单击单击 此处编辑处编辑 母版标题样标题样 式单击 此处编辑 母版副标题样 式* * *1 1第六章 病毒的进进化第六章 病毒的进进化病毒的进进化： 病毒的由来、存在及其发发展演变变的过过程、特征和规规律研究病毒进进化的难难度：1）病毒特别别微小2）病毒没有化石3）病毒进进化的随机性强1. 有关病毒起源的学说说4. RNA病毒的进进化5. 病毒与机体相互作用进进化关系本章内容2.研究病毒分子进化的有关方法3. DNA病毒的进进化前言v意义义:通过过研究现现存的病毒,希望了解病毒的起源和进进化历历程,预预示病毒特别别是人类类病原病毒未来的变变异和进进化方向,需要了解随着环环境因素的变变化,病毒将如何变变异、变变异的速度、选择压选择压 力等,从而能有效地控制和避免人类类和动动物病毒病的爆发发.前言v三种类类型的病毒:v 单纯单纯 以DNA为遗传为遗传 物质质的病毒 v 生活不同阶阶段以DNA和RNA为遗传为遗传 物质质的病毒 v 单纯单纯 以RNA为遗传为遗传 物质质的病毒 v 一般认为认为 它们们有着不同的起源和不同的进进化.1、病毒起源的学说说 病毒从何而来？这这是生物进进化问题问题 上一个至关重要的研究课题课题 ，是一个不折不扣的悬悬而未决的问题问题 。
1、病毒起源的学说说v病毒起源:病毒或遗传遗传 物质质从它的前身大分子中独立出来进进行自主复制和进进化的时时候,称为为病毒起源.退化性学说病毒起源于宿主细胞中的DNA和RNA成分的学说病毒起源于具有自主复制功能的原始大分子学说三类起源学说:1.1、退化性学说说v 该该学说认为说认为 :病毒是细细胞内寄生物的退化形式.v 代表人:Green 1935 Burnet 1945 Lwoff 1959v 理由:细细胞内寄生的产产生原因可能是由于微生物对对某种不能穿透细细胞膜的代谢发谢发 生了严严重依赖赖. 在细细胞内,这类这类 寄生物可以在不影响生存的情况下逐渐丢渐丢 失部分生物学功能.它们们所必需保留的功能是具有自主复制的DNA复制原点,对对复制进进行调调控的反式调调控蛋白及能与宿主生物合成及复制系统统相互作用的顺顺式和反式功能.v 支持证证据:一些中间间型的细细胞内寄生物,如立克次体，衣原体；麻风风杆菌退化性起源学说对病毒的起源的解释：1.寄生物在细胞内产生独立复制的DNA质粒；2.编码寄生物亚细胞结构单位的基因发生突变，形成病毒的衣壳蛋白1.2.病毒起源于宿主细细胞中的DNA和RNA成分的学说说v该该学说认为说认为 :病毒是正常的细细胞组组分在进进化过过程中获获得了自主复制的能力，独立进进化来的.v 能解释释所有的病毒起源:v DNA病毒起源于质质粒或转转移因子v RNA病毒起源于自主复制的mRNAv 反转录转录 病毒起源于反转转座子v 病毒独立的条件:v 有复制的起始位点v 有保护护性蛋白质质外壳1.2.1.1.2.1.复制的起始位点复制的起始位点vv起始位起始位点: 启动动DNA和RNA复制的序列. v RNA病毒的复制起始位点一般位于线线性分子的末端.v DNA病毒的起始位点一般位于分子的内部并有明显显的结结构特征.v 由于病毒很少完全自身编码编码 病毒DNA和RNA复制所需的蛋白质质,通常会有宿主蛋白共同参与复制的起始.1.2.2.1.2.2.类类类类病毒和病毒和卫卫卫卫星病毒星病毒类病毒卫星病毒核酸最小分子最小分子有无外壳无有复制场所细胞核细胞质是否编码蛋白不不复制需RNA聚合酶 拷贝多聚负链宿主细胞或依赖于RNA的 RNA聚合酶起源可能是细胞RNA获得复制原点后进化产生的1.2.3.质质粒、转转座子v质质粒、转转座子它们们的起源和进进化可能和病毒的起源和进进化有关.v 质质粒:细细胞中能够够自我复制的DNA分子.它的复制条件和病毒一样样,它的研究利于了解DNA病毒的起源和进进化.v 转转座子:是从DNA的一个位点转转移到另一个位点的大小为为75040000bp的DNA分子.许许多DNA病毒的基因组组组组 成与它相似,两者是否具有相同的祖先,有待进进一步研究.1.2.4.可复制的mRNAsvRNA病毒起源是独立于DNA病毒的.v 有人认为认为 RNA病毒起源的一种可能是：细细胞的mRNA获获得了自我复制的能力,一旦这这种自我复制的mRNA获获得了编码编码 蛋白的基因,一个简单简单 的RNA病毒就诞诞生了.1.2.51.2.5反反转转转转子子 由于由于19991999年在古年在古细细细细菌中菌中发现发现发现发现 了所了所谓谓谓谓“ “反反转转转转子子” ”的的遗传单遗传单遗传单遗传单 位，位，这为这为这为这为 病毒在基因水平上的起源及病毒在基因水平上的起源及进进进进化化提供了新的提供了新的证证证证据：据： “ “反反转转转转子子” ”是是仅仅仅仅含一个基因并且能自我复制的含一个基因并且能自我复制的一段核酸分子，具有重要的基因捕一段核酸分子，具有重要的基因捕获获获获功能。
其基功能其基因与宿主因与宿主细细细细胞等位基因高度同源，且在密胞等位基因高度同源，且在密码码码码子的子的使用使用频频频频率上也有高度的相似性，率上也有高度的相似性，经过经过经过经过 考考证证证证，初步，初步估估计计计计“ “反反转转转转子子” ”在在4 4亿亿亿亿年前就存在了年前就存在了1.2.51.2.5反反转转转转子子 在古在古细细细细菌菌进进进进化的化的过过过过程中，反程中，反转转转转子从子从细细细细菌基因中菌基因中捕捕获获获获基因，基因，扩扩扩扩大自身的大自身的遗传遗传遗传遗传 信息量并增加生物学信息量并增加生物学功能，最原始的感染性病毒功能，最原始的感染性病毒颗颗颗颗粒由此粒由此产产产产生，原始生，原始病毒采取不同的复制策略，因此病毒采取不同的复制策略，因此产产产产生了不同病毒生了不同病毒的的进进进进化1.2.51.2.5反反转转转转子子 由此生命的起源是从由此生命的起源是从细细细细菌开始的，菌开始的，细细细细菌是病毒菌是病毒进进进进化化摇篮摇篮摇篮摇篮 据此推测测测测：地球上最早出：地球上最早出现现现现的病毒可的病毒可能是能是经经经经RNARNA为为为为基因基因组组组组的逆的逆转录转录转录转录 病毒，然后再病毒，然后再发发发发展成以展成以DNADNA为为为为基因基因组组组组的逆的逆转录转录转录转录 病毒，最后出病毒，最后出现现现现的是的是DNADNA病毒，而病毒，而RNARNA病毒病毒则则则则很可能有其独立的很可能有其独立的演化途径。
演化途径 1.3.1.3.病毒起源于具有自主复制功能的原始大分子学病毒起源于具有自主复制功能的原始大分子学说说说说vv该该该该学学说认为说认为说认为说认为 : :病毒起源于自主复制的病毒起源于自主复制的RNARNA分子分子. .首首先是先是RNARNA的形成和复制的形成和复制, ,然后演然后演变变变变出出RNA-RNA-蛋白蛋白质质质质介介导导导导的一系列反的一系列反应应应应, ,第三步第三步产产产产生了生了DNA. DNADNA. DNA由于由于比比RNARNA稳稳稳稳定而最定而最终终终终成成为遗传为遗传为遗传为遗传 信息信息. . 1.3.1.3.病毒起源于具有自主复制功能的原始大分子学病毒起源于具有自主复制功能的原始大分子学说说说说vv证证证证据据:RNA:RNA分子具有至少三种化学功能分子具有至少三种化学功能vv 核糖核酸核糖核酸酶酶的活性的活性. .vv 能自我拼接去掉内部的核酸序列能自我拼接去掉内部的核酸序列( (核核酶酶) )vv 有有实验实验实验实验 表明表明, ,以以RNARNA作引物可以合成依作引物可以合成依赖赖赖赖于模于模板的多聚胞板的多聚胞嘧啶嘧啶嘧啶嘧啶 核酸核酸. .vv RNARNA的反的反应应应应性有利于它作性有利于它作为为为为催化物而不利于它催化物而不利于它成成为遗传为遗传为遗传为遗传 物物质质质质. .vv 有些分子被包装在有些分子被包装在细细细细胞或胞或组织组织组织组织 中中, ,形成宿主形成宿主细细细细胞胞, ,另一些分子另一些分子则则则则自我复制或寄生在宿主自我复制或寄生在宿主细细细细胞中胞中, ,进进进进化化为为为为病毒病毒. .vv总总总总而言之，而言之，病毒起源是复病毒起源是复杂杂杂杂和多元化的和多元化的，不同病不同病毒有着不同的起源，至少在毒有着不同的起源，至少在DNADNA病毒和病毒和RNARNA病毒病毒之之间间间间是如此，随着更多研究是如此，随着更多研究资资资资料的料的积积积积累，相信我累，相信我们们们们会会获获获获得更多的新得更多的新证证证证据。
有一点目前是有基本的据有一点目前是有基本的共共识识识识的，那就是的，那就是病毒是一个可病毒是一个可动遗传单动遗传单动遗传单动遗传单 元元，在相在相应应应应的条件下的条件下进进进进行行细细细细胞之胞之间间间间的定位的定位传递传递传递传递 作为为为为大大分子物分子物质质质质，病毒起源，病毒起源实际实际实际实际 就是生物大分子的起源就是生物大分子的起源，是当今生命科学中最重要的命，是当今生命科学中最重要的命题题题题之一2.研究病毒分子进化的有关方法v单基因进化树v基因组的排列与进化研究v基因组的基因组成与进化研究2.1利用核苷酸或蛋白质序列绘制单基因进化树v在构建进化树时，首先利用计算机程序对具有多个同源基因的核苷酸或蛋白质序列进行同源序列的优化排序，然后利用定量分子系统学的方法，如邻接法、最大简约法等，构建出单基因的进化树，从而预测相对应的物种v利用单基因序列做出的进化树，可以用来研究病毒的亲缘关系、进化速率和流行病学分析v单基因进化树在相当程度上可能不能反映病毒的进化，而仅仅代表了基因的进化2.2基因组的排列与进化研究利用基因组的排列顺序做进化树： 基因组上基因的排列顺序可以通过一定的方法构建成进化树。
比如2001年，Herniou等人利用相对断裂点矩阵法和邻近基因配对法构建了杆状病毒基因组进化树 与单基因进化树相比，它们从另一个侧面反映了基因组的进化规律，也就是基因组的重排现象2.3基因组的基因组成与进化研究v通过对基因组中基因的组成分析，了解在病毒的进化过程中，病毒基因的进化过程，为进一步研究基因功能鉴定良好的基础3.DNA3.DNA病毒的病毒的进进进进化化vv3.1.3.1.影响影响DNADNA病毒的病毒的进进进进化的因素化的因素vv3.1.1.3.1.1.突突变变变变和重和重组组组组vv 影响病毒基因影响病毒基因组产组产组产组产 生生进进进进化的主要力量是化的主要力量是突突变变变变和重和重组组组组. .vv 由于病毒由于病毒变变变变异异频频频频率快、短率快、短时间时间时间时间 能复制能复制许许许许多代多代、会、会产产产产生一些缺陷性病毒生一些缺陷性病毒, ,导导导导致病毒致病毒变变变变异快异快. .vv 变变变变异异导导导导致病毒生物功能的巨大致病毒生物功能的巨大变变变变化化. .从而改从而改变变变变了病毒与宿主了病毒与宿主细细细细胞的关系胞的关系, ,面面对对对对新宿主的新宿主的选择压选择压选择压选择压力成力成为为为为迫使病毒迫使病毒进进进进化的原因之一化的原因之一. . 3.1.3.1.影响影响DNADNA病毒的病毒的进进进进化的因素化的因素vv3.1.2.3.1.2.由于基因由于基因组组组组大小的限制所大小的限制所产产产产生的生的进进进进化化约约约约束束基因的倍增基因的倍增: :病毒的病毒的外壳外壳对对对对病毒的病毒的基因基因组组组组的大小的大小产产产产生了生了限制限制, ,而病毒基因而病毒基因组组组组上很少有非上很少有非编码编码编码编码 序列存在序列存在. .许许许许多基因家族是靠基因倍增和漂移所多基因家族是靠基因倍增和漂移所产产产产生生, ,但因但因基因基因组组组组缺少空缺少空间间间间, ,这类这类这类这类 基因会在病毒基因会在病毒进进进进化中化中丢丢丢丢失失. .3.1.3.1.影响影响DNADNA病毒的病毒的进进进进化的因素化的因素vv3.1.2.3.1.2.由于基因由于基因。