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1、第四章第四章 病毒基因组病毒基因组临床生化教研室临床生化教研室病毒（病毒（virus）的概念）的概念是一类比较原始的、有生命特征的、能够自我复制的、严格是一类比较原始的、有生命特征的、能够自我复制的、严格细胞内寄生的非细胞生物，是结构最简单、最微小的生命形细胞内寄生的非细胞生物，是结构最简单、最微小的生命形式。式。病毒的四种基本结构成份：病毒的四种基本结构成份：核酸核酸(DNA或或RNA) 衣壳。衣壳。被膜被膜病毒颗粒中的其它内容物。病毒颗粒中的其它内容物。 第一节第一节 病毒基因组的一般特征病毒基因组的一般特征一、病毒基因组的一、病毒基因组的组成组成和分类和分类病毒基因组有病毒基因组有4种核
2、酸类型：种核酸类型：双链双链DNA、单链、单链DNA、双链、双链RNA及单链及单链RNA。一个或多个核酸分子（即分段基因组）。一个或多个核酸分子（即分段基因组）。还有线状和环状分子之分。还有线状和环状分子之分。 国国际际病病毒毒分分类类委委员员会会（ICTVICTV）根根据据病病毒毒的的基基因因组组组成及复制方式组成及复制方式，病毒分为如下几类：病毒分为如下几类： DNADNA病毒（病毒（DNA VirusesDNA Viruses） 第一组：双链第一组：双链DNADNA病毒（病毒（dsDNAdsDNA Viruses Viruses）第二组：单链第二组：单链DNADNA病毒（病毒（ssDNA
3、ssDNA Viruses Viruses）RNARNA病毒（病毒（RNA virusRNA virus） 第三组：双链第三组：双链RNARNA病毒（病毒（dsRNAdsRNA Viruses Viruses）第四组：正链第四组：正链RNARNA病毒（病毒（ (+) (+)ssRNAssRNA Viruses Viruses）第五组：负链第五组：负链RNARNA病毒（病毒（ (-) (-)ssRNAssRNA Viruses Viruses） DNADNA与与RNARNA逆转录病毒逆转录病毒（DNA and RNA Reverse Transcribing Viruses） 第六组：第六组：R
4、NARNA逆转录病毒（逆转录病毒（RNA Reverse Transcribing Viruses）第七组：第七组：DNADNA逆转录病毒逆转录病毒（DNA Reverse Transcribing Viruses）亚病毒因子亚病毒因子（Subviral Agents） 卫星卫星（Satellites viruses）类病毒类病毒（Viroids）朊朊病病毒毒（Prions）二、病毒基因组的大小及碱基组成二、病毒基因组的大小及碱基组成病毒基因组大小范围在病毒基因组大小范围在1.51.510103 3 bpbp（ntnt）3.63.610106 6 bpbp（ntnt）之间；可编码）之间；可编码
5、5 5数百个基因。数百个基因。痘苗病毒科最大：痘苗病毒科最大：3.63.610106 6 bpbp，编码数百个蛋白质；，编码数百个蛋白质；乙型肝炎病毒最小：仅乙型肝炎病毒最小：仅3.2 Kb3.2 Kb，仅编码，仅编码6 6个蛋白质。个蛋白质。 三、病毒基因组的结构特点三、病毒基因组的结构特点 5端的帽子结构（端的帽子结构（m7GpppGmp） 多数单链多数单链RNA病毒有此结构。病毒有此结构。3端端poly(A)尾结构尾结构 RNA病毒末端结构，对病毒末端结构，对RNA具有保护作用。具有保护作用。（一）帽子和（一）帽子和poly（A）尾结构）尾结构（二）粘性末端（二）粘性末端（二）粘性末端（
6、二）粘性末端是指病毒基因组双链是指病毒基因组双链是指病毒基因组双链是指病毒基因组双链DNADNA分子两端具有能够互补的分子两端具有能够互补的分子两端具有能够互补的分子两端具有能够互补的单链单链单链单链DNADNA部分。部分。部分。部分。带粘性末端的病毒双链带粘性末端的病毒双链DNA基因组形成环状结构或二基因组形成环状结构或二聚体聚体环化环化聚合聚合末端正向重复序列末端正向重复序列末端正向重复序列末端正向重复序列 是指双链是指双链是指双链是指双链DNADNA分分分分子两端有一段相同的核苷酸序列。子两端有一段相同的核苷酸序列。子两端有一段相同的核苷酸序列。子两端有一段相同的核苷酸序列。末端反向重复
7、序列末端反向重复序列末端反向重复序列末端反向重复序列 是指病毒基因组两端的反向互补重复序列。是指病毒基因组两端的反向互补重复序列。是指病毒基因组两端的反向互补重复序列。是指病毒基因组两端的反向互补重复序列。长末端重复序列（长末端重复序列（长末端重复序列（长末端重复序列（long terminal repeatlong terminal repeat，LTRLTR） 逆转录病毒基因组逆转录病毒基因组逆转录病毒基因组逆转录病毒基因组RNARNA在逆转录后生成的双链在逆转录后生成的双链在逆转录后生成的双链在逆转录后生成的双链DNADNA中，两端有中，两端有中，两端有中，两端有LTRLTR结构。逆转录
8、病毒基因组利用结构。逆转录病毒基因组利用结构。逆转录病毒基因组利用结构。逆转录病毒基因组利用LTRLTR中的重复序列形成环状结构。中的重复序列形成环状结构。中的重复序列形成环状结构。中的重复序列形成环状结构。病毒基因组病毒基因组重叠基因重叠基因ORF1ORF2ORF3ORF4重叠基因重叠基因病毒基因组的重叠基因病毒基因组的重叠基因重叠基因重叠基因（overlapping gene） 很多病毒基因组的一段很多病毒基因组的一段DNADNA序列有两个或两个以上的序列有两个或两个以上的开放读码框架，可以编码两种或两种以上的多肽链，开放读码框架，可以编码两种或两种以上的多肽链，称为重叠基因。称为重叠基因
9、。分段基因组（分段基因组（segmented genome） 是指病毒基因组由数条不同的核酸分子是指病毒基因组由数条不同的核酸分子组成，分段基因组多见于组成，分段基因组多见于RNARNA病毒，由于分段病毒，由于分段基因组易发生重组，故病毒容易变异。基因组易发生重组，故病毒容易变异。第二节第二节 DNADNA病毒基因组病毒基因组 DNA病毒基因组又分为单链病毒基因组又分为单链DNA和双链和双链DNA两两种，它们以线状或环状分子存在。种，它们以线状或环状分子存在。 1.双链线状双链线状DNA病毒病毒2.双链环状双链环状DNA病毒：乙型肝炎病毒病毒：乙型肝炎病毒 （hepatitis B virus
10、，HBV）二、单二、单二、单二、单链链链链DNADNA病毒基因组病毒基因组病毒基因组病毒基因组一、双链一、双链一、双链一、双链DNADNA病毒基因组病毒基因组病毒基因组病毒基因组（二）（二）HBVHBV基因组结构基因组结构HBV基因组长约基因组长约3.2 Kb，是不完全双链环状，是不完全双链环状DNA分子，有部分子，有部分单链区。分单链区。长链（长链（L）与病毒）与病毒mRNA互补，为负链，大小为互补，为负链，大小为3.2 Kb，短链，短链（S）为正链，）为正链，5端固定，端固定，3端不确定，链长度为端不确定，链长度为L链的链的50%100%。HBV基因组上有基因组上有4个已知的开放读码框架（
11、个已知的开放读码框架（ORF），都在），都在L（）链上，（）链上，S、C、P和和X；分别编码外膜蛋白、核壳蛋白、聚合酶及分别编码外膜蛋白、核壳蛋白、聚合酶及X蛋白。蛋白。6个个ORF相互重叠，相互重叠，HBV基因组序列的利用率高达基因组序列的利用率高达150%200%。正负正负DNA链的链的5端互补区域各有端互补区域各有TTCACCTCTGC构成的正向构成的正向重复序列（重复序列（DR），分别称），分别称DR1和和DR2，DR在病毒基因组复制及维持基因组环状结构中起重要作用。在病毒基因组复制及维持基因组环状结构中起重要作用。第三节第三节 RNA病毒基因组病毒基因组RNA病毒基因组为线状单链或双
12、链，有一个病毒基因组为线状单链或双链，有一个RNA分分子或多个子或多个RNA分子（即分段基因组）。分子（即分段基因组）。正链正链RNA（+RNA）病毒：）病毒：正链正链RNA病毒基因组均为病毒基因组均为线状线状RNA分子。分子。基因组序列与基因组序列与mRNA相同相同负链负链RNA（-RNA）病毒：）病毒：几乎负链几乎负链RNA病毒基因组病毒基因组均为线状。均为线状。基因组序列与基因组序列与mRNA互补互补双链双链RNA病毒：病毒：流行性感冒病毒的基因组流行性感冒病毒的基因组 流行性感冒病毒（流行性感冒病毒（influenza virus），简称流感病毒，属正粘），简称流感病毒，属正粘病毒科。
13、病毒科。根据病毒核衣壳蛋白根据病毒核衣壳蛋白（NP）及基质蛋白（）及基质蛋白（M）的特征，分甲）的特征，分甲（A）、乙（）、乙（B）和丙（）和丙（C）型）型。根据病毒颗粒表面的根据病毒颗粒表面的血凝素血凝素（Hemagglutinin, HA）和）和神经氨神经氨酸酶酸酶（Neuraminidase, NA）的抗原性，甲型流感病毒又可分）的抗原性，甲型流感病毒又可分为为15个个HA亚型（亚型（H1H15），），9个个NA亚型（亚型（N1N9）。甲型能够染人、猪、马和禽类甲型能够染人、猪、马和禽类(禽流感禽流感)丙型主要感染人和猪，丙型主要感染人和猪，乙型仅感染人类，是引起人类流感的重要病原。乙型
14、仅感染人类，是引起人类流感的重要病原。 流感病毒的基因组结构特征流感病毒的基因组结构特征基因组为分节段的单链（）基因组为分节段的单链（）RNA甲型和乙型病毒基因组有甲型和乙型病毒基因组有8个独立的单链个独立的单链RNA片段片段组成，组成，而丙型病毒基因组有而丙型病毒基因组有7个个RNA片段组成。片段组成。基因组单链（）基因组单链（）RNA既是转录合成既是转录合成mRNA的模板，又是合成正链的模板，又是合成正链RNA的模板。的模板。每个节段每个节段RNA编码编码12个蛋白。个蛋白。甲型流感病毒基因组甲型流感病毒基因组8个个RNA片段共编码片段共编码10种种蛋白。蛋白。 流感病毒基因组的变异流感病
15、毒基因组的变异病毒的所有病毒的所有RNA两端都有高度保守序列：两端都有高度保守序列：抗原漂移（抗原漂移（antigen shift）当宿主细胞同时感染两种亚型的病毒时，毒株之间会发生当宿主细胞同时感染两种亚型的病毒时，毒株之间会发生基因重配现象基因重配现象，子代病毒可获得两个亲代病毒的基因片段，子代病毒可获得两个亲代病毒的基因片段，导致子代病毒表面抗原发生变化，从而逃避机体免疫系统导致子代病毒表面抗原发生变化，从而逃避机体免疫系统的攻击。的攻击。基因重配引起的抗原转变是流感大流行的重要原因。基因重配引起的抗原转变是流感大流行的重要原因。另外，由于另外，由于RNARNA聚合酶缺乏校读功能，不能识
16、别和修复错配的聚合酶缺乏校读功能，不能识别和修复错配的碱基，使流感病毒碱基，使流感病毒RNARNA基因组的复制常常发生点突变，也是流基因组的复制常常发生点突变，也是流感病毒易发生变异的原因。感病毒易发生变异的原因。第四节第四节 逆转录病毒基因组逆转录病毒基因组逆转录病毒逆转录病毒（Reverse Transcribing Viruses） 所有的所有的RNARNA肿瘤病毒均属肿瘤病毒均属RNARNA逆转录病毒逆转录病毒能够携带或编码逆转录酶能够携带或编码逆转录酶 （reverse transcriptase, RT）病毒感染细胞后，逆转录合成前病毒病毒感染细胞后，逆转录合成前病毒DNA再整合到
17、宿主细胞染色体再整合到宿主细胞染色体DNA中，中，并能随细胞基因组的复制和细胞分裂。并能随细胞基因组的复制和细胞分裂。在宿主细胞在宿主细胞RNA聚合酶聚合酶的作用下，前病毒的作用下，前病毒DNA又能重新转录又能重新转录成子代病毒基因成子代病毒基因DNA。逆转录病毒基因组的结构所有逆转录病毒的基因组所有逆转录病毒的基因组RNA结构相似结构相似两端各有一个长末端重复序列（两端各有一个长末端重复序列（LTR）编码三个结构基因，从编码三个结构基因，从5端开始依次为端开始依次为Gag编码核心蛋白编码核心蛋白Pol编码逆转录酶等编码逆转录酶等Env编码包膜蛋白编码包膜蛋白 人类免疫缺陷病毒人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）已发现已发现HIV-1 和和HIV-2两型两型HIV-1引起人类获得性免疫缺陷综合症引起人类获得性免疫缺陷综合症
