病毒學(xué)五章病毒的遺傳與變異(共24張PPT)

1、病毒學(xué)第五章病毒的遺傳與變異第1頁(yè)，共24頁(yè)。第一節(jié) 病毒的突變一、突變的定義 病毒遺傳物質(zhì)核酸的組成或結(jié)構(gòu)發(fā)生改變稱為突變（mutation）。 株(strain)、型(type)、變異株(variant)、突變體(mutant)、野生型(wild-type)、野外分離株(field isolates) 通常用“株”來(lái)區(qū)分同一病毒的不同野生型，“型”是感染性中和作用確定的血清型的同義語(yǔ)。第2頁(yè)，共24頁(yè)。 在沒(méi)有任何已知誘變劑存在的條件下，一些病毒在子代中產(chǎn)生高比例的突變體。 DNA病毒中自發(fā)突變率為10-8-10-11，RNA病毒中為10-3-10-4。RNA復(fù)制酶缺少校正閱讀活性。二、自

2、發(fā)突變（spontaneous mutation）第3頁(yè)，共24頁(yè)。 RNA病毒由于其復(fù)制的保真度較低，因此，人們提出了準(zhǔn)種（quasispecies）的概念。所謂準(zhǔn)種，即是一組自身復(fù)制的分子，它們彼此不同，但又密切相關(guān)。第4頁(yè)，共24頁(yè)。 準(zhǔn)種的演變是從一個(gè)原始的特定病毒序開始的，該病毒的每一輪復(fù)制均導(dǎo)致變異株的出現(xiàn)。因此，在任何時(shí)點(diǎn)，某病毒群（viral population）總是由常見的代表性序列即主序列（master sequence）和一組不同的但又密切相關(guān)的序列（變異株）所組成。 所有這些相關(guān)的序列（變異株），不管其所占比例如何，均被認(rèn)為是一群復(fù)制體（replicon），表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)

3、的基因相互作用（dynamic genetic interaction）。第5頁(yè)，共24頁(yè)。 當(dāng)環(huán)境發(fā)生改變時(shí)，在原病毒群中已存在的各種變異株，以及在復(fù)制過(guò)程中新生代的變異株中，將被選擇出最適應(yīng)于新環(huán)境的變異株。爾后，被選擇出的變異株又面臨新環(huán)境的變化。為了其子代能繼續(xù)復(fù)制，將再次被選擇出適應(yīng)新環(huán)境的變異株。如此周而復(fù)始，不斷形成新的病毒群（即準(zhǔn)種）。第6頁(yè)，共24頁(yè)。 利用自然界各種物理或化學(xué)誘變劑處理野生型病毒，提高病毒群體的突變率，稱為誘發(fā)突變。 體外誘變劑，對(duì)病毒靜態(tài)核苷酸進(jìn)行化學(xué)修飾，使其在后面的復(fù)制中發(fā)生錯(cuò)配，包括亞硝酸、羥胺、烷化劑等。 體內(nèi)誘變劑，它們的作用需要代謝活躍的核苷酸

4、，一組為堿基類似物，另一組為插入劑。 UV偶爾也用于病毒的誘變。三、誘發(fā)突變（induced mutation）第7頁(yè)，共24頁(yè)。 從突變引起的遺傳信息的意義改變來(lái)看，可分為同義突變、錯(cuò)義突變和無(wú)義突變。 有不少錯(cuò)義突變的產(chǎn)物仍然有部分活性，使表型介于突變型和野生型之間，為滲漏突變型。 有些錯(cuò)義突變不影響或基本不影響蛋白質(zhì)活性，不表現(xiàn)明顯的性狀變化，為中性突變，中性突變和同義突變又常稱為沉默突變（silent mutation）。 四、病毒突變類型第8頁(yè)，共24頁(yè)。 從突變帶來(lái)的表型改變來(lái)看，可分為噬菌斑形態(tài)突變體、致死突變體、條件致死突變體和生化突變體。 噬菌斑形態(tài)突變體是指造成宿主細(xì)胞噬菌

5、斑形態(tài)改變的突變體。 條件致死突變體是在某一條件下具有致死效應(yīng)而在另一條件下沒(méi)有致死效應(yīng)的突變體，如溫度敏感突變體，2835可增殖，3740 不能增殖，具有減低毒力而保持免疫原性的特點(diǎn)。 生化突變體最常見的有營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變體和抗藥性突變體。第9頁(yè)，共24頁(yè)。如流感病毒、呼腸孤病毒、狂犬病毒、脊髓灰質(zhì)炎病毒和痘病毒。有不少錯(cuò)義突變的產(chǎn)物仍然有部分活性，使表型介于突變型和野生型之間，為滲漏突變型。A/B/C A/S/TA/B/C A/S/T其一種極端現(xiàn)象為轉(zhuǎn)殼現(xiàn)象。說(shuō)明：A等字母代表有活性的病毒基因；利用自然界各種物理或化學(xué)誘變劑處理野生型病毒，提高病毒群體的突變率，稱為誘發(fā)突變。紫外滅活者與異品

6、系的相關(guān)病毒之間病毒混合感染產(chǎn)生一種具有兩個(gè)親代病毒結(jié)構(gòu)蛋白（殼體或囊膜）的子代。應(yīng)用：可以選擇性地獲得病毒重組體。UV偶爾也用于病毒的誘變。DNA病毒和少數(shù)RNA病毒（小RNA病毒）的突變體之間條件致死突變體是在某一條件下具有致死效應(yīng)而在另一條件下沒(méi)有致死效應(yīng)的突變體，如溫度敏感突變體，2835可增殖，3740 不能增殖，具有減低毒力而保持免疫原性的特點(diǎn)。三、誘發(fā)突變（induced mutation）DNA病毒不同毒株之間 宿主范圍突變株：病毒基因組改變影響了對(duì)宿主細(xì)胞的感染范圍，可感染野生型病毒不能感染的細(xì)胞。 抗原性變異，病毒毒力變異。第10頁(yè)，共24頁(yè)。五、回復(fù)突變 回復(fù)突變(rev

7、erse mutation): 突變體(mutant)經(jīng)過(guò)第二次突變又完全地或部份地恢復(fù)為原來(lái)的基困型或表型。完全恢復(fù)是由于突變的堿基順序經(jīng)第二次突變后又變?yōu)樵瓉?lái)的堿基順序，故亦稱真正的回復(fù)突變。 部分恢復(fù)是由于第二次突變發(fā)生在另一部位上，其結(jié)果是部分恢復(fù)原來(lái)的表型，亦稱為第二位點(diǎn)突變(second site mutation)或基因內(nèi)校正(intragenic suppression)。此時(shí)原來(lái)的突變位點(diǎn)依然存在，而它的表型效應(yīng)被基因組上第二位點(diǎn)的突變所抑制，因而第二次突變又稱抑制突變（suppressor mutation） 第11頁(yè)，共24頁(yè)。第二節(jié) 病毒的重組改變的類型改變內(nèi)容突變類型

8、多肽序列改變多肽功能影響取代單核苷酸代換同義突變無(wú)（密碼簡(jiǎn)并）無(wú)錯(cuò)義突變氨基酸代換因氨基酸及序位而定無(wú)義突變延伸提前終止一般失去增加缺失單、寡核苷酸插入或缺失移框突變突變點(diǎn)后序列改變一般失去重組基因組片段連接次序改變 病毒突變的分子機(jī)制 第12頁(yè)，共24頁(yè)。一、病毒重組的機(jī)制 病毒變異，除了自發(fā)和誘發(fā)突變外，還可能因病毒混合感染引起病毒之間的遺傳重組而發(fā)生。當(dāng)兩種或多種病毒感染同一宿主細(xì)胞混合感染時(shí)，有時(shí)發(fā)生兩株病毒基因組之間基因的交換、重配等遺傳結(jié)構(gòu)較大的變化，這就是病毒的基因重組。 根據(jù)病毒核酸是連續(xù)還是分節(jié)段，依次將病毒的基因重組分為分子內(nèi)重組（intramolecular recomb

9、ination）和基因重配（genetic reassorment）。 分子內(nèi)重組還可以分為斷裂連接模式（strand breakage and religation）和拷貝選擇模式（copy-choice） 第13頁(yè)，共24頁(yè)。 斷裂連接模式：通常發(fā)生在單一分子基因組的DNA或RNA病毒中，重組需要核酸分子的斷裂及與其他核酸分子的再連接，即需要病毒的交配。 第14頁(yè)，共24頁(yè)。 拷貝選擇重組（copy-choice recombination）：發(fā)生在部分具單一分子基因組RNA 病毒中（脊髓灰質(zhì)炎病毒、口疹病毒、冠狀病毒、口蹄疫病毒等），仍屬于分子內(nèi)重組，不涉及核酸分子共價(jià)鍵的斷裂，RNA聚

10、合酶選擇性連接的模板鏈上合成子代鏈，子代鏈?zhǔn)遣煌０彐湹钠唇印?基因重配：發(fā)生在具分段基因組的RNA病毒中（流感病毒、呼腸孤病毒、布尼安病毒和沙粒病毒等），重組時(shí)，各片段在子代中隨機(jī)分布。第15頁(yè)，共24頁(yè)。重組機(jī)制親代1親代2子代示例分子內(nèi)重組AbC ABcABC AbcDNA病毒和少數(shù)RNA病毒（小RNA病毒）的突變體之間ABC ASTABT ASCDNA病毒不同毒株之間ABCD XYZABCZ腺病毒失去基因D，獲得SV40基因ZABC 12312ABC3溫和噬菌體、腫瘤病毒基因組整合進(jìn)細(xì)胞的基因組基因重配A/b/C A/B/cA/B/C基因組分節(jié)段的RNA病毒A/B/C A/S/TA/S

11、/C A/B/T說(shuō)明：A等字母代表有活性的病毒基因；1，2，3表示有活性的細(xì)胞基因；b,c為突變體基因；ABC等字母代表連續(xù)線狀基因組；A/B/C表示分節(jié)段基因組 兩種病毒混合感染引起病毒基因組重組的幾種方式 第16頁(yè)，共24頁(yè)。二、基因重組的遺傳學(xué)效應(yīng) 1、復(fù)活現(xiàn)象 復(fù)合感染（multiple infection）：一個(gè)細(xì)胞被多個(gè)病毒同時(shí)感染。 復(fù)活（reactivation）：復(fù)合感染時(shí)，滅活的病毒之間發(fā)生重組或滅活的病毒與有活力的病毒間發(fā)生重組，從而產(chǎn)生有感染活性重組子代病毒。第17頁(yè)，共24頁(yè)。復(fù)活現(xiàn)象親代1親代2子代說(shuō)明交叉復(fù)活紫外滅活者與異品系的相關(guān)病毒之間abCa/b/CASTA

12、/S/TASCA/S/C用基因重排或分子內(nèi)重組拯救親代滅活基因C多重復(fù)活不同基因失活的同種病毒的不同毒粒之間ABcA/B/cAbCA/b/CABCA/B/C基因B,C的重組或重配產(chǎn)生有活性的子代病毒 病毒復(fù)活現(xiàn)象 說(shuō)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等字母代表連續(xù)線狀基因組；A/B/C表示分節(jié)段基因組第18頁(yè)，共24頁(yè)。 一株活性病毒與另一株相關(guān)但具有不同遺傳標(biāo)記的滅活病毒復(fù)合感染細(xì)胞，產(chǎn)生具有滅活病毒某些遺傳標(biāo)記的活性病毒重組體，這類病毒復(fù)活現(xiàn)象稱為交叉復(fù)活，又稱標(biāo)記拯救（marker rescue）。首先在T4噬菌體中發(fā)現(xiàn)。 應(yīng)用：可以選擇性地獲得病毒

13、重組體。（1）交叉復(fù)活（cross reactivation）第19頁(yè)，共24頁(yè)?；畈《九c滅活病毒之間（交叉復(fù)活）A3株（流行株）新A3抗原雞胚中增殖不良A1株（非流行株）舊A1抗原雞胚中生長(zhǎng)良好雞胚中共同培養(yǎng)重組體（理想疫苗）有A3抗原雞胚中生長(zhǎng)良好UV滅活第20頁(yè)，共24頁(yè)。 當(dāng)基因型相同的多個(gè)滅活病毒顆粒感染同一細(xì)胞時(shí)，由于滅活病毒之間發(fā)生重組，產(chǎn)生有感染性的重組體子代病毒。如流感病毒、呼腸孤病毒、狂犬病毒、脊髓灰質(zhì)炎病毒和痘病毒。這是因?yàn)閮煞N病毒核酸上受損害的基因部位不同，由于重組合相互彌補(bǔ)而得到復(fù)活。因此現(xiàn)今不用紫外線滅活病毒制造疫苗，以防病毒復(fù)活的危險(xiǎn)。（2）多重復(fù)活 （mutliplicity reactivation）第21頁(yè)，共24頁(yè)。第三節(jié) 影響病毒表型的病毒間相互作用一、表型混雜（phenotypic mixing） 病毒混合感染產(chǎn)生一種具有兩個(gè)親代病毒結(jié)構(gòu)蛋白（殼體或囊膜）的子代。其一種極端現(xiàn)象為轉(zhuǎn)殼現(xiàn)象。病毒的表型混雜為一種暫時(shí)現(xiàn)象，隨傳代而消失。 無(wú)囊膜病毒中，親緣關(guān)系密切的病毒間經(jīng)常發(fā)生表