分子遗传学病毒讲诉.ppt

第八章病毒,李大伟（中国农业大学农业生物技术国家重点实验室）,病毒的定义病毒的形态结构与分类病毒基因组的复制与表达,主要参考书籍AlanJ.Cann,PrinciplesofMolecularVirology(1,2,3ed.),AcademicPress.阎隆飞张玉麟，1997，分子生物学，中国农业大学出版社.,病毒的定义,第一节,公元前14世纪古埃及长老石刻象显示了小儿麻痹后遗症，这可能是病毒感染的第一个史载记录,脊髓灰质炎病毒(Poliovirus)与小儿麻痹症(ParalyticPoliomyelitis),Virusesareprobablyasoldaslifeonearth.,Rabies(狂犬病)EndemicinEuropebyAD16-17,关于植物病毒病害的记载荷兰郁金香杂色病(1576)欧洲马铃薯退化病(1775),Dubos(1958)曾描述了当时流行的“郁金香热”:一株受侵染的球根可以换到数头公牛、猪或者绵羊，几吨谷物，成千磅干酪，甚至一个磨房。一个年青的姑娘以拥有一只杂色花作为她的嫁妆而感到无比的幸福。,牛痘接种防治天花-古代接种术(1796),对病毒的早期认识-利用疫苗对病毒病的防治,MartinusBeijerinick(1851-1931)证明在经过可吸附细菌的琼脂扩散后,这种侵染物仍可导致烟草花叶病。他将此侵染物称为“侵染性活液”,并也采用了“Virus”一词。,对于病毒本质的认识,JohnEnders(1897-1985)1949年在体外培养的细胞中获得脊髓灰质炎病毒,1954年获得诺贝尔奖。AaronKlug(1926-)1962年提出了烟草花叶病毒病毒的柱状结构,1982年获得诺贝尔奖。DavidBaltimore(1938-)1970年在提纯的罗斯肉瘤病毒粒子中发现了逆转录酶，证明遗传信息可以由RNA反向产生DNA。-生物学中心法则。1975年获得诺贝尔奖。,现代病毒学的发展历程,MichaelJ.Bishop(1936-）1976年发现正常细胞中存在罗斯肉瘤病毒致瘤基因的对应基因,1989年获诺贝尔奖。PhillipA.Sharp(1944-),1977年发现腺病毒基因组中存在基因剪切现象(genesplicing),1993年获诺贝尔奖。FredSanger(1918-)1977年建立了DNA序列分析方法,并对X174噬菌体的单链DNA序列进行了测定。因此获得诺贝尔奖。,Gallo囊状噬菌体3个片段)，多为单顺反子，5、3末端序列保守。正链RNA5端为“帽子”结构,3末端为polyA尾序,负链RNA无此类结构。病毒颗粒核心含有RNA聚合酶,在酸化作用下病毒部分脱壳,形成亚颗粒(ParticleSubviralparticleViralcoreRNA+内衣壳)。在亚颗粒中，以负链为模板产生单顺反子RNA(mRNA),并表达各种蛋白。在侵染过程后期方以正意链(mRNA)为模板合成负链，并形成双链基因组片段-以全保留方式在寄主细胞质中进行复制。,3.dsRNAVirus,呼肠孤病毒10segments,linear,total23.7kbp,轮状病毒(Rotavirus)-11segments,linear,totalgenomelengthfrom16.5-21kb,斐济病毒属(Fijivirus)RBSDV10segments,linear,totalgenomelengthc.29kb,植物呼肠孤病毒属(Phytoerovirus)-RDV12segments,linear,totallengthc.25kb,囊状噬菌体(Cystovirus),6phage3segments,Linear,L6374bp,M4057bpS2948bp.,4.ss(+)RNAVirus,包含病毒种类最多,约占病毒总数的70%以上。基因组RNA可做为mRNA,在侵入寄主细胞后可立即翻译产生蛋白质。具体复制、表达策略因病毒基因组结构不同而存在极大的差异。在这些表达策略中许多是RNA病毒所特有的，与它们的寄主细胞以及DNA病毒差别极大。,真核生物:DdRp在细胞核内转录产生mRNA,多为单顺反子。存在转录后加工过程,对5及3末端分别加“帽子”结构和PolyA尾序,并切割去除内含子后,方能产生具有活性的mRNA,在细胞质内进行翻译。原核生物:以DdRp转录产生多顺反子mRNA;聚合酶在DNA模板上以35方向移动,首先产生mRNA的5末端,转录与翻译同时进行。RNA病毒:在细胞质内，以RdRp转录产生mRNA，基本上不存在转录后的剪切加工。多采取一种以上的复合策略对不同的基因进行表达,这种表达不仅要与寄主的转录、翻译系统相一致,而且体现了对遗传信息最大程度的“节约”。,(FMDV),GenomicRNAisinfectious-Characteristicsof(+)senseRNAvirus!Thereisalong(600-1200nt)5UTR(IRES)andashorter3UTR(50-100nt).Thegenomeencodesasinglepolyprotein.Bothendsofthegenomearemodified,the5VPg(basicprotein,23AAs),and3Poly(A)n.,病毒RNA的末端结构5末端-原核生物病毒多为焦磷酸或三磷酸核甘残基;真核生物病毒多含有7-甲基化的鸟嘌呤核苷“帽子”;一种被称为Vpg(ViralGenomeAssociatedProtein)的小分子蛋白(2.520kDa),经常存在于以多肽蛋白为最初翻译产物的基因组RNA中。3末端-多数RNA病毒具有高度有序的3末端二级结构,如一些真核生物病毒中的tRNA结构及一些病毒中的PolyA尾序。,1.多肽蛋白(Polyprotein)方式-小RNA病毒科、马铃薯Y病毒科,2.亚基因组RNA(subgenomicRNA)方式-TMV,4.分离基因组(Dividedgenome)方式-BMV,3.通读蛋白(read-through)方式-CarMoV,6.框架重叠(Overlappingreadingframe)方式-TBSV,5.移码(Frameshifting)方式-redclovernecroticmottle,5.ss(-)RNAVirus,基因组主要特征负链RNA基因组病毒RNA转录产生正链mRNA裸露的RNA不具有侵染性基因组分离或否，均具有包膜，粒子中多含有RdRp（RNA-dependentRNApolymerase)表达策略以病毒粒子携带的RdRp起始转录过程,产生单顺反子mRNA。,弹状病毒(Rhabdovirus)既可感染动物，又可感染植物。如水泡性口膜炎病毒、狂犬病毒、莴苣坏死黄化病毒。基因组不分段,线形,11-15kb，通常为负意。含有5个以上基因,每个基因都有独立的转录起始序列和终止序列。转录终止序列末端为PolyA加尾信号(TAATAAAA),3末端的Leader区与5末端的Trailer区互补程度较高，可形成“锅柄”状结构。,L与T区域的互补(负意链序列)RV3UGCGAAUUGUUGUUUUGGUCUCUUCUUUUU5ACGCUUAACAAAUAAACAACAAAAAUGAGALNYV3AAUGCCUGUUAUUAUCUUCUUUUUUUAGUUCA5ACGGACGAUAAUAAAAUCAAAAAGUCCAAU,3HO-UCG(C/U)UUUCGUCC-/-AAAAAA-GGAACAAAGAUGAppp5,流感病毒的基因组由7-8个单链负意RNA片段构成。所有片段的5和3末端都具有基因组复制所必需的相同核酸序列。这些序列之间是互补的。在病毒颗粒内，基因组片段的末端以碱基配对结合到一起，形成一种被认为是与复制有关的“锅柄”状结构。,球型病毒，直径70-120nm。根据核心抗原(RNPcore)和表面抗原(M)的不同，分为A、B、C三个类型。不同病毒株系的双重侵染可导致病毒基因组分重组(Pseudorecombination),并因基因组自发的点突变而发生抗原漂移(antigenicshift)。这种多样性重组可能是新株系产生并流行的原因之一!,流感病毒,6.RNA/DNAgenomewithreversetranscriptionprocessing-在病毒基因组的复制过程中存在逆转录机制,线形ss(+)RNA,二倍体,单倍体长7-11kb以基因组二倍体RNA为模板逆转录产生双链DNA,两条RNA模板均参与双链DNA原病毒(Provirus)的复制。逆转录酶(RTase)是一种具有多重功能的多肽复合体;LTR(LongTerminalRepeat)在病毒RNA逆转录及病毒DNA与寄主基因组整合中具有重要作用。复制过程分别受到病毒自身基因及寄主细胞的调控。,A.逆转录病毒科(Retrovirus)-ss(+)RNA病毒,HIV,DNAproviralform,gag、env和pol基因是构成逆转录病毒基因组的基本单位在寄主RNA聚合酶II的作用下,由原病毒(Provirus)转录产生mRNA,拼接及其他加工完全依赖于寄主的酶系统。LTR区域在病毒RNA的转录中具有重要的调节作用。,Movies!,逆转录对病毒的遗传分化(进化)具有重要作用逆转录是一种高度的易错过程(高频率突变-高速度分化)两条RNA模板之间可以突变、重组，产生一种在遗传学上不同于任一亲代的病毒。,B.副逆转录病毒科(Pararetrovirus)-dsDNA病毒-乙肝病毒(Hepadnavirus)和花椰菜花叶病毒(Caulimovirus),以ssRNA为中间体。dsDNA基因组在细胞核内进行转录。转录之前首先要对环状DNA分子中的“缺口”(Gap)进行修补，“成熟”过程中,在病毒粒子内,以转录产生的全长mRNA为模板,逆转录产生基因组DNA。乙肝病毒与花椰菜花叶病毒的复制过程相似，但逆转录的起始物不同。,乙肝病毒(Hepadnavirus),球形粒子，有包膜，含有逆转录酶(RdDp)。基因组为环状部分双链DNA，长链为负意链，约3.0-3.3kb，有缺口。短链为正意链，长约1.7-2.8kb,是最小的病毒基因组之一。,球形粒子，无包膜。基因组为环状、有缺口双链DNA，约8kbp。链存在一个缺口，为负意链；链存在1-3个缺口为正意链。其他结构和功能与Hepadnavirus非常相似。35SRNA（全长mRNA