病毒学-第五章--病毒的遗传与变异 (1)

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。
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（viral population）总是由常见的代表 性序列即主序列（master sequence）和一组不同的但又 密切相关的序列（变异株）所组成。
第五章
第一节 第二节 第三节
病毒的遗传与变异
病毒的突变 病毒的重组 影响病毒表型的病毒间相互作用
本章重点
1.病毒突变的类型 2.病毒重组的机制 3.病毒的复活 4.病毒的干扰
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(field
（3）干扰的机理
a. 产生干扰素：最主要的干扰方式
b. 干扰病毒的吸附：阻断病毒受体
c. 改变宿主细胞的代谢途径：争夺宿主细胞的酶及生物合 成原料，干扰病毒的复制 d. 缺损病毒引起的干扰：缺陷干扰（DI）病毒具有三个 特征：缺陷性、干扰性和富集性。
（4）干扰的意义
a. 阻止或中断病毒感染，自愈 b. 有病毒感染时暂不能预防接种减毒活疫苗
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
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Байду номын сангаас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
（2）多重复活 （mutliplicity reactivation） 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。
AbC ABc 分子内 重组 ABC AST ABCD XYZ ABC 123 A/b/C A/B/c 基因重配
子代
ABC Abc ABT ASC ABCZ 12ABC3 A/B/C
示例
DNA病毒和少数RNA病毒（小RNA病毒） 的突变体之间 DNA病毒不同毒株之间 腺病毒失去基因D，获得SV40基因Z 温和噬菌体、肿瘤病毒基因组整合进细胞的 基因组 基因组分节段的RNA病毒
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。
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。
五、回复突变
回复突变(reverse mutation): 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(second site mutation) 或基因内校正(intragenic suppression)。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（suppressor mutation）
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（dynamic genetic interaction）。
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）。
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。
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。
第二节 病毒的重组
病毒突变的分子机制
改变的类型 改变内容 突变类型 同义突变 取代 单核苷酸代换 多肽序列改变 无（密码简并） 多肽功能影响 无 因氨基酸及序 位而定 一般失去 一般失去
错义突变
无义突变
氨基酸代换
延伸提前终止 突变点后序列改变
增加—缺失
单、寡核苷酸 插入或缺失
移框突变
重组
基因组片段连 接次序改变
病毒复活现象
复活现象 交叉复活 紫外灭活者与异品系 的相关病毒之间 多重复活 不同基因失活的同种 病毒的不同毒粒之 间 亲代1 abC a/b/C ABc A/B/c 亲代2 AST A/S/T AbC A/b/C 子代 说明
ASC 用基因重排或分子 A/S/C 内重组拯救亲代 灭活基因C ABC 基因B,C的重组或 A/B/C 重配产生有活性 的子代病毒
第三节 影响病毒表型的病毒间相互作用
一、表型混杂（phenotypic mixing）
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
A/B/C A/S/T
A/S/C A/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
二、基因重组的遗传学效应
1、复活现象
复合感染（multiple infection）：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。
isolates)
是感染性中和作用确定的血清型的同义语。
通常用“株”来区分同一病毒的不同野生型，“型”
二、自发突变（spontaneous mutation）
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。
UV偶尔也用于病毒的诱变。
四、病毒突变类型
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（silent mutation）。
习题
1.病毒基因组的变异有哪些类型？发生的几率及后
果如何？
2.举例说明病毒表型变异的特点及应用价值 3.什么是缺陷型干扰突变？有何意义？ 4.试述“准种”的概念 5.定点诱变如何进行？
6.分子内重组与重配的结果与意义？
7.什么是表型混合？
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 重组时，各片段在子代中随机分布。
（流感病毒、呼肠孤病毒、布尼安病毒和沙粒病毒等），
两种病毒混合感染引起病毒基因组重组的几种方式
重组机制 亲代1×亲代2
interfering 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。
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（intramolecular recombination）和基因重配 （genetic reassorment）。 分子内重组还可以分为断裂连接模式（strand breakage and religation）和拷贝选择模式（copy-choice）
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
（1）交叉复活（cross reactivation）
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（marker rescue）。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。
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。
（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（defective
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。
×
×
拷贝选择重组（copy-choice recombination）：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
三、诱发突变（induced mutation）
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。