第五章 病毒的遗传与变异

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• 机制 • 紫外线，可诱发嘧啶二聚体的形成，该 二聚体可被光复活酶识别而解聚，该过 程是一个易错修复过程，可导致较高的 突变频率。紫外线也可造成RNA改变，但 其作用机制尚不清楚。
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1.4. 病毒突变类型
• 1.4.1位点突变和缺失突变
• 位点突变是指病毒基因组的核苷酸碱基发生了 改变，这就使由基因组控制的病毒多肽的特性 受到影响。碱基改变导致某个氨基酸的变化， 有时该氨基酸的改变不影响蛋白质的构型和稳 定性，此时基因组的表型仍维持原状。如果改 变的氨基酸位于蛋白结构的重要位臵，那么多 肽的正常功能就会丧失，此称错义突变。
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原因: RNA基因组复制臵信度低,复制酶 中缺少校正阅读活性.
自发突变的结果:很难保持一个完全同 源的病毒种群.
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1.3.诱发突变
诱发突变:利用自然界各种物理或化学诱变剂处 理野生型病毒,提高病毒群体中的突变率. 诱变剂计量:以达到既能增加所需表型的突变率, 又能将每个病毒基因组多重突变率降低到最低.
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活病毒与灭活病毒之间（交叉复活）
新A3抗原 A3株（流行株）
鸡胚中增殖不良
鸡胚中共同培养 旧A1抗原 UV
A1株（非流行株）
鸡胚中生长良好
灭活
重组体（理想疫苗） 有A3抗原 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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1.5. 几种动物病毒突变体
• ⑥抗原突变体 外壳蛋白抗原性 病毒抗 原性差别的表现。如流感病毒的变异，具体表
现为表面抗原(血凝素和神经氨酸酶)的变异
• ⑦回复突变体 回变的三条途径：核苷酸回变、
突变基因另一点突变、突变基因外一基因突变
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2.病毒的重组
• 2.1.病毒的重组机制 • 病毒重组:两个或多个病毒颗粒的遗传物
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病毒的变异
• 病毒的变异主要源于：
• 1）基因组的突变 • 2）基因组的重组
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• 本章内容： • 1.病毒的突变 • 2.病毒的重组 • 3.影响病毒表型的病毒间相互作用 • 4.哺乳动物病毒表达载体
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1.病毒的突变
• 1.1.突变及有关的概念 • • 突变:病毒遗传物质-核酸的组成或结构发生
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1.5. 几种动物病毒突变体
• ①无效突变体：病毒的一个基因完全失活。 非必需基因 必需基因 • ②温度敏感突变体： 非允许、允许温度下 蛋白质功能的变化 是指在较低温度下繁 殖，但在较高温度下不能繁殖，而相应的野生 型在这两种温度都能繁殖的突变体。
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1.5. 几种动物病毒突变体
• ③蚀斑突变体 变化
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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： • ③阻止第二种病毒遗传信息不能指令病毒蛋白 质的制造——翻译。这样，另一种病毒的繁殖 被干扰。例如，脊髓灰质炎病毒可以通过这种 途径干扰水疱性口炎病毒； • ④产生缺陷病毒：这是因为病毒基因组缺少一 段特殊的RNA，干扰了病毒的复制，这种缺陷 病毒又称缺陷性病毒颗粒（defective inhibition paticle，DIP），能干扰同种的 正常病毒在细胞内的复制，如流感病毒在鸡胚 尿囊液中连续传代则逐渐增加 DIP，因而发生 自身干扰。
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位点突 变 核苷酸碱基发生改变 某个氨基酸的变化
不影响蛋白质的构型和稳定性
位于蛋白结构的重要位置
基因组的表型仍维持原状
多肽的正常功能就会丧失
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1.4.1位点突变和缺失突变
缺失突变是指病毒基因组的一部分被丢失， 从而使病毒的特性发生改变。如果缺失的那部 分核酸序列是无关紧要的，那么病毒的表型不 会受到明显影响；如果是关键部分，则病毒将
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3.病毒间的相互作用
• 3.1.表型混杂 • 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),这种现 象称表型混杂. • 由于表型混杂所产生表型变异个 体，因遗传结构并未发生任何改变，故 经单代传代都会恢复正常表型。
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表型混杂
no changes in genome possibly altered host range possibly resistant to antibody neutralization
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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）；
改变.
突变体:携带突变的生物个体或群体或株系.
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突变基因:包含突变位点的基因.
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1.病毒的突变
• 1.1.突变及有关的概念
• 野生型病毒（wild type）:指原来的，通常是 实验室适应的,并用其进行突变体选择和比较 的病毒株. • 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.
• 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。 • 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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2.2.病毒的重组类型
• 1.活病毒间的重组 • 2.灭活病毒间的重组 • 3.死活病毒间的重组
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2.2.病毒的重组类型
• 1.活病毒间的重组
• 例如流感病毒两个亚型之间可基因重组，产生 新的杂交株，即具有一个亲代的血凝素和另一 亲代的神经氨酸酶。这在探索自然病毒变异原 理中具有重要意义。流感每隔十年左右引起一 次世界性大流行，可能是由于人的流感病毒与 某些动物(鸡、马、猪)的流感病毒间发生基因 重组所致。
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1.5. 几种动物病毒突变体
④宿主范围突变体:基因突变而扩大了感染宿主细胞 范围，及时发现有利于监控疾病。 • 如禽流感病毒 人
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⑤抗药性突变体:导致病毒毒力改变的特异突变；形 成多态性，使蛋白质和核酸电泳迁移率发生改变以及 对灭活剂的敏感性改变。这种现象随着病毒化学治疗 药物的增多，耐药现象可能将成为病毒化学治疗中一 个需要充分注意和解决的问题。
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3.1.表型混杂
极端情况
转壳现象
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表型混合—镶嵌包膜或衣壳
表型交换—衣壳误配
遗传物质不改变，而只有 基因产物的交换，传代后 恢复亲代表型。
+
+
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3.1.表型混杂
• 无囊膜病毒,亲缘关系近,壳体蛋白发生 混杂. • 有囊膜病毒,一个病毒的壳体包埋在另一 病毒囊膜中.
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3.2.病毒间的干扰
• 例如用紫外线灭活的两株同种病毒，若一同培养后， 常可使灭活的病毒复活，产生出感染性病毒体，此称 为多重复活（Multiplicity reactivation），这是 因为两种病毒核酸上受损害的基因部位不同，由于重 组和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。
• 一方面病毒的复制频率很高，遗传物质很 容易在复制过程中发生突变；另一方面病毒在 宿主体细胞内复制繁殖，必然要遭到宿主免疫 系统的攻击（称之为免疫压力），因而变异则 成为逃避免疫杀伤的最好方式。
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第五章
病毒的遗传与变异
• 病毒是一类极为简单的分子生物，核酸 是遗传的物质基础，核酸复制的忠实性 使病毒具有稳定的遗传表现。 • 但由于病毒没有细胞结构，其遗传物质 极易受外界环境及细胞内分子环境的影 响而发生改变，病毒与其它生物相比， 其遗传具有更大的变异性。
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蚀斑
大小、形状与野生型相比有
(1)蚀斑的大小---决定于病毒的弥散和吸附率以及病毒复制、 成熟、释放的速度和在细胞内外的死亡率。 (2)蚀斑的色泽---蚀斑是透明的还是混浊的，是有色的，还是无 色的，这主要决定于蚀斑及其周缘的细胞死亡与溶崩情况。 (3)蚀斑的形状---蚀斑是圆的还是不规则的？蚀斑边缘是清晰， 还是弥撒，这与病毒的弥撒率及其导致的细胞病变率有关。
质重配于子代重组体病毒中,病毒重组体含有
两个或多个亲代病毒基因的核酸序列,出现与
亲代病毒不同的基因型和表型.
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重组
‘classic’recombination
common in DNA viruses
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2.1.病毒的重组机制
• 动物病毒重组机制有三种: • 分子内重组:单一分子基因组病毒(DNA 或RNA),核酸分子断裂与其他核酸分子再连接. • 拷贝选择重组: RNA聚合酶选择性地连 接到静止模板链上进行RNA子代链的合成. • 基因重配:发生在分段基因组的RNA病毒. 没有核酸分子共价键的破坏,是分段基因组病 毒之间核酸片段的交换,基因组各片段在子代 病毒中随机分配.
失去独立繁殖的能力，甚至是致死性的。
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从引起突变的遗传信息的意义改变来分: • 同义突变:没有改变产物氨基酸序列密码子变化. • 错义突变:碱基序列-改变-产物氨基酸序列密码子改变. • 无义突变:碱基-改变-产物氨基酸密码子变为终止密码 子,翻译终止，生成该蛋白质的氨基末端片段产物。
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1.4. 病毒突变类型
第五章 病毒的遗传与变异
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第五章
病毒的遗传与变异
遗传和变异是生命的基本特征 • 遗传是生物体亲代和子代间的形态结构 等相似性；它保持物种的相对稳定性， 维系生物界的平衡。 • 变异是亲代与子代个体间的差异；可导 致新的生物品种出现，孕育生物的进化。
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第五章
病毒的遗传与变异
• 自然界的任何物种都存在变异，变异是生物适 应环境和维持生存的一种重要方式，是生物进 化的规律。但不同物种变异速率不一，病毒是 变异率比较高的微生物。
• 从突变效应(背离或回到)野生型来分: • 正向突变:改变了野生型性状. • 回复突变:失去的野生型性状二次突变后得到 恢复.
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• 1.4. 病毒突变类型
• 突变发生的基因调控区分: • 组成型突变、启动子上升、下降、抗阻遏、 抗反馈五类. • 突变带来的表型改变分: • 形态突变体:是指造成宿主细胞形态改变的突 变体 • 条件致死突变体:是指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，例 如：温度敏感突变体（ts） • 生化突变体: 营养缺陷或抗药物
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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 代产生高比例的突变体，最后导致表型变异。 • 诱导突变则是利用不同的物理或化学诱变剂处理病毒，
提高病毒群体突变率，诱导病毒子代出现特定的突变
类型。
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1.2自发突变
• DNA病毒中自发突变率低,RNA病毒中自发突变 率高.
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诱变剂类型及机制:
类型: 体外诱变剂:直接对核酸进行化学修饰，不影响核
酸复制
体内诱变剂:体内诱变剂，需进行代谢活化，它们
可掺入到新复制的核酸中，并在不断的复制过程中诱发突变。
UV辐射
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诱变剂机制
• 机制: •
体外诱变剂:对病毒的静态核苷酸进行 化学修饰,使其在后面的复制中碱基配对发生 改变,导致同型碱基臵换和异型碱基颠换.有亚
交叉复活
复活
复感 染复活
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பைடு நூலகம்
2.2.病毒的复活
• 交叉复活: 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 重组产生具有灭活病毒某些遗传标记的活性重 组体. • 例如将能在鸡胚中生长良好的甲型流感病毒 （A0或A1亚型）疫苗株经紫外线灭活后，再加 亚洲甲型（A2亚型）活流感病毒一同培养，产 生出具有前者特点的A2亚型流感病毒，可供制 作疫苗，此称为交叉复活
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2.2.病毒的重组类型
• 2.灭活病毒间的重组
• 例如用紫外线灭活的两株同种病毒，若 一同培养后，常可使灭活的病毒复活， 产生出感染性病毒体，此称为多重复活 (Multiplicity reactivation) 。
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2.2.病毒的复活
• 3.死活病毒间的重组
• 复活：当灭活（不能复制）病毒与活性病毒同 时感染同一细胞由于灭、活病毒之间发生重组， 产生了有感染性的重组子代病毒，此现象称复 活。
硝酸、羟胺、烷化剂等.
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机制：
体内诱变剂:一组为碱基类似物,一组为插入剂.
• 碱基类似物在核苷酸复制时按照正常的 碱基配对规则结合到核酸中,继而发生异构互 变,在随后的复制中导致它们与不同的碱基配 对,造成碱基的转换和颠换. 插入剂有疏水表面的扁平分子可插入核 酸的相邻而重叠的碱基之间,引起碱基堆积畸 变,复制时,碱基增加或缺失,发生移框突变.