜色 变白,胆囊肿大,脾脏肿大 表 3 DAdV分离株对番鸭胚的致病性
Table 3 Pathogenicity of DAdV isolates on muscovy duck embryos
DAdV分离株 死亡番鸭胚数量 Dead muscovy duck embryos/个 第1天 第2天 第3天 第4天 第5天 第6天 第7天 FJMH 0 0 0 2 2 1 FJYX 0 0 0 1 2 1 1 FJCL 0 0 0 2 2 1 FJXY 0 0 1 2 2 FJLC 0 0 1 2 2 FJWA 0 0 1 1 3 FJDY 0 0 0 1 2 1 1 FJAR 0 0 0 1 2 1 1 FJJC 0 0 0 2 2 1 表 4 番鸭感染MDRV分离株的发病和死亡情况
Table 4 Incident and mortality rates of Muscovy ducks inoculated with MDRV isolates
组别
Group接种数
Number of
inoculations发病率
Incidence
rate/%死亡率
Mortality
rate/%FJMH 5 80 40 FJYX 5 80 20 FJCL 5 100 40 FJXY 5 60 20 FJLC 5 60 20 FJWA 5 80 20 FJDY 5 100 40 FJAR 5 80 20 FJJC 5 60 20 空白对照 Control 5 0 0 -
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