动物病毒学：第五章 病毒的遗传与变异

5.1概述5.2病毒的突变（可遗传）5.3病毒的重组与重配（可遗传）

5.4影响病毒表型的病毒间相互作用（不可遗传）

第五章病毒的遗传与变异病毒的突变、病毒的重组与重配（可遗传）

影响病毒表型的病毒间相互作用（不可遗传）

5.1概述遗传和变异是病毒的基本特征，遗传是相对的，变异是绝对的遗传：亲代病毒与子代病毒之间的形态结构与生理机能的相似性变异：亲代病毒与子代病毒之间、子代病毒各个体之间的差异性DNAreplicationξ=10-11RNAtranscriptionξ=10-4Peptidetranslation

ξ=10-4DNA病毒较RNA病毒相对稳定（例外：如ASFV、HBoV)问题的提出：病毒为什么要发生变异？——进化！哪些病毒容易发生变异？如何变？（变强？变弱？消失？）那些位点最容易发生变异？如何分析病毒的遗传与变异？人类能否预测、控制、利用病毒的遗传与变异？野生型（wildtype）:相对突变体而言，指形成突变体的原始病毒，常为实验室适应株。株（strain）：同一病毒中不同的野生型。血清型（serotype）：由病毒中和试验确定。基因型（genotype）：根据核苷酸不同位点的比例（p-distance，遗传距离）计算。相关术语病毒的基因型是按照基因序列的差异人为进行分类；而病毒的血清型是依据抗原决定簇的不同来划分的（仅反映部分包膜蛋白氨基酸的差异）。两者的分类方法不同，因此是可以交叉的。变异体（variant）：指表型与野生型不同，但基因型是否发生改变尚不清楚的突变病毒（分为可遗传和不可遗传）。突变体（mutant）：相对野生型而言，指基因型发生稳定改变的病毒（可遗传，但是表型不一定改变）。准种（quasispecies）:是大致相同，略有不同的一群个体的组合。病毒是以quasispecies的形式存在于宿主体内的。

5.2.1突变的定义在自然状态下或诱变原作用下病毒遗传物质的核酸组成或结构发生突然而稳定的改变称为突变（mutation）狭义突变：一对或少数几对碱基的缺失、插入或置换广义突变：基因的缺失、重复、移位和倒位

5.2病毒的突变1、按引起突变的原因分自发突变：病毒在无任何已知的诱变原存在的条件下所发生的突变。诱发突变：利用各种物理或化学诱变剂处理野生型病毒群体所引起的病毒突变。5.2.2突变的类型2、按突变引起的遗传信息的意义改变分同义突变(synonymousmutation)：指没有改变产物氨基酸序列的密码子变化。错义突变(missensemutation)：指碱基顺序的改变引起了产物氨基酸序列的改变。无义突变(nonsensemutation)

：指某个碱基的改变使代表某种氨基酸的密码子变为终止密码子。

3、按突变效应背离或返回到野生型：正向突变(forwardmutation)：指改变了野生型性状的突变。回复突变(reversemutation，rescued)：指突变体所失去的野生型性状可通过第二次突变得到恢复，这第二次突变就称为回复突变。（在研究中往往要构建回复突变验证基因的功能）

4、按突变带来的表型改变来分：形态突变体：指造成宿主细胞形态改变的突变体致死突变体：指一旦发生突变则立即死亡的突变条件致死突变体：在某一条件下具有致死效应而在另一条件下没有致死效应的突变体生化突变体：营养缺陷型突变体和抗药性突变体。

5.2.3病毒突变体

无效突变体（nullmutant)

温度敏感突变体(temperature-sensitivemutant)蚀斑突变体(plaquemorphologymutant)宿主范围突变体(hostrangemutant)抗药性突变体(drugresistancemutant)

抗原突变体(antibodyresistancemutant)

回复突变体(revertant)

1、无效突变体是指突变使一个基因的功能完全被灭活任何种类核苷酸的变化都可以产生无效突变，不一定需要大的缺失，插入或移框突变。但这些可通过翻译机制而越过，如失义抑制，重启动和核糖体的移框。如果造成无效突变，最安全的方法是使整个基因缺失。2、温度敏感突变体是一种条件致死突变株突变体某个基因的核苷酸序列发生变化，在非允许温度(高温)条件下，该基因编码的蛋白质不能形成或不能维持它的功能构型，在允许温度(低温)条件下，这一蛋白质能形成功能构型，允许突变体增殖。在一个给定的基因中，ts突变体能产生不同的表型，用于帮助鉴定特异功能位点和区域。

病毒蚀斑（空斑）：指病毒在单层细胞上形成的局限性病灶；病毒引起细胞病变的特征性表现。3、蚀斑或痘斑突变株bdcaPRV亲本株与突变株的空斑大小比较4、宿主范围突变株与野生型相比，宿主范围有所改变跨种感染/跨种传播（禽流感、SARS……)5、抗药性突变株在能特异性抑制病毒复制的药物存在下连续传代，获得抗药性突变株。与药物治疗相关的突变，导致耐药突变株的产生抗病毒药物：金刚烷胺、吗啉双胍、碘苷、达菲如：蛋白酶抑制剂（沙奎那韦）治疗HIV感染后，短期内病毒滴度下降2个数量级，但继续用药后病毒滴度常有反弹。耐药毒株蛋白酶出现G(48)V和L(90)M的突变。蓝色：VP1

绿色：VP2

红色：VP36、抗原突变株

流感病毒、口蹄疫病毒易发生抗原变异猪瘟病毒、牛瘟病毒还没有明显的抗原差异

抗原性突变是疫苗研制的难点流感、口蹄疫为什么难以控制？宿主范围广病毒亚型多抗原变异大传播速度快。。。7、回复突变体

一个病毒突变体能够通过某些途径回复到野生型表型，这种突变体称回复突变体。一般有3种途径：①在原来突变的核苷酸上发生回复突变，恢复野生型病毒的核苷酸序列(真正的回复突变)；②在原来突变基因上的另一个位点发生突变，使突变体恢复到野生型表型(基因内阻抑)；③在原来突变基因外的另一个基因上发生突变，产生野生型病毒表型(基因外阻抑)。多种表型同时改变的突变株5.3病毒的重组与重配由于两个或两个以上的病毒颗粒共同感染同一细胞时，病毒基因组物理性的相互作用，导致子代基因组结合有非亲本的遗传信息。5.3.1病毒重组机制动物病毒重组机制有3种（依赖于基因组的物理构成）：断裂-再连接（Intramolecularrecombination）拷贝选择(copy-choice)基因重配(reassortment)具单一核酸分子基因组的病毒的核酸分子内的序列转移。需要核酸分子的断裂及再连接，也就是需要病毒的重配。1、断裂-再连接(分子内重组)commoninDNAviruses2.拷贝选择

发生在部分具有单一分子基因组RNA病毒中，不涉及核酸分子的共价键断裂，RNA聚合酶选择性连接到静止模板链上进行RNA子代链的合成。+strand+strand-strand-strand+strandPicornavirusesA毒B毒子代毒具有分段基因组的病毒之间核酸片段的交换。重组过程中没有核酸分子的共价键的破坏，而是具有分段基因组病毒之间核酸片段交换，基因组各片段在子代病毒中随机分配。重组易发生于同种病毒的不同毒株之间

3.基因重配两个病毒之间的核酸片段交换Geneticoriginsofthepandemic(H1N1)2009virus:viralreassortmentPB2PB1PAHANPNAMPNSPB2PB1PAHANPNAMPNSPB2PB1PAHANPNAMPNSClassicalswine,N.AmericanlineageAvian,N.AmericanlineageHumanseasonalH3N2EurasianswinelineageEurasian

swineH1N1N.AmericanH1N1(swine/avian/human)Pandemic(H1N1)

2009,combining

swine,avianandhumanviralcomponents为什么流感难以预防和控制？（1）病毒亚型多根据NP和MS蛋白的不同，将流感病毒分为：A、B、C型。根据HA和NA蛋白抗原性的不同，又将流感病毒分为不同的亚型。目前，A型流感病毒有16种HA亚型和9种NA亚型。（2）抗原变异大（快）变异快是流感病毒的重要特点抗原性变异是A型流感病毒常见的一种自然变异，决定病毒的抗原性和致病性。变异率最高的是HA，其次是NA。这两种抗原变异可独立发生，有时只涉及一个（HA或NA），有时两个同时发生变异。抗原变异可分为抗原漂移（Antigenicdrift）和抗原转换（Antigenicshift)抗原漂移（AntigenicDrift）由于基因组自发的点突变引起小幅度的变异，当氨基酸改变积累到一定程度或突变氨基酸正好使抗原决定簇改变，则引起抗原性的变异。抗原转换（Antigenicshift）主要是指编码HA或NA的病毒基因发生基因重组或交换而导致HA或NA抗原的突变，由于突变幅度大，导致产生新的亚型，这种变异称为抗原转换。变异涉及的数量和幅度大小直接影响流行规模。driftcellshiftPrinciplesofantigenicdriftandshift（3）宿主范围广，且跨种传播H3N2H1N1+猪流感病毒可感染人，禽流感病毒及人流感病毒可感染猪在猪这一“混合容器”中相互循环，导致流感病毒基因重排。流感病毒基因重排示意图抗原性重组株宿主细胞亲代株病毒H3N2H1N1混合感染H3N2重组子代病毒H1N1H1N2H3N1（4）传播速度快2009.4-2010.4，甲型H1N1波及全球214个国家或地区，至少导致17798人死亡，感染人数几乎无法统计。中国内地感染人数至少12.3万，死亡714人。5.3.2病毒基因重组发生的对象活病毒间病毒与细胞之间灭活病毒与活病毒（两者不同但相关）之间灭活病毒（不同的基因被灭活）之间5.3.3病毒的复活(reactivation)

当发生复合感染（一个细胞被多个病毒同时感染）时，由于灭活病毒与参与感染的有活力的病毒间发生重组，或灭活病毒之间发生重组，从而产生有感染性的重组子代病毒的现象。交叉复活复感染复活病毒的复活根据参与复合感染的病毒类型不同，分为：交叉复活（crossreactivation）一株活性病毒与另一株相关但具有不同遗传标记的灭活病毒复合感染细胞，由于重组而产生具有灭活病毒某些遗传标记的病毒重组体，称为交叉复活或标记拯救（markerrescue）。亲代1亲代2子代

AST

ASCABC可遗传性变异复感染复活（multiplicityreactivation）基因型相同的多个灭活病毒颗粒感染同一细胞时，由于灭活病毒之间发生重组，产生有感染性的重组子代病毒。称为复感染复活(多数感染复活现象）。亲代1亲代2子代

ABC

ABCABC可遗传性变异5.3.4重组在兽医学研究中的应用

构建重组病毒：获得弱毒株或标记毒株用于疫苗生产TKwtPRVTKmutantPRVTKmutantPRVTKwildtypePRV遗传变异意义变异使病毒逃逸免疫监视——造成疾病流行。变异给抗病毒治疗造成困难。变异改变了病毒抗原(抗体）——造成检测的困难。变异改变了病毒的毒力——可获得减毒疫苗。19世纪80年代，Paster对Rabiesvirus野毒（街毒）连续传代，获得了有效、遗传稳定的狂犬减毒疫苗（固定毒）我国研制的猪瘟减毒活疫苗、马传贫减毒活疫苗沈荣显院士5.4影响病毒表型的病毒间相互作用

表型混合多倍体互补作用干扰作用不可遗传性变异5.4.1表型混合（杂）（phenotypicmixing)定义：病毒混合感染后产生一种具有来自于两种亲代病毒的表型特征（壳体或囊膜），但只具有其中一种病毒基因组的子代病毒的现象。不可遗传性变异混合壳体（mixingcapsid)转壳现象(transcapsidation)嵌合包膜(mosaicenvelope)不可遗传性变异分类：混合壳体（mixingcapsid)：不可遗传性变异两种亲代病毒的壳粒组成的壳体包装着其中一种病毒的基因组。一种病毒的基因组被包装在另一种病毒所编码的壳体中。（子代病毒称为假型病毒）。转壳现象(transcapsidation)：嵌合包膜(mosaicenvelope)：不可遗传性变异子代病毒的包膜具有两种亲代病毒的包膜糖蛋白抗原，但包膜内只含有一个亲代病毒的基因组。不可遗传性变异表型混合的特点：基因组没有发生改变宿主范围可能发生改变对中和抗体可能产生抗性5.4.2多倍体(只见于有包膜的病毒)：不可遗传性变异HeteropolyploidyPolyploidyPhenotypicmixing在一个病毒包膜内包装有几个核衣壳的病毒。异多倍体病毒：病毒包膜内包装的核衣壳来源于不同的病毒。

5.4.3互补作用(Complementation)不可遗传性变异

两种病毒混合感染时，一种病毒为另一种病毒提供了其必需的但又不能自己合成的基因产物，而促进了其增殖或者两种病毒互为提供对方所必需的基因产物，使双方的增殖有所促进。

Interactionatthefunctionallevel,NOTthenucleicacidlevel.根据参与混合感染的病毒有无活力、缺损与否将互补作用分为:1、辅助病毒与缺损病毒之间的互补①辅助病毒与卫星RNA②标准病毒与干扰缺损颗粒2、有活力病毒与灭活病毒之间的互补

eg.痘病毒科中的肖普氏纤维瘤病毒（引起良性纤维瘤）与粘液瘤病毒（高度的致死性）

兔纤维瘤病毒可使热灭活的粘液瘤病毒重新活化。不可遗传性变异给感染肖普氏纤维瘤病毒的兔子免疫灭活的粘液瘤病毒会导致什么后果？5.4.4干扰作用

干扰可发生于：不可遗传性变异

两种病毒混合感染时，一种病毒的增殖被另一种病毒所抑制的现象。不同的病毒之间同种病毒的不同毒株之间同一病毒的不同颗粒之间干扰形成的原因：干扰素诱导的干扰非干扰素诱导的干扰1.干扰素介导的干扰干扰素的发现1957年，Isaacs和Lindermann吸附有灭活的流感病毒的鸡胚绒毛尿囊膜加入培养基后继续培养，上清液具有抗流感病毒的作用。

——被刺激的细胞分泌了至少一种可溶性、能够干扰病毒繁殖的细胞因子。是一组由多种细胞在适宜诱生剂的作用下产生的具有抗病毒、抗肿瘤、免疫调节和维持细胞自身稳定等多种生物活性的糖蛋白，是一种重要的细胞因子。干扰素的性质TypesandpropertiesofinterferonPropertyIFN-αIFN-βIFN-γIFN-λPreviousdesignationsLeukocyteIFNTypeIFibroblastIFNTypeIImmuneIFNTypeIITypeIIIInducersViruses(RNA>DNA)dsRNAViruses(RNA>DNA)dsRNAAntigensMitogensViruses(RNA>DNA)dsRNAPrincipalsourceLeukocytesEpitheliumFibroblastLymphocytesPBMCDC1980,thefirstrhIFNwasproduced.

能够激活细胞的干扰素基因，使之进行表达产生干扰素的物质干扰素诱生剂诱生剂种类：天然的诱生剂：病毒、细菌、真菌、支原体和衣原体等及其产物合成诱生剂：聚核苷酸、阴离子聚合物、dsRNA等IFN与细胞表面的受体（含神经节苷脂）结合，激活干扰素刺激基因(IFN-stimulatinggenes,ISG),产生多种抗病毒蛋白(antiviralprotein,AVP)（主要是一些酶）：如蛋白激酶、２’－５’寡腺苷酸合成酶、磷酸二脂酶等。干扰素抗病毒作用的机制干扰素抗病毒作用的特点－无直接杀病毒作用－广谱－相对的种属特异性－不同病毒的敏感性不同非干扰素诱导的干扰同源干扰异源干扰