病毒的遗传与变异

关于病毒的遗传与变异第一节病毒的突变一、突变的定义病毒遗传物质核酸的组成或结构发生改变称为突变（mutation）。株(strain)、型(type)、变异株(variant)、突变体(mutant)、野生型(wild-type)、野外分离株(fieldisolates)通常用“株”来区分同一病毒的不同野生型，“型”是感染性中和作用确定的血清型的同义语。第2页,共28页，2024年2月25日，星期天

在没有任何已知诱变剂存在的条件下，一些病毒在子代中产生高比例的突变体。

DNA病毒中自发突变率为10-8-10-11，RNA病毒中为10-3-10-4。RNA复制酶缺少校正阅读活性。

二、自发突变（spontaneousmutation）第3页,共28页，2024年2月25日，星期天RNA病毒由于其复制的保真度较低，因此，人们提出了准种（quasispecies）的概念。所谓准种，即是一组自身复制的分子，它们彼此不同，但又密切相关。第4页,共28页，2024年2月25日，星期天准种的演变是从一个原始的特定病毒序开始的，该病毒的每一轮复制均导致变异株的出现。因此，在任何时点，某病毒群（viralpopulation）总是由常见的代表性序列即主序列（mastersequence）和一组不同的但又密切相关的序列（变异株）所组成。所有这些相关的序列（变异株），不管其所占比例如何，均被认为是一群复制体（replicon），表现为动态的基因相互作用（dynamicgeneticinteraction）。第5页,共28页，2024年2月25日，星期天当环境发生改变时，在原病毒群中已存在的各种变异株，以及在复制过程中新生代的变异株中，将被选择出最适应于新环境的变异株。尔后，被选择出的变异株又面临新环境的变化。为了其子代能继续复制，将再次被选择出适应新环境的变异株。如此周而复始，不断形成新的病毒群（即准种）。第6页,共28页，2024年2月25日，星期天

利用自然界各种物理或化学诱变剂处理野生型病毒，提高病毒群体的突变率，称为诱发突变。体外诱变剂，对病毒静态核苷酸进行化学修饰，使其在后面的复制中发生错配，包括亚硝酸、羟胺、烷化剂等。体内诱变剂，它们的作用需要代谢活跃的核苷酸，一组为碱基类似物，另一组为插入剂。UV偶尔也用于病毒的诱变。三、诱发突变（inducedmutation）第7页,共28页，2024年2月25日，星期天

从突变引起的遗传信息的意义改变来看，可分为同义突变、错义突变和无义突变。有不少错义突变的产物仍然有部分活性，使表型介于突变型和野生型之间，为渗漏突变型。有些错义突变不影响或基本不影响蛋白质活性，不表现明显的性状变化，为中性突变，中性突变和同义突变又常称为沉默突变（silentmutation）。

四、病毒突变类型第8页,共28页，2024年2月25日，星期天

从突变带来的表型改变来看，可分为噬菌斑形态突变体、致死突变体、条件致死突变体和生化突变体。噬菌斑形态突变体是指造成宿主细胞噬菌斑形态改变的突变体。条件致死突变体是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，如温度敏感突变体，28－35℃可增殖，37－40℃不能增殖，具有减低毒力而保持免疫原性的特点。生化突变体最常见的有营养缺陷型突变体和抗药性突变体。第9页,共28页，2024年2月25日，星期天宿主范围突变株：病毒基因组改变影响了对宿主细胞的感染范围，可感染野生型病毒不能感染的细胞。抗原性变异，病毒毒力变异。第10页,共28页，2024年2月25日，星期天五、回复突变

回复突变(reversemutation):突变体(mutant)经过第二次突变又完全地或部份地恢复为原来的基困型或表型。完全恢复是由于突变的碱基顺序经第二次突变后又变为原来的碱基顺序，故亦称真正的回复突变。部分恢复是由于第二次突变发生在另一部位上，其结果是部分恢复原来的表型，亦称为第二位点突变(secondsitemutation)或基因内校正(intragenicsuppression)。此时原来的突变位点依然存在，而它的表型效应被基因组上第二位点的突变所抑制，因而第二次突变又称抑制突变（suppressormutation）

第11页,共28页，2024年2月25日，星期天第二节病毒的重组改变的类型改变内容突变类型多肽序列改变多肽功能影响取代单核苷酸代换同义突变无（密码简并）无错义突变氨基酸代换因氨基酸及序位而定无义突变延伸提前终止一般失去增加—缺失单、寡核苷酸插入或缺失移框突变突变点后序列改变一般失去重组基因组片段连接次序改变病毒突变的分子机制第12页,共28页，2024年2月25日，星期天一、病毒重组的机制病毒变异，除了自发和诱发突变外，还可能因病毒混合感染引起病毒之间的遗传重组而发生。当两种或多种病毒感染同一宿主细胞—混合感染时，有时发生两株病毒基因组之间基因的交换、重配等遗传结构较大的变化，这就是病毒的基因重组。根据病毒核酸是连续还是分节段，依次将病毒的基因重组分为分子内重组（intramolecularrecombination）和基因重配（geneticreassorment）。分子内重组还可以分为断裂连接模式（strandbreakageandreligation）和拷贝选择模式（copy-choice）

第13页,共28页，2024年2月25日，星期天断裂连接模式：通常发生在单一分子基因组的DNA或RNA病毒中，重组需要核酸分子的断裂及与其他核酸分子的再连接，即需要病毒的交配。

××第14页,共28页，2024年2月25日，星期天

拷贝选择重组（copy-choicerecombination）：发生在部分具单一分子基因组RNA病毒中（脊髓灰质炎病毒、口疹病毒、冠状病毒、口蹄疫病毒等），仍属于分子内重组，不涉及核酸分子共价键的断裂，RNA聚合酶选择性连接的模板链上合成子代链，子代链是不同模板链的拼接。基因重配：发生在具分段基因组的RNA病毒中（流感病毒、呼肠孤病毒、布尼安病毒和沙粒病毒等），重组时，各片段在子代中随机分布。第15页,共28页，2024年2月25日，星期天重组机制亲代1×亲代2子代示例分子内重组AbCABcABCAbcDNA病毒和少数RNA病毒（小RNA病毒）的突变体之间ABCASTABTASCDNA病毒不同毒株之间ABCDXYZABCZ腺病毒失去基因D，获得SV40基因ZABC12312ABC3温和噬菌体、肿瘤病毒基因组整合进细胞的基因组基因重配A/b/CA/B/cA/B/C基因组分节段的RNA病毒A/B/CA/S/TA/S/CA/B/T说明：A等字母代表有活性的病毒基因；1，2，3表示有活性的细胞基因；b,c为突变体基因；ABC等字母代表连续线状基因组；A/B/C表示分节段基因组

两种病毒混合感染引起病毒基因组重组的几种方式第16页,共28页，2024年2月25日，星期天二、基因重组的遗传学效应

1、复活现象复合感染（multipleinfection）：一个细胞被多个病毒同时感染。复活（reactivation）：复合感染时，灭活的病毒之间发生重组或灭活的病毒与有活力的病毒间发生重组，从而产生有感染活性重组子代病毒。第17页,共28页，2024年2月25日，星期天复活现象亲代1亲代2子代说明交叉复活紫外灭活者与异品系的相关病毒之间abCa/b/CASTA/S/TASCA/S/C用基因重排或分子内重组拯救亲代灭活基因C多重复活不同基因失活的同种病毒的不同毒粒之间ABcA/B/cAbCA/b/CABCA/B/C基因B,C的重组或重配产生有活性的子代病毒病毒复活现象说明：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等字母代表连续线状基因组；A/B/C表示分节段基因组第18页,共28页，2024年2月25日，星期天

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，产生具有灭活病毒某些遗传标记的活性病毒重组体，这类病毒复活现象称为交叉复活，又称标记拯救（markerrescue）。首先在T4噬菌体中发现。应用：可以选择性地获得病毒重组体。（1）交叉复活（crossreactivation）第19页,共28页，2024年2月25日，星期天活病毒与灭活病毒之间（交叉复活）A3株（流行株）新A3抗原鸡胚中增殖不良A1株（非流行株）旧A1抗原鸡胚中生长良好鸡胚中共同培养重组体（理想疫苗）有A3抗原鸡胚中生长良好UV灭活第20页,共28页，2024年2月25日，星期天

当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体子代病毒。如流感病毒、呼肠孤病毒、狂犬病毒、脊髓灰质炎病毒和痘病毒。这是因为两种病毒核酸上受损害的基因部位不同，由于重组合相互弥补而得到复活。因此现今不用紫外线灭活病毒制造疫苗，以防病毒复活的危险。（2）多重复活

（mutliplicityreactivation）第21页,共28页，2024年2月25日，星期天第三节影响病毒表型的病毒间相互作用一、表型混杂（phenotypicmixing）病毒混合感染产生一种具有两个亲代病毒结构蛋白（壳体或囊膜）的子代。其一种极端现象为转壳现象。病毒的表型混杂为一种暂时现象，随传代而消失。无囊膜病毒中，亲缘关系密切的病毒间经常发生表型混杂，常出现转壳现象。有囊膜病毒的表型混杂常表现为一个病毒的核衣壳包埋在另一个病毒的囊膜中，形成伪型病毒。也有囊膜蛋白的嵌合混杂。第22页,共28页，2024年2月25日，星期天第23页,共28页，2024年2月25日，星期天

二、互补作用（complementation）：即病毒感染过程中基因产物间的相互作用，其结果是一种或两种亲本病毒产量增加，而两种病毒在基因水平上并未改变。在这种情况下，一种病毒为另一个存在某种功能缺陷的病毒提供了该种功能基因产物。第24页,共28页，2024年2月25日，星期天三、病毒间的干扰

（1）干扰的定义：

在两种病毒共同感染同一种细胞时，可发生一种病毒抑制另一种病毒复制的现象。干扰现象可在同种以及同株的病毒间发生，后者如流感病毒的自身干扰。异种病毒和无亲缘关系的病毒之间也可以干扰，且比较常见。第25页,共28页，2024年2月25日，星期天（2）干扰的类型a.自身干扰：在复制过程中产生了缺陷性干扰颗粒（defectiveinterfering

particle,DIP），能干扰同种的正常病毒在细胞内复制，如流感病毒在鸡胚尿囊液中连续传代，则DIP逐渐增加而发生自身干扰。b.同种干扰：同种异型（流感病毒A、B）同型异株（流感病毒A1、A2）c.异种干扰：第一种病毒占据或破坏了宿主细胞的表面受体或者改变了宿主细胞的代谢途径因而阻止另一种病毒的吸附或穿入，如粘病毒等；另外，也可能是阻止第二种mRNA的转译，如脊髓灰质炎病毒干扰水泡性口炎病毒。第26