病毒的遗传与变异
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病毒的遗传与变异病毒的遗传与变异病毒的遗传能保持物种的相对稳定,维系生物界的平衡;而病毒的变异可导致新品种出现,孕育生物界的进化。
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。
病毒的变异主要源于其基因组的突变和重组。
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。
DNA病毒和RNA病毒在突变频率上有较大的差别。
病毒突变类型可从多层次、不同水平进行分类,但目前作为研究工具的突变体类型主要有无效突变体、温度敏感突变体、蚀斑突变体、宿主范围突变体、抗药性突变体、抗原突变体、回复突变体等。
病毒重组一般通过分子内重组、拷贝选择和基因重配三种机制完成。
分子内重组需要核酸分子的断裂及其它核酸分子的再连接,拷贝选择不涉及核酸分子的共价键断裂,基因重配则是具分段基因组病毒之间核酸片段交换,基因组各片段在子代病毒中随机分配。
病毒重组机制不同,其重组频率有很大差别,且RNA分段基因组病毒同型不同株病毒间的重组经重组重配机制进行,其重组率可高达50%。
通过病毒重组,可构建表达特定外源基因的重组病毒,可使灭活病毒经交叉感染或复感染得以复活,这在病毒的研究和利用上都具有重要意义。
病毒表型突变除了源于基因组的突变和重组外,还有一些非遗传因素影响病毒变异。
无囊膜病毒的转壳、表型混杂及具囊膜病毒的伪型病毒都可使病毒的表型发生改变。
病毒的同源干扰、缺陷干扰及缺陷病毒的存在也会对病毒表型变化产生影响。
如何利用病毒突变和重组建立病毒生物学研究的有效方法,如何利用重组病毒构建重要疾病基因治疗载体,是研究病毒遗传和变异的主要目的之一。
北京大学医学部
Peking University Health Science Center
P109
病毒的遗传与变异
zouqinghua@
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医学微生物学¾有线形、环形、分节段与不分节段之分。
¾有极性差异。
某些有遗传信息逆向转录
¾某些有遗传信息逆向转录。
ORF中普遍存在重叠基因,符合遗传节约的复制方式具有多样性。
¾连续传代培养时,有些子代病毒能够在敏感细胞中产生在大小、颜色或外形上不同于亲代病毒的蚀斑,这种子代病毒称为蚀斑突变株;
C)下不能增殖的突变株。
+
甲型流感病毒不同亚型间基因重排,或动物与人之间分子内重组分子间重组
Virus A
yp
Phenotype mixing Virus A Virus A Virus B Virus B POLYPOIDY
A
或
A virus
胞的穿透;或产生分泌型蛋白抑制干扰素的产生。
病毒的遗传和变异病毒在增殖过程中常发生基因组中碱基序列的置换、缺失或插入,引起基因突变。
病毒因基因突变而发生表型改变的毒株称为突变株(Inutant)。
1.基因突变(1)条件致死性突变株(conditlonal-lethal mutant):是只能在某种条件下增殖的病毒株,如温度敏感性突变株(temperature-sensltlVe mutant,ts)在28~35℃条件下可增殖,而在36~40℃条件下不能增殖。
主要原因是高温下ts株的基因所编码的酶蛋白或结构蛋白质失去功能,使病毒不能增殖。
(2)宿主范围突变株(host-Ⅷlge mutant,hr):是指病毒基因组的突变影响了对宿主细胞的感染范围,能感染野生型病毒不能感染的细胞。
例如可对分离的流感病毒株等进行基因分析,及时发现该病毒株是否带有非人源(禽、猪)的血凝素(H5、H7等)而发生宿主范围的变异。
(3)耐药突变株(drug-resistant mutant):常因编码病毒酶的基因突变导致药物作用的靶酶特性改变,使病毒对药物产生抗性而能继续增殖。
2. 基因重组与重配两种病毒同时或先后感染同一宿主细胞时发生基因的交换,产生具有两个亲代特征的子代病毒,并能继续增殖,该变化称为基因重组(gene recombination),其子代病毒称为重组体(recombinant)。
对于基因分节段的RNA病毒,如流感病毒、轮状病毒等,通过交换。
RNA节段而进行基因的重组称为基因重配(gene reassortment)。
散而言,发生重配的概率高于基因重组的概率。
3.基因整合某些病毒感染宿主细胞的过程中,病毒的DNA片段可插入细胞染色体DNA中,这种病毒基因组与细胞基因组的重组过程称为基因整合(gene integration)。
多种DNA病毒、反转录病毒等均有整合宿主细胞染色体的特性,整合既可引起病毒基因的变异,也可引起宿主细胞染色体基因的改变,易导致细胞转化发生肿瘤等。
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病毒遗传变异病毒的遗传与变异
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医学微生物学4一猪生九仔连母十个样
4.猪生九仔,连母十个样。
遗传的中心法则
转录翻译
复制
DNA mRNA Protein
逆转录
(半保留不连续复制)
¾有线形、环形、分节段与不分节段
之分。
¾有极性差异。
¾某些有遗传信息逆向转录。
¾连续传代培养时,有些子代病毒能够在敏感细胞中产生在大小、颜色或外形上不同于亲代病毒的蚀斑,这种子代病毒称为蚀斑突变株;
+分子内重组分子间重组
Virus A
yp
Phenotype mixing Virus A Virus A Virus B Virus B POLYPOIDY
A virus
或
A virus。
病毒的遗传与变异1、遗传:亲代与子代相似2、变异:亲代与子代或者子代不同个体之间不完全相同。
遗传决定了物种的延续,变异有利于物种的进化。
核酸传递遗传信息的基础在于其碱基的排列顺序,病毒核酸复制时能够产生完全等同于原核酸的新的核酸分子,从而保持遗传的稳定性。
病毒的突变机率较高,决定了病毒遗传的变异性。
遗传和变异是对立的统一体,遗传使物种得以延续,变异则使物种不断进化。
流感病毒的抗原性会因为核酸的复制、装配等各种因素而发生变化,有了这些变化,流感病毒就可以有效地逃避宿主的免疫清除。
病毒的突变病毒的突变(Mutation):基因组中核酸的组成或结构发生改变。
点突变(狭义突变):少数几对碱基的缺失、插入或置换。
大段染色体的缺失、重复、移位和倒位等较大范围内可遗传结构的改变(广义突变)。
突变体:携带突变的生物个体或群体、株系。
突变基因:包含突变位点的基因。
基本概念病毒株(strain):同一种病毒的不同分离株或不同来源的病毒系病毒型别(type):同种病毒的不同血清型别病毒野生型( Wildtype): 从自然宿主中新分离出的, 或者是实验室采用的病毒突变体(mutant):与野生病毒株的不同表型的变异株,已清楚其机理病毒变异体(variant):与野生病毒株的不同表型的变异株, 并不清楚其机理病毒准株(quasispecies):在一个宿主体内,子代病毒出现了与原始感染株不一致,该变异个体称为病毒准株。
自发突变和诱发突变病毒变异除自发、诱发突变外,还可能因混合感染引起的遗传重组。
病毒的变异主要源于其基因组的突变和重组。
1.自发突变:在无任何已知诱变剂的条件下产生的突变。
DNA病毒和RNA病毒的自发突变有明显区别:DNA:有一整套完整的DNA复制、核对、修正系统RNA:不能自动修复(RNA复制酶中缺少校正阅读活性)病毒复制比自发突变快得多,野生型种群处统治地位突变效率:DNA 10-8~10-11RNA 10-3~10-62.诱发突变:野生型病毒在各种理化因子存在的条件下提高突变力的措施 (适当的剂量、获得单一突变的突变体)根据诱发突变的本质和途径分为:体外诱变剂(静态)通过一些化学物质对核苷酸进行化学修饰→ 碱基配对发生改变→ (a.转换 b.颠换)亚硝酸、羟胺、烷化剂等体内诱变剂(动态)a.碱基类似物:通过互变异构效应造成碱基的转换和颠换b.插入剂:吖啶类染料插入到核酸分子之间,引起碱基堆积畸变,在下一步复制时造成核酸移码(碱基增加或缺失)→ 移码突变这两种物质所引起的核酸的变异,都需要病毒细胞处于代谢活性状态,此时核酸处于复制阶段,对处于静止状态的病毒无作用。