病毒的遗传与变异 (2)优秀课件
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《病毒的遗传与进化》课件
《病毒的遗传与进化》 PPT课件
病毒，这微小而神秘的存在，隐藏了无尽的遗传与进化之谜。在这个PPT课件 中，我们将探索病毒的结构、功能、复制、进化和致病机理等方面，一起揭 秘病毒的奥秘。
什么是病毒
病毒是一种简单的非细胞生物，具有基因组并能在宿主细胞中复制。它们贪婪地寄生在生物体内，引发各种感染和 疾病。
病毒基因组中发生单个核苷酸替换、插入或删除。
2
基因重排
不同部分的基因组在病毒中重新组合，产生新的基因结构。
3
基因借用
病毒从宿主染色体中获取基因并嵌入自身基因组。
病毒遗传变异的相互关系
病毒遗传变异的不同类型相互关联，相互推动病毒的进化和适应能力。这些变异可能一起发生，造成更复杂的遗传 多样性。
病毒流行病学与地理分布
病毒的分类
Байду номын сангаасRNA病毒
具有RNA基因组的病毒，如流感病毒、HIV等。
DNA病毒
具有DNA基因组的病毒，如乙型肝炎病毒、疱疹病毒等。
病毒的基因组结构和功能
病毒的基因组可以是单链或双链的DNA或RNA，它们携带了病毒的遗传信息和编码致病蛋白的指令。
病毒的复制和扩散途径
1
侵入宿主细胞
病毒通过细胞表面的受体蛋白结合，进入宿主细胞内部。
突变
基因组的自然突变或由外部因素引 起的突变，导致病毒产生新特征。
病毒遗传变异的原因
1 基因复制错误
病毒复制过程中的错误导致基因组变异。
2 交互感染
不同病毒株在同一宿主细胞内交互感染，导致基因重组。
3 宿主免疫压力
宿主的免疫系统对病毒施加压力，促使病毒变异以逃避免疫攻击。
病毒遗传变异的类型
1
点突变
病毒，这微小而神秘的存在，隐藏了无尽的遗传与进化之谜。在这个PPT课件 中，我们将探索病毒的结构、功能、复制、进化和致病机理等方面，一起揭 秘病毒的奥秘。
什么是病毒
病毒是一种简单的非细胞生物，具有基因组并能在宿主细胞中复制。它们贪婪地寄生在生物体内，引发各种感染和 疾病。
病毒基因组中发生单个核苷酸替换、插入或删除。
2
基因重排
不同部分的基因组在病毒中重新组合，产生新的基因结构。
3
基因借用
病毒从宿主染色体中获取基因并嵌入自身基因组。
病毒遗传变异的相互关系
病毒遗传变异的不同类型相互关联，相互推动病毒的进化和适应能力。这些变异可能一起发生，造成更复杂的遗传 多样性。
病毒流行病学与地理分布
病毒的分类
Байду номын сангаасRNA病毒
具有RNA基因组的病毒，如流感病毒、HIV等。
DNA病毒
具有DNA基因组的病毒，如乙型肝炎病毒、疱疹病毒等。
病毒的基因组结构和功能
病毒的基因组可以是单链或双链的DNA或RNA，它们携带了病毒的遗传信息和编码致病蛋白的指令。
病毒的复制和扩散途径
1
侵入宿主细胞
病毒通过细胞表面的受体蛋白结合，进入宿主细胞内部。
突变
基因组的自然突变或由外部因素引 起的突变，导致病毒产生新特征。
病毒遗传变异的原因
1 基因复制错误
病毒复制过程中的错误导致基因组变异。
2 交互感染
不同病毒株在同一宿主细胞内交互感染，导致基因重组。
3 宿主免疫压力
宿主的免疫系统对病毒施加压力，促使病毒变异以逃避免疫攻击。
病毒遗传变异的类型
1
点突变
微生物课件13.病毒的遗传与变异2
Recombination（基因重组）
dsDNA virus
核酸断裂
交叉连接 基因重排
我中有你， 你中有我
基因复活：特殊类型的基因重组
❖ 标记补救 (marker rescue)
活病毒 死病毒
❖ 多重复活
(multiplicity reactivation)
大量死病毒
共感染
活病毒与死病毒间 的基因重组
病毒基因突变特点
突变频率10-4～10-8，略高于细菌 原因： ❖病毒基因组小，复制快 ❖病毒多聚酶保真性差，复制时易发生错
误 ❖RNA病毒无校正机制 DNA virus mutation rate: 10−8 to10−6 RNA virus mutation rate: 10−6 to 10−4
病毒突变的类型
❖点突变(point mutation)
温度敏感突变株 (temperature-sensitive mutant) 宿主范围突变株 (host-range mutant) 耐药突变株 (drug resistant mutant)
❖缺失突变(deletion) ❖插入突变(insertion)
individual viral proteins released in host cells)
特点： 非遗传物质改变 极不稳定 ，易恢复原有性状 诊断困难 类型： 互补作用 (complementation) 表型混合和表型交换
(phenotypic mixing & phenotypic exchange)
宿主范围突变株
（host-range mutant, hr突变株）
特征—能感染非敏感动物或非敏感细胞的突变株 原因—基因突变影响蛋白质对细胞的吸附或相互
病毒的遗传分析ppt课件
哈工大-遗传学
第五章 病毒的遗传分析
突变位点 在同一顺
反子内
突变位点 不在同一 顺反子内
顺式测验
反式测验
+− ++
当顺式有功能，而反式没有功能时，突变位点突变位点在同一 顺反子内；当顺式有功能，而反式也有功能时，突变位点突变位点在 不同顺反子内。
哈工大-遗传学
第五章 病毒的遗传分析
第五章 病毒的遗传分析
(二)、φX174噬菌体
（1）基因组的结构特点 DNA含有5386个核苷酸，编码总分子量
为25万的11个蛋白质分子。Sanger发现存 在着重叠基因。
哈工大-遗传学
第五章 病毒的遗传分析
（2）φX174噬菌体突变型在遗传学中的应用
互补实验: 两点测交: 三点测交:
哈工大-遗传学
第五章 病毒的遗传分析
3.0% 2.0% 1.5%
(1). a、b、c 三个基因在连锁图上的次序如何？为什么它们 之间的距离不是累加的？
(2). 假定三因子杂交，ab+c × a+bc+, 预期哪两种类型的重 组子频率最低？ (3). 计算(2)所假定的三因子杂交中，各重组类型的频率？
哈工大-遗传学
第五章 病毒的遗传分析
野生型重组体。
哈工大-遗传学
第五章 病毒的遗传分析
λ噬菌体基因分为两类：
❖ 噬菌斑形成所必需的基因，在基因组中以大 写字母表示
❖ 噬菌体斑形成非必需的基因，用小写字母或 希腊字母表示
哈工大-遗传学
第五章 病毒的遗传分析
噬菌斑形成所必需的基因
1）A、W、B、C、D、E、F基因是头部形成必需基因 2）Z、U、V、G、T、H、M、L、K、I、J是尾部形成必需基 因 3）O、P是噬菌体复制的必需基因 4）S、R是细菌细胞裂解及子代噬菌体释放的必需基因 5）N、Q是正调节基因，可促进噬菌斑的形成
病毒的遗传与变异(2)
•
实质：缺失干扰病毒通过有效地竞争聚
合酶等复制元件而干扰正常病毒的增殖.
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3.2.病毒间的干扰
• 病毒间产生干扰的机理可以有四种
• ①病毒作用于宿主细胞（病毒寄生的机体）， 诱导机体产生抑制病毒复制的蛋白质，被称为 干扰素；
• ②第一种病毒破坏了表面能与病毒结合，让病 毒进入的部位，或者改变了宿主细胞的代谢途 径，因而阻止了另一种病毒的吸附与穿入（例 如粘病毒）；
• 株（strain）:区分同一病毒的不同野生型. • 型（type）:感染性中和作用确定的血清型. • 变异株（variant）:用来表示表型和野生型
不同,但遗传学依据还不清楚的病毒株.
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8
1.病毒的突变
• 病毒突变一般分为自发突变和诱导突变。 • 自发突变是在没有任何已知诱变剂的条件下，病毒子
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3.2.病毒间的干扰
• 发生在同源病毒或亲缘关系近的病毒间.
•
现象：一个病毒在高速繁殖的情况下连
续传代,后代病毒颗粒产量相对稳定,但其中感
染性病毒产量随着传代数的增加迅速下降,在
病毒种群中存在着影响感染性病毒繁殖的干扰.
•
原因：检查发现，种群中有缺失突变体
即缺失干扰病毒。
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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
旧A1抗原 A1株（非流行株）
鸡胚中生长良好
UV 灭活
鸡胚中共同培养
重组体（理想疫苗）
有A3抗原
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鸡胚中生长良好
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2.2.病毒的复活
• 复感染复活:基因型相同的几个灭活病毒颗粒 感染同一细胞,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
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维瘤）与粘液瘤病毒（高度的致死性）
（四）干扰作用
两种病毒混合感染时，一种病毒的繁殖 被另一种病毒所抑制的现象。 干扰可发生于不同的病毒之间，也可发 生于同种病毒的不同毒株，甚至同一病毒的 不同颗粒之间。
1. 干扰素诱导的干扰
（1） 干扰素（interferon,IF) 是一组具有多种生物学功能的糖蛋白， 它是具有正常生物功能的细胞在适宜诱生剂 作用下产生的，具有抗病毒、抗肿瘤、免疫 调节、维持细胞自身稳定等多种生物活性。
3、嵌合包膜
两种不同的病毒混合感染同一细胞培养 时，产生的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。这种具有两种亲代病毒 包膜特征的包膜称为嵌合包膜。
（二）多倍体病毒
多倍体病毒：在一个病毒包膜内包装有几 个核衣壳的病毒。只见于有包膜的病毒。 异多倍体病毒：两种不同的病毒混合感染 时产生的多倍体病毒。
（三）互补作用
两种病毒混合感染时，由于一种病毒为 另一种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。
互补作用主要包括两种：
1．辅助病毒与缺损病毒之间的互补 ①辅助病毒与卫星RNA ②辅助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 痘病毒科中的纤维瘤病毒（引起良性纤
5-氮杂胞苷等，导致碱基的转换或颠换。 嵌入剂：吖啶类染料 导致碱基增加或缺失，
发生移框突变
2．按核酸发生变化的类型，即核苷酸的置换，缺 失进行分类：
（1）沉默突变 A 三联密码子的碱基发生改变，而所编码的AA
不变。
GGA GGC GGU GGG 四个密码转译的AA均为甘 氨酸。
B 碱基改变，导致编码的AA改变，但不影响蛋 白质的构型和稳定性，基因组的表型仍维持原状。
病毒的遗传与变异 (2)优秀课件
一、病毒的突变 指生物体的表型所发生的突然性的可遗传
的改变。 （一）突变的类型 1、按引起突变的原因分： （1）自发突变
病毒在无任何已知的诱变剂存在的条件下 所发生的突变。 RNA病毒的自发突变频率较DNA病毒高。
（2） 诱发突变 利用各种物理或化学诱变剂处理野生
毒培养的研究。 特点：对原宿主毒力减弱，对新宿主的毒
力逐渐增强
3．蚀斑或痘斑突变株
病毒蚀斑（空 斑）：指病毒 在已长成的单 层细胞上形成 的局限性病灶。
4．冷适应突变株（毒力较野生型弱） 能在比野生型通常的复制温度或复制的
最适温度要低的温度下进行复制的突变体。 通过病毒长期低温传代培养获得。
5．毒力突变株 6．抗原突变株
反转录病毒的两个基因重组模型
2．基因重配
具有分段基因组的病毒之间核酸片段的交 换。
重组易发生于同种病毒的不同毒株之间 不同种的病毒之间或不同科的病毒之间较
少发生重组。
两个病毒之间的核酸片段交换
三．病毒之间的非遗传性相互作用
（一）表型混合
因病毒混合感染而产生一种具有来自于两种亲 代病毒的表型特征，但只具有其中一种病毒基因组 的子代病毒的现象。
1．活病毒间的基因重组 2．交叉复活：指活病毒与灭活病毒之间的 基因重组，子代病毒具备灭活病毒的某些性状。 3．多数感染复活现象：以同株灭活病毒大 量感染敏感细胞时，产生活的感染性病毒的现 象。 4．病毒与细胞之间的重组
（二）病毒的重组方式
1． 分子内重组 具单一核酸分子基因组的病毒的核酸分
子内的序列转移。这一过程的完成需要核酸 分子的断裂及与其它核酸分子的再连接，也 就是需要病毒的交配。
型病毒群体所引起的病毒突变。
常用诱变剂
①体外诱变剂 亚硝酸：使腺嘌呤脱氨变成次黄嘌呤，复制时
次黄嘌呤与胞嘧啶配对（AT-GC）或使胞嘧啶 脱氨转变成尿嘧啶，导致CG-TA。 烷化剂：在碱基的许多部位起作用，特别是烷 化嘌呤的N7部位。甲基磺酸乙酯（EMS）、 甲基磺酸酸甲酯（MMS）。
②体内诱变剂 碱基类似物：2-氨基嘌呤、5-溴脱氧尿苷、
1. 条件致死突变株 在实验者所规定的某些条件下不能繁殖，
但在允许条件下能够繁殖，而相应的野生型在 这两种条件下都能繁殖。其中比较有用的是温 敏突变体，它较野生型毒株的毒力要低。
2．宿主范围突变株 与野生型相比，宿主范围有所改变。 比较有用的是适应新宿主的突变体，其意
义是：①获得弱毒株 ②利用细胞代替原宿主实验动物进行病
（2）误意突变 改变的AA处于结构上的重要位置，多
肽的正常功能丧失。 （3）无意突变
多肽合成完成前终止，多肽功能丧失。 （4）移框突变
病毒基因组小的缺失。 （5）缺失突变
大的缺失。
3．按病毒表达的表型分类
毒力突变、 蚀斑突变、 宿主范围突变、 抗原突变、 对化学药物的感受性突变、 对温度的感受性突变
(2) 干扰素抗病毒作用的特点
① 干扰素不能杀灭病毒，其抗病毒作用不是 直接的，而是一种间接的作用。
流感病毒、口蹄疫病毒易发生抗原变异 猪瘟病毒、牛瘟病毒还未发现有明显的 抗原差异
7．抗药性突变株 抗病毒药物：金刚烷胺、吗啉双胍、碘苷、
5-溴脱氧尿嘧啶核苷。 8．同变体（共变体）
多种表型同时改变的突变株
二．基因重组
由于两个或两个以上的病毒颗粒共 同感染同一细胞时所发生的遗传物质的 交换。
（一）基因重组的类型
（二）病毒突变株
❖株：指同一病毒的不同野生型。 ❖型：利用补体结合反应、沉淀反应、红细胞凝集抑
制反应以及中和试验等血清学方法所确定的病毒的 血清型。
❖突变体：指有明确的突变而不同于野生型，并且通
常是在实验室产生的病毒。
❖变异株（变种）指表型不同于野生型，但变异产
生的基因型依据还不清楚的病毒。
病毒突变株的类型
eg. 大肠杆菌噬菌体T2 只感染大肠杆菌B/4株 T4 只感染大肠杆菌B/2株
病毒的表型混合
1、混合壳体
无包膜的病毒混合感染时，产生的子代 病毒体的壳体由两种亲代病毒所产生的壳粒 组成，但壳体内只包装着其中一种病毒的基 因组。
2、转壳现象 两种不同的病毒混合感染同一细胞培养时，
产生的子代病毒为其中一种病毒的基因组包装 在另一种病毒所编码的壳体中的现象。所产生 的子代病毒称为假型病毒。
（四）干扰作用
两种病毒混合感染时，一种病毒的繁殖 被另一种病毒所抑制的现象。 干扰可发生于不同的病毒之间，也可发 生于同种病毒的不同毒株，甚至同一病毒的 不同颗粒之间。
1. 干扰素诱导的干扰
（1） 干扰素（interferon,IF) 是一组具有多种生物学功能的糖蛋白， 它是具有正常生物功能的细胞在适宜诱生剂 作用下产生的，具有抗病毒、抗肿瘤、免疫 调节、维持细胞自身稳定等多种生物活性。
3、嵌合包膜
两种不同的病毒混合感染同一细胞培养 时，产生的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。这种具有两种亲代病毒 包膜特征的包膜称为嵌合包膜。
（二）多倍体病毒
多倍体病毒：在一个病毒包膜内包装有几 个核衣壳的病毒。只见于有包膜的病毒。 异多倍体病毒：两种不同的病毒混合感染 时产生的多倍体病毒。
（三）互补作用
两种病毒混合感染时，由于一种病毒为 另一种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。
互补作用主要包括两种：
1．辅助病毒与缺损病毒之间的互补 ①辅助病毒与卫星RNA ②辅助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 痘病毒科中的纤维瘤病毒（引起良性纤
5-氮杂胞苷等，导致碱基的转换或颠换。 嵌入剂：吖啶类染料 导致碱基增加或缺失，
发生移框突变
2．按核酸发生变化的类型，即核苷酸的置换，缺 失进行分类：
（1）沉默突变 A 三联密码子的碱基发生改变，而所编码的AA
不变。
GGA GGC GGU GGG 四个密码转译的AA均为甘 氨酸。
B 碱基改变，导致编码的AA改变，但不影响蛋 白质的构型和稳定性，基因组的表型仍维持原状。
病毒的遗传与变异 (2)优秀课件
一、病毒的突变 指生物体的表型所发生的突然性的可遗传
的改变。 （一）突变的类型 1、按引起突变的原因分： （1）自发突变
病毒在无任何已知的诱变剂存在的条件下 所发生的突变。 RNA病毒的自发突变频率较DNA病毒高。
（2） 诱发突变 利用各种物理或化学诱变剂处理野生
毒培养的研究。 特点：对原宿主毒力减弱，对新宿主的毒
力逐渐增强
3．蚀斑或痘斑突变株
病毒蚀斑（空 斑）：指病毒 在已长成的单 层细胞上形成 的局限性病灶。
4．冷适应突变株（毒力较野生型弱） 能在比野生型通常的复制温度或复制的
最适温度要低的温度下进行复制的突变体。 通过病毒长期低温传代培养获得。
5．毒力突变株 6．抗原突变株
反转录病毒的两个基因重组模型
2．基因重配
具有分段基因组的病毒之间核酸片段的交 换。
重组易发生于同种病毒的不同毒株之间 不同种的病毒之间或不同科的病毒之间较
少发生重组。
两个病毒之间的核酸片段交换
三．病毒之间的非遗传性相互作用
（一）表型混合
因病毒混合感染而产生一种具有来自于两种亲 代病毒的表型特征，但只具有其中一种病毒基因组 的子代病毒的现象。
1．活病毒间的基因重组 2．交叉复活：指活病毒与灭活病毒之间的 基因重组，子代病毒具备灭活病毒的某些性状。 3．多数感染复活现象：以同株灭活病毒大 量感染敏感细胞时，产生活的感染性病毒的现 象。 4．病毒与细胞之间的重组
（二）病毒的重组方式
1． 分子内重组 具单一核酸分子基因组的病毒的核酸分
子内的序列转移。这一过程的完成需要核酸 分子的断裂及与其它核酸分子的再连接，也 就是需要病毒的交配。
型病毒群体所引起的病毒突变。
常用诱变剂
①体外诱变剂 亚硝酸：使腺嘌呤脱氨变成次黄嘌呤，复制时
次黄嘌呤与胞嘧啶配对（AT-GC）或使胞嘧啶 脱氨转变成尿嘧啶，导致CG-TA。 烷化剂：在碱基的许多部位起作用，特别是烷 化嘌呤的N7部位。甲基磺酸乙酯（EMS）、 甲基磺酸酸甲酯（MMS）。
②体内诱变剂 碱基类似物：2-氨基嘌呤、5-溴脱氧尿苷、
1. 条件致死突变株 在实验者所规定的某些条件下不能繁殖，
但在允许条件下能够繁殖，而相应的野生型在 这两种条件下都能繁殖。其中比较有用的是温 敏突变体，它较野生型毒株的毒力要低。
2．宿主范围突变株 与野生型相比，宿主范围有所改变。 比较有用的是适应新宿主的突变体，其意
义是：①获得弱毒株 ②利用细胞代替原宿主实验动物进行病
（2）误意突变 改变的AA处于结构上的重要位置，多
肽的正常功能丧失。 （3）无意突变
多肽合成完成前终止，多肽功能丧失。 （4）移框突变
病毒基因组小的缺失。 （5）缺失突变
大的缺失。
3．按病毒表达的表型分类
毒力突变、 蚀斑突变、 宿主范围突变、 抗原突变、 对化学药物的感受性突变、 对温度的感受性突变
(2) 干扰素抗病毒作用的特点
① 干扰素不能杀灭病毒，其抗病毒作用不是 直接的，而是一种间接的作用。
流感病毒、口蹄疫病毒易发生抗原变异 猪瘟病毒、牛瘟病毒还未发现有明显的 抗原差异
7．抗药性突变株 抗病毒药物：金刚烷胺、吗啉双胍、碘苷、
5-溴脱氧尿嘧啶核苷。 8．同变体（共变体）
多种表型同时改变的突变株
二．基因重组
由于两个或两个以上的病毒颗粒共 同感染同一细胞时所发生的遗传物质的 交换。
（一）基因重组的类型
（二）病毒突变株
❖株：指同一病毒的不同野生型。 ❖型：利用补体结合反应、沉淀反应、红细胞凝集抑
制反应以及中和试验等血清学方法所确定的病毒的 血清型。
❖突变体：指有明确的突变而不同于野生型，并且通
常是在实验室产生的病毒。
❖变异株（变种）指表型不同于野生型，但变异产
生的基因型依据还不清楚的病毒。
病毒突变株的类型
eg. 大肠杆菌噬菌体T2 只感染大肠杆菌B/4株 T4 只感染大肠杆菌B/2株
病毒的表型混合
1、混合壳体
无包膜的病毒混合感染时，产生的子代 病毒体的壳体由两种亲代病毒所产生的壳粒 组成，但壳体内只包装着其中一种病毒的基 因组。
2、转壳现象 两种不同的病毒混合感染同一细胞培养时，
产生的子代病毒为其中一种病毒的基因组包装 在另一种病毒所编码的壳体中的现象。所产生 的子代病毒称为假型病毒。