第五章 病毒的遗传和变异.doc

PAGE  PAGE 8 第五章 病毒的遗传和变异 遗传与变异，是生物界不断地普遍发生的现象，也是物种形成和生物进化的基础。病毒的遗传变异，既有相符于一般生物的共同规律，又有它独有的一些特征。生物通过各种生殖方式繁衍种族，保证了生命在世代间的连续，这种世代间的连续叫做“遗传”（heridity），而在生物个体间出现的差异叫做“变异”（Variation）。在生物的生命活动过程中，没有变异，生物界就失去了进化的材料，遗传只能是简单的重复。没有遗传，变异不能累积，变异失去意义，生物也不能进化。因此研究生物的遗传与变异现象，深入探讨它们的本质，并利用所得成果，能动地改造生物，更好地为人类服务。 第一节 病毒的遗传和变异特征 一、病毒的遗传特征 1．核酸是病毒遗传的物质基础。为DNA或RNA，目前已经能够由许多小型RNA病毒和某些DNA病毒提取感染性核酸，可以在感染细胞内产生具有蛋白衣壳和囊膜的完整子代病毒。由脊髓灰质炎病毒的核酸与考克赛基病毒的衣壳构成的合子病毒，其在感染细胞以后产生的子代病毒将是完全的脊髓灰质炎病毒。 2．DNA病毒和某些RNA病毒的基因组都由一个单分子的核酸构成，但某些RNA病毒的基因组由若干个单独的RNA片段亦即节段构成。 3．核酸传递遗传信息的作用在于核苷酸中碱基的排列顺序。由于病毒营无性增殖方式，故在核酸复制时能够产生完全相同于原核酸的新的核酸分子，从而保持遗传的稳定性。 4．病毒没有细胞结构，缺乏独立的酶系统，故其遗传机构所受周围环境的影响，尤其是宿主细胞内环境的影响，特别深刻。加之，病毒增殖迅速，可在短时期内产生许多世代的大量后代病毒，变异的机率相应增高，这又决定了病毒遗传的较大的动摇性——变异性。 5．病毒的蛋白质衣壳和脂质囊膜是在病毒遗传信息控制下合成或由宿主细胞的成分衍化而来，这一点不同于其它生物。这些成分虽然决定着病毒的抗原特性，而且与病毒对细胞的吸附有关，在一定程度上影响着病毒与宿主细胞或机体的相互关系，例如感染与免疫，但从病毒生物学的本质上来看，它们只是病毒粒子中次要的、附属的或??助的结构。 6．病毒编码的蛋白质，既有病毒子的结构蛋白质，又有调节核酸或蛋白质合成的酶类，因此不能单纯根据病毒结构蛋白质的多少来推算病毒子中的基因数。 二、病毒的变异特征 病毒变异是由于核酸辅基的排列组合发生了不同于原来状态的变化，也就是在核酸复制过程中，碱基因某种原因而发生位置或组成上的“错误”，例如置换、易位、重复、缺失等，因而产生了不符于原核酸分子的“错误”核酸。这类“错误”核酸，多数不再能够构成完整的病毒粒子，也不能继续进行自我复制。但是也有一部分“错误”核酸，不仅能够组成病毒粒子，而且在病毒粒子增殖时将这种改变了的结构遗传下去。这就是所谓的“突变”。碱基置换有时影响一个核苷酸，而引起的突变称为点突变（point mutation）。碱基置换是由于核酸碱基结构中的H原子从一个原子向另一个邻近原子转移，从而可能发生不同的碱基配对，例如胸腺嘧啶中的N-3上的一个H原子可能转移到C-4上，从而改变C-4的酮基为烯醇基，并改变碱基配对，以致胸腺嘧啶可能与鸟嘌呤而不是与腺嘌呤配对。鸟嘌呤同样也可发生酮-烯醇变化，使其与胸腺嘧啶配对。碱基置换可分为转换和颠换两种情况。转换（transition）是一个嘌呤被另一个嘌呤替换或一个嘧啶被另一个嘧啶替换；颠换（transversion）即一个嘌呤被一个嘧啶替换或一个嘧啶被一个嘌呤替换。 DNA复制中还可能发生缺失和重复。在DNA复制过程中，如果DNA聚合酶从母链上脱落，随后又附着于链上后面的一些位点继续复制，其结果母链的一小段DNA被遗漏，未起模板作用，最后造成一段的缺失。如果DNA聚合酶脱落下来又附着于已经复制过的位点上去复制，结果造成重复。所有缺失和重复也是突变的主要原因。 此外，碱基的易位和核酸片段的倒转等等，也可导致突变。 1．DNA病毒的突变类型，也相同地或类似地发生于RNA病毒。 2．突变并不是因适应于环境而发生的，因此应用紫外线、γ-射线、亚硝酸、羟胺以及其他诱变因素诱致的突变株，并不表现对上述理化学因子的抵抗力的提高。例如，Simizu等（1973）应用γ-射线处理西方型马脑炎病毒，获得一株形成小型蚀斑的变异株，但此株对γ-射线的抵抗力并不增高。但必须指出，环境条件对突变株呈现一定的甚至明显的选择作用：某些突变将因不能适应环境条件而消亡；某些变异株可能因比原株更加适应某些环境条件而大量增殖。 3．病毒突变，有其发生的客观规律，决不像某些人描述的那样，是一种杂乱无章、捉摸不定的神秘现象。 4．与其他生物相似，病毒的突变率在10-5-10-8之间。某些DNA病毒，例如兔痘病毒的痘斑突变株的发生率可高达1%。这是因为该病毒核酸上1000个分散的