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病毒学-第五章--病毒的遗传与变异 完整ppt课件.ppt

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    • 第五章第五章 病毒的遗传与变异病毒的遗传与变异第一节第一节 病毒的突变病毒的突变第二节第二节 病毒的重组病毒的重组第三节第三节 影响病毒表型的病毒间相互作用影响病毒表型的病毒间相互作用1.本章重点本章重点1.1.病毒突变的类型病毒突变的类型2.2.病毒重组的机制病毒重组的机制3.3.病毒的复活病毒的复活4.4.病毒的干扰病毒的干扰2.第一节第一节病毒的突变病毒的突变一、突变的定义一、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病毒遗传物质核酸的组成或结构发生改变称为突变(mutationmutation) 株株( (strain)strain)、型型( (type)type)、变异株变异株( (variant)variant)、突变体突变体( (mutant)mutant)、野生型野生型( (wild-type)wild-type)、野外分离株野外分离株( (field isolates)field isolates) 通常用通常用“株株”来区分同一病毒的不同野生型,来区分同一病毒的不同野生型,“型型”是感染性中和作用确定的血清型的同义语是感染性中和作用确定的血清型的同义语。

      3. 在没有任何已知诱变剂存在的条件下,一些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病毒中自发突变率为10-8-10-11,RNA病病毒中为毒中为10-3-10-4RNA复制酶缺少校正阅读活性复制酶缺少校正阅读活性二、自发突变(二、自发突变(spontaneousmutation)4.RNA病毒由于其复制的保真度较低,因此,病毒由于其复制的保真度较低,因此,人们提出了准种(人们提出了准种(quasispecies)的概念所谓)的概念所谓准种,即是一组自身复制的分子,它们彼此不同,准种,即是一组自身复制的分子,它们彼此不同,但又密切相关但又密切相关5.准种的演变是从一个原始的特定病毒序开始的,该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(时点,某病毒群(viralpopulation)总是由常见的代表)总是由常见的代表性序列即主序列(性序列即主序列(mastersequence)和一组不同的但又)和一组不同的但又密切相关的序列(变异株)所组成。

      密切相关的序列(变异株)所组成所有这些相关的序列(变异株),不管其所占比例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(如何,均被认为是一群复制体(replicon),表现为动),表现为动态的基因相互作用(态的基因相互作用(dynamicgeneticinteraction)6.当环境发生改变时,在原病毒群中已存在的当环境发生改变时,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,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变异株如此周而复始,不断形成新的病毒群(即准种)即准种)7. 利用自然界各种物理或化学诱变剂处理野生型病毒,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、烷化其在后面的复制中发生错配,包括亚硝酸、羟胺、烷化剂等。

      剂等体内诱变剂,它们的作用需要代谢活跃的核苷酸,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,另一组为插入剂一组为碱基类似物,另一组为插入剂UV偶尔也用于病毒的诱变偶尔也用于病毒的诱变三、诱发突变三、诱发突变(inducedmutation)8. 从突变引起的遗传信息的意义改变来看,可分为从突变引起的遗传信息的意义改变来看,可分为同同义突变、错义突变和无义突变义突变、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(变又常称为沉默突变(silent mutationsilent mutation) 四、病毒突变类型四、病毒突变类型9. 从突变带来的表型改变来看,可分为噬菌斑形态突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。

      变体、致死突变体、条件致死突变体和生化突变体 噬菌斑噬菌斑形态突变体是指造成宿主细胞噬菌斑形态改形态突变体是指造成宿主细胞噬菌斑形态改变的突变体变的突变体 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,另一条件下没有致死效应的突变体,如温度敏感突变体,28283535可增殖,可增殖,373740 40 不能增殖,具有减低毒力不能增殖,具有减低毒力而保持免疫原性的特点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突变体10. 宿主范围突变株:病毒基因组改变影响了对宿主范围突变株: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宿主细胞的感染范围,可感染野生型病毒不能感染的细胞染的细胞 抗原性变异,病毒毒力变异抗原性变异,病毒毒力变异11.五、回复突变五、回复突变回复突变回复突变(reversemutation):突变体突变体(mutant)经过第二次突变又完全地或部份地恢复为原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分恢复原来的表型,亦称为第二位点突变(secondsitemutation)或基因内校正或基因内校正(intragenicsuppression)此时原来的突变位点依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(而第二次突变又称抑制突变(suppressormutation)12.第二节第二节病毒的重组病毒的重组改变的类型改变的类型改变内容改变内容突变类型突变类型多肽序列改变多肽序列改变多肽功能影响多肽功能影响取代取代单核苷酸代换单核苷酸代换同义突变同义突变无(密码简并)无(密码简并)无无错义突变错义突变氨基酸代换氨基酸代换因氨基酸及序因氨基酸及序位而定位而定无义突变无义突变延伸提前终止延伸提前终止一般失去一般失去增加增加缺失缺失单、寡核苷酸单、寡核苷酸插入或缺失插入或缺失移框突变移框突变突变点后序列改变突变点后序列改变一般失去一般失去重组重组基因组片段连基因组片段连接次序改变接次序改变 病毒突变的分子机制病毒突变的分子机制 13.一、病毒重组的机制一、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、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(为分子内重组(intramolecularrecombination)和基因重配)和基因重配(geneticreassorment)分子内重组还可以分为断裂连接模式(分子内重组还可以分为断裂连接模式(strandbreakageandreligation)和拷贝选择模式()和拷贝选择模式(copy-choice) 14.断裂连接模式:通常发生在单一分子基因组的断裂连接模式:通常发生在单一分子基因组的DNA或或RNA病毒中,重组需要核酸分子的断裂及与其他核酸病毒中,重组需要核酸分子的断裂及与其他核酸分子的再连接,即需要病毒的交配分子的再连接,即需要病毒的交配15. 拷贝选择重组(拷贝选择重组(copy-choicerecombination):):发发生在部分具单一分子基因组生在部分具单一分子基因组RNA病毒中(脊髓灰质炎病毒中(脊髓灰质炎病毒、口疹病毒、冠状病毒、口蹄疫病毒等),仍属于病毒、口疹病毒、冠状病毒、口蹄疫病毒等),仍属于分子内重组,不涉及核酸分子共价键的断裂,分子内重组,不涉及核酸分子共价键的断裂,RNA聚合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。

      板链的拼接基因重配:发生在具分段基因组的基因重配:发生在具分段基因组的RNA病毒中病毒中(流感病毒、呼肠孤病毒、布尼安病毒和沙粒病毒等),(流感病毒、呼肠孤病毒、布尼安病毒和沙粒病毒等),重组时,各片段在子代中随机分布重组时,各片段在子代中随机分布16.重组机制重组机制亲代亲代1亲代亲代2子代子代示例示例分子内分子内重组重组AbCABcABCAbcDNA病毒和少数病毒和少数RNA病毒(小病毒(小RNA病毒)的病毒)的突变体之间突变体之间ABCASTABTASCDNA病毒不同毒株之间病毒不同毒株之间ABCDXYZABCZ腺病毒失去基因腺病毒失去基因D,获得,获得SV40基因基因ZABC12312ABC3温和噬菌体、肿瘤病毒基因组整合进细胞的温和噬菌体、肿瘤病毒基因组整合进细胞的基因组基因组基因重配基因重配A/b/CA/B/cA/B/C基因组分节段的基因组分节段的RNA病毒病毒A/B/CA/S/TA/S/CA/B/T说明:说明:A等字母代表有活性的病毒基因;等字母代表有活性的病毒基因;1,2,3表示有活性的细胞表示有活性的细胞基因;基因;b,c为突变体基因;为突变体基因;ABC等字母代表连续线状基因组;等字母代表连续线状基因组;A/B/C表示分节段基因组表示分节段基因组 两种病毒混合感染引起病毒基因组重组的几种方式两种病毒混合感染引起病毒基因组重组的几种方式 17.二、基因重组的遗传学效应二、基因重组的遗传学效应 1 1、复活现象、复活现象 复合感染(复合感染(multiple infectionmultiple infection):):一个细一个细胞被多个病毒同时感染。

      胞被多个病毒同时感染 复活(复活(reactivationreactivation):):复合感染时,灭活复合感染时,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病毒间发生重组,从而产生有感染活性重组子代病毒18.复活现象复活现象。

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