病毒的遺傳與變異

關(guān)于病毒的遺傳與變異第一節(jié)病毒的突變一、突變的定義病毒遺傳物質(zhì)核酸的組成或結(jié)構(gòu)發(fā)生改變稱為突變（mutation）。株(strain)、型(type)、變異株(variant)、突變體(mutant)、野生型(wild-type)、野外分離株(fieldisolates)通常用“株”來區(qū)分同一病毒的不同野生型，“型”是感染性中和作用確定的血清型的同義語。第2頁,共28頁，2024年2月25日，星期天

在沒有任何已知誘變劑存在的條件下，一些病毒在子代中產(chǎn)生高比例的突變體。

DNA病毒中自發(fā)突變率為10-8-10-11，RNA病毒中為10-3-10-4。RNA復(fù)制酶缺少校正閱讀活性。

二、自發(fā)突變（spontaneousmutation）第3頁,共28頁，2024年2月25日，星期天RNA病毒由于其復(fù)制的保真度較低，因此，人們提出了準(zhǔn)種（quasispecies）的概念。所謂準(zhǔn)種，即是一組自身復(fù)制的分子，它們彼此不同，但又密切相關(guān)。第4頁,共28頁，2024年2月25日，星期天準(zhǔn)種的演變是從一個(gè)原始的特定病毒序開始的，該病毒的每一輪復(fù)制均導(dǎo)致變異株的出現(xiàn)。因此，在任何時(shí)點(diǎn)，某病毒群（viralpopulation）總是由常見的代表性序列即主序列（mastersequence）和一組不同的但又密切相關(guān)的序列（變異株）所組成。所有這些相關(guān)的序列（變異株），不管其所占比例如何，均被認(rèn)為是一群復(fù)制體（replicon），表現(xiàn)為動態(tài)的基因相互作用（dynamicgeneticinteraction）。第5頁,共28頁，2024年2月25日，星期天當(dāng)環(huán)境發(fā)生改變時(shí)，在原病毒群中已存在的各種變異株，以及在復(fù)制過程中新生代的變異株中，將被選擇出最適應(yīng)于新環(huán)境的變異株。爾后，被選擇出的變異株又面臨新環(huán)境的變化。為了其子代能繼續(xù)復(fù)制，將再次被選擇出適應(yīng)新環(huán)境的變異株。如此周而復(fù)始，不斷形成新的病毒群（即準(zhǔn)種）。第6頁,共28頁，2024年2月25日，星期天

利用自然界各種物理或化學(xué)誘變劑處理野生型病毒，提高病毒群體的突變率，稱為誘發(fā)突變。體外誘變劑，對病毒靜態(tài)核苷酸進(jìn)行化學(xué)修飾，使其在后面的復(fù)制中發(fā)生錯(cuò)配，包括亞硝酸、羥胺、烷化劑等。體內(nèi)誘變劑，它們的作用需要代謝活躍的核苷酸，一組為堿基類似物，另一組為插入劑。UV偶爾也用于病毒的誘變。三、誘發(fā)突變（inducedmutation）第7頁,共28頁，2024年2月25日，星期天

從突變引起的遺傳信息的意義改變來看，可分為同義突變、錯(cuò)義突變和無義突變。有不少錯(cuò)義突變的產(chǎn)物仍然有部分活性，使表型介于突變型和野生型之間，為滲漏突變型。有些錯(cuò)義突變不影響或基本不影響蛋白質(zhì)活性，不表現(xiàn)明顯的性狀變化，為中性突變，中性突變和同義突變又常稱為沉默突變（silentmutation）。

四、病毒突變類型第8頁,共28頁，2024年2月25日，星期天

從突變帶來的表型改變來看，可分為噬菌斑形態(tài)突變體、致死突變體、條件致死突變體和生化突變體。噬菌斑形態(tài)突變體是指造成宿主細(xì)胞噬菌斑形態(tài)改變的突變體。條件致死突變體是在某一條件下具有致死效應(yīng)而在另一條件下沒有致死效應(yīng)的突變體，如溫度敏感突變體，28－35℃可增殖，37－40℃不能增殖，具有減低毒力而保持免疫原性的特點(diǎn)。生化突變體最常見的有營養(yǎng)缺陷型突變體和抗藥性突變體。第9頁,共28頁，2024年2月25日，星期天宿主范圍突變株：病毒基因組改變影響了對宿主細(xì)胞的感染范圍，可感染野生型病毒不能感染的細(xì)胞?？乖宰儺?，病毒毒力變異。第10頁,共28頁，2024年2月25日，星期天五、回復(fù)突變

回復(fù)突變(reversemutation):突變體(mutant)經(jīng)過第二次突變又完全地或部份地恢復(fù)為原來的基困型或表型。完全恢復(fù)是由于突變的堿基順序經(jīng)第二次突變后又變?yōu)樵瓉淼膲A基順序，故亦稱真正的回復(fù)突變。部分恢復(fù)是由于第二次突變發(fā)生在另一部位上，其結(jié)果是部分恢復(fù)原來的表型，亦稱為第二位點(diǎn)突變(secondsitemutation)或基因內(nèi)校正(intragenicsuppression)。此時(shí)原來的突變位點(diǎn)依然存在，而它的表型效應(yīng)被基因組上第二位點(diǎn)的突變所抑制，因而第二次突變又稱抑制突變（suppressormutation）

第11頁,共28頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)病毒的重組改變的類型改變內(nèi)容突變類型多肽序列改變多肽功能影響取代單核苷酸代換同義突變無（密碼簡并）無錯(cuò)義突變氨基酸代換因氨基酸及序位而定無義突變延伸提前終止一般失去增加—缺失單、寡核苷酸插入或缺失移框突變突變點(diǎn)后序列改變一般失去重組基因組片段連接次序改變病毒突變的分子機(jī)制第12頁,共28頁，2024年2月25日，星期天一、病毒重組的機(jī)制病毒變異，除了自發(fā)和誘發(fā)突變外，還可能因病毒混合感染引起病毒之間的遺傳重組而發(fā)生。當(dāng)兩種或多種病毒感染同一宿主細(xì)胞—混合感染時(shí)，有時(shí)發(fā)生兩株病毒基因組之間基因的交換、重配等遺傳結(jié)構(gòu)較大的變化，這就是病毒的基因重組。根據(jù)病毒核酸是連續(xù)還是分節(jié)段，依次將病毒的基因重組分為分子內(nèi)重組（intramolecularrecombination）和基因重配（geneticreassorment）。分子內(nèi)重組還可以分為斷裂連接模式（strandbreakageandreligation）和拷貝選擇模式（copy-choice）

第13頁,共28頁，2024年2月25日，星期天斷裂連接模式：通常發(fā)生在單一分子基因組的DNA或RNA病毒中，重組需要核酸分子的斷裂及與其他核酸分子的再連接，即需要病毒的交配。

××第14頁,共28頁，2024年2月25日，星期天

拷貝選擇重組（copy-choicerecombination）：發(fā)生在部分具單一分子基因組RNA病毒中（脊髓灰質(zhì)炎病毒、口疹病毒、冠狀病毒、口蹄疫病毒等），仍屬于分子內(nèi)重組，不涉及核酸分子共價(jià)鍵的斷裂，RNA聚合酶選擇性連接的模板鏈上合成子代鏈，子代鏈?zhǔn)遣煌０彐湹钠唇??；蛑嘏洌喊l(fā)生在具分段基因組的RNA病毒中（流感病毒、呼腸孤病毒、布尼安病毒和沙粒病毒等），重組時(shí)，各片段在子代中隨機(jī)分布。第15頁,共28頁，2024年2月25日，星期天重組機(jī)制親代1×親代2子代示例分子內(nèi)重組AbCABcABCAbcDNA病毒和少數(shù)RNA病毒（小RNA病毒）的突變體之間ABCASTABTASCDNA病毒不同毒株之間ABCDXYZABCZ腺病毒失去基因D，獲得SV40基因ZABC12312ABC3溫和噬菌體、腫瘤病毒基因組整合進(jìn)細(xì)胞的基因組基因重配A/b/CA/B/cA/B/C基因組分節(jié)段的RNA病毒A/B/CA/S/TA/S/CA/B/T說明：A等字母代表有活性的病毒基因；1，2，3表示有活性的細(xì)胞基因；b,c為突變體基因；ABC等字母代表連續(xù)線狀基因組；A/B/C表示分節(jié)段基因組

兩種病毒混合感染引起病毒基因組重組的幾種方式第16頁,共28頁，2024年2月25日，星期天二、基因重組的遺傳學(xué)效應(yīng)

1、復(fù)活現(xiàn)象復(fù)合感染（multipleinfection）：一個(gè)細(xì)胞被多個(gè)病毒同時(shí)感染。復(fù)活（reactivation）：復(fù)合感染時(shí)，滅活的病毒之間發(fā)生重組或滅活的病毒與有活力的病毒間發(fā)生重組，從而產(chǎn)生有感染活性重組子代病毒。第17頁,共28頁，2024年2月25日，星期天復(fù)活現(xiàn)象親代1親代2子代說明交叉復(fù)活紫外滅活者與異品系的相關(guān)病毒之間abCa/b/CASTA/S/TASCA/S/C用基因重排或分子內(nèi)重組拯救親代滅活基因C多重復(fù)活不同基因失活的同種病毒的不同毒粒之間ABcA/B/cAbCA/b/CABCA/B/C基因B,C的重組或重配產(chǎn)生有活性的子代病毒病毒復(fù)活現(xiàn)象說明：A,B,C代表有活性的病毒基因；a,b,c表示失活的病毒基因；ABC等字母代表連續(xù)線狀基因組；A/B/C表示分節(jié)段基因組第18頁,共28頁，2024年2月25日，星期天

一株活性病毒與另一株相關(guān)但具有不同遺傳標(biāo)記的滅活病毒復(fù)合感染細(xì)胞，產(chǎn)生具有滅活病毒某些遺傳標(biāo)記的活性病毒重組體，這類病毒復(fù)活現(xiàn)象稱為交叉復(fù)活，又稱標(biāo)記拯救（markerrescue）。首先在T4噬菌體中發(fā)現(xiàn)。應(yīng)用：可以選擇性地獲得病毒重組體。（1）交叉復(fù)活（crossreactivation）第19頁,共28頁，2024年2月25日，星期天活病毒與滅活病毒之間（交叉復(fù)活）A3株（流行株）新A3抗原雞胚中增殖不良A1株（非流行株）舊A1抗原雞胚中生長良好雞胚中共同培養(yǎng)重組體（理想疫苗）有A3抗原雞胚中生長良好UV滅活第20頁,共28頁，2024年2月25日，星期天

當(dāng)基因型相同的多個(gè)滅活病毒顆粒感染同一細(xì)胞時(shí)，由于滅活病毒之間發(fā)生重組，產(chǎn)生有感染性的重組體子代病毒。如流感病毒、呼腸孤病毒、狂犬病毒、脊髓灰質(zhì)炎病毒和痘病毒。這是因?yàn)閮煞N病毒核酸上受損害的基因部位不同，由于重組合相互彌補(bǔ)而得到復(fù)活。因此現(xiàn)今不用紫外線滅活病毒制造疫苗，以防病毒復(fù)活的危險(xiǎn)。（2）多重復(fù)活

（mutliplicityreactivation）第21頁,共28頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)影響病毒表型的病毒間相互作用一、表型混雜（phenotypicmixing）病毒混合感染產(chǎn)生一種具有兩個(gè)親代病毒結(jié)構(gòu)蛋白（殼體或囊膜）的子代。其一種極端現(xiàn)象為轉(zhuǎn)殼現(xiàn)象。病毒的表型混雜為一種暫時(shí)現(xiàn)象，隨傳代而消失。無囊膜病毒中，親緣關(guān)系密切的病毒間經(jīng)常發(fā)生表型混雜，常出現(xiàn)轉(zhuǎn)殼現(xiàn)象。有囊膜病毒的表型混雜常表現(xiàn)為一個(gè)病毒的核衣殼包埋在另一個(gè)病毒的囊膜中，形成偽型病毒。也有囊膜蛋白的嵌合混雜。第22頁,共28頁，2024年2月25日，星期天第23頁,共28頁，2024年2月25日，星期天

二、互補(bǔ)作用（complementation）：即病毒感染過程中基因產(chǎn)物間的相互作用，其結(jié)果是一種或兩種親本病毒產(chǎn)量增加，而兩種病毒在基因水平上并未改變。在這種情況下，一種病毒為另一個(gè)存在某種功能缺陷的病毒提供了該種功能基因產(chǎn)物。第24頁,共28頁，2024年2月25日，星期天三、病毒間的干擾

（1）干擾的定義：

在兩種病毒共同感染同一種細(xì)胞時(shí)，可發(fā)生一種病毒抑制另一種病毒復(fù)制的現(xiàn)象。干擾現(xiàn)象可在同種以及同株的病毒間發(fā)生，后者如流感病毒的自身干擾。異種病毒和無親緣關(guān)系的病毒之間也可以干擾，且比較常見。第25頁,共28頁，2024年2月25日，星期天（2）干擾的類型a.自身干擾：在復(fù)制過程中產(chǎn)生了缺陷性干擾顆粒（defectiveinterfering

particle,DIP），能干擾同種的正常病毒在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制，如流感病毒在雞胚尿囊液中連續(xù)傳代，則DIP逐漸增加而發(fā)生自身干擾。b.同種干擾：同種異型（流感病毒A、B）同型異株（流感病毒A1、A2）c.異種干擾：第一種病毒占據(jù)或破壞了宿主細(xì)胞的表面受體或者改變了宿主細(xì)胞的代謝途徑因而阻止另一種病毒的吸附或穿入，如粘病毒等；另外，也可能是阻止第二種mRNA的轉(zhuǎn)譯，如脊髓灰質(zhì)炎病毒干擾水泡性口炎病毒。第26