病毒的遺傳和變異概述

遺傳與變異，是生物界不斷地普遍發生的現象，也是物種形成和生物進化的基礎。微生物遺傳學作為一門獨立的學科誕生於40年代，病毒遺傳學作為微生物遺傳學的重要組成部分，對於生物遺傳和變異的研究起到了重要的促進作用，也為分子遺傳學的發展奠定了基礎。病毒的許多生物學特性，包括結構簡單、無性增殖方式、可經細胞培養、增殖迅速、便於純化等，使其具有作為遺傳學研究材料的獨特優勢。　

　眾所周知，包括病毒在內的各種生物遺傳的物質基礎是核酸。事實上，這一結論最初的直接證據正是來自於對病毒的研究。為了說明這一點，首先讓我們回顧兩個經典的實驗：①噬菌體感染試驗：T2是感染大腸杆菌的一種噬菌體，它由蛋白質外殼(約60%)和DNA核芯(約40%)構成，蛋白質中含有硫，DNA中含有磷。把32P和35S標記T2，並用標記的噬菌體進行感染試驗，就可以分別測定DNA和蛋白質的功用。Hershey和Chase(1952)在含有32P或35S的培養液中將T2感染大腸杆菌，得到標記的噬菌體，然後用標記的噬菌體感染常規培養的大腸杆菌，再測定宿主細胞的同位素標記，結果用35S標記的噬菌體感染時，宿主細胞中很少有同位素標記，大多數的35S標記噬菌體蛋白附著在宿主細胞的外麵，用32P標記的噬菌體感染時，大多數的放射性標記在宿主細胞內。顯然感染過程中進入細胞的主要是DNA。②病毒重建實驗：煙草花葉病病毒(tobacco mosaic virus，TMV)由蛋白質外殼和RNA核芯組成。可以從TMV分別抽提得到它的蛋白質部分和RNA部分。FraenkelCourat(1956)實驗證明，用這兩種成分分別接種煙草，隻有病毒RNA可引起感染。雖然感染效率較低，但足以說明遺傳物質為RNA。FraenkelCourat利用分離後再聚合的方法，先取得TMV的蛋白質外殼和車前病毒(Holmes Rib Grass Virus，HRV)的RNA，然後把它們結合起來形成雜合病毒，這種雜合病毒有著普通TMV的外殼，可被抗TMV抗體所滅活，但不受抗HRV抗體的影響。當用雜合病毒感染煙草時，卻產生HRV感染的特有病斑，從中分離的病毒可被抗HRV抗體滅活。反過來將HRV的蛋白質和TMV的RNA結合起來也得到類似的結果。目前已經能夠由許多小型RNA病毒和某些DNA病毒提取感染性核酸。如第四章所述，這些感染性核酸在感染細胞以後，可以產生具有蛋白質衣殼和脂質囊膜的完整子代病毒。由脊髓灰質炎病毒的RNA與柯薩奇病毒的衣殼構成的雜合病毒，在感染細胞後產生的子代病毒將是完全的脊髓灰質炎病毒。以上事實說明，核酸是病毒遺傳的決定機構，而蛋白質衣殼和脂質囊膜不過是在病毒核酸遺傳信息控製下合成或由細胞“搶來”的成分。這些成分雖然決定著病毒的抗原特性，而且與病毒對細胞的吸附有關，在一定程度上影響著病毒與宿主細胞或機體的相互關係，例如感染與免疫，但從病毒生物學的本質來看，它們隻是病毒粒子中附屬的或輔助的結構。核酸傳遞遺傳信息的基礎在於其堿基的排列順序，病毒核酸複製時能夠產生完全同於原核酸的新的核酸分子，從而保持遺傳的穩定性。但是，病毒沒有細胞結構，缺乏獨立的酶係統，故其遺傳機構所受周圍環境的影響，尤其是宿主細胞內環境的影響特別深刻；加之病毒增殖迅速，突變的機率相應增高，這又決定了病毒遺傳的較大的動搖性——變異性。采用適當的選育手段，常可較快獲得許多變異株。應用各種理化學和生物學因子進行誘變，也能較快看到結果。而病毒粒子之間以及病毒核酸之間的雜交或重組，又為病毒遺傳變異的研究，開辟了廣闊前景。這些便利條件使病毒遺傳變異的研究遠遠超出了病毒學本身的範圍，成為人類認識生命本質和規律的一個重要的模型和側麵。　　遺傳和變異是對立的統一體，遺傳使物種得以延續，變異則使物種不斷進化。本章主要論述病毒的變異現象、變異機理以及研究變異的方法和誘變因素等，關於病毒的遺傳學理論請參閱有關的專業書籍。

　　病毒的遺傳變異常常是“群體”，也就是無數病毒粒子的共同表現。而病毒成分，特別是病毒編碼的酶和蛋白質，又常與細胞的正常酶類和蛋白質混雜在一起。這顯然增加了病毒遺傳變異特性鑒定上的複雜性。