病毒的遗传与变异

病毒的遗传能保持物种的相对稳定，维系生物界的平衡；而病毒的变异可导致新品种出现，孕育生物界的进化。病毒是一类极为简单的分子生物，核酸是遗传的物质基础，核酸复制的忠实性使病毒具有稳定的遗传表现。但由于病毒没有细胞结构，其遗传物质极易受外界环境及细胞内分子环境的影响而发生改变，病毒与其它生物相比，其遗传具有更大的变异性。
病毒的变异主要源于其基因组的突变和重组。病毒突变一般分为自发突变和诱导突变。自发突变是在没有任何已知诱变剂的条件下，病毒子代产生高比例的突变体，最后导致表型变异。诱导突变则是利用不同的物理或化学诱变剂处理病毒，提高病毒群体突变率，诱导病毒子代出现特定的突变类型。DNA病毒和RNA病毒在突变频率上有较大的差别。病毒突变类型可从多层次、不同水平进行分类，但目前作为研究工具的突变体类型主要有无效突变体、温度敏感突变体、蚀斑突变体、宿主范围突变体、抗药性突变体、抗原突变体、回复突变体等。
病毒重组一般通过分子内重组、拷贝选择和基因重配三种机制完成。分子内重组需要核酸分子的断裂及其它核酸分子的再连接，拷贝选择不涉及核酸分子的共价键断裂，基因重配则是具分段基因组病毒之间核酸片段交换，基因组各片段在子代病毒中随机分配。病毒重组机制不同，其重组频率有很大差别，且RNA分段基因组病毒同型不同株病毒间的重组经重组重配机制进行，其重组率可高达50%。通过病毒重组，可构建表达特定外源基因的重组病毒，可使灭活病毒经交叉感染或复感染得以复活，这在病毒的研究和利用上都具有重要意义。
病毒表型突变除了源于基因组的突变和重组外，还有一些非遗传因素影响病毒变异。无囊膜病毒的转壳、表型混杂及具囊膜病毒的伪型病毒都可使病毒的表型发生改变。病毒的同源干扰、缺陷干扰及缺陷病毒的存在也会对病毒表型变化产生影响。
如何利用病毒突变和重组建立病毒生物学研究的有效方法，如何利用重组病毒构建重要疾病基因治疗载体，是研究病毒遗传和变异的主要目的之一。虽然有一些病毒现已可通过序列分析进行其基因组研究，但病毒重组作图、重配作图、中间型杂交、转录图和多肽图等仍是研究病毒遗传图的重要方法。在病毒基因功能研究中，经典的互补试验、克隆基因的互补试验及利用突变和重组进行的顺式因子分析、反式因子分析和基因瞬时表达，都有着不可替代的作用。由于一些病毒可以感染动物和人类的特异组织细胞，利用这些病毒构建表达外源基因载体，用于人类一些特殊疾病的基因治疗，这一方面具有诱人的前景。
比如，为什么过去感染过流感的人，虽然体内已经产生了抗体，但对新型病毒变异株却可能没有免疫力呢？为什么流感大流行会经常反复的出现，而为了能够提供有效防御流感的疫苗，则必需频繁地制造出新的流感疫苗呢？这是因为：流感病毒的抗原性会因为核酸的复制、装配等各种因素而发生变化，有了这些变化，流感病毒就可以有效地逃避宿主的免疫清除。
除类病毒外，病毒可以说是生命体中最简单的成员。它的遗传密码或基因组主要集中在核酸链上，只要这种核酸链发生任何变化都会影响它们后代的特性表现。实际上，病毒的基因组在其增殖过程中不是一成不变的，而是时时刻刻都自动地发生突变。其中大多数突变是致死性的，只有少数能生存下来。由于病毒在一次感染中，一个病毒粒子要增殖几百万次，存在产生突变的机会。因此一种病毒从群体水平看，在遗传学上不是同源的，故病毒的“种”在严格意义上，不是分类学上的种，而应称之为准种。病毒的自然变异是非常缓慢的，但这种变异过程可通过外界强烈因素的刺激而加快变异。许多化学和物理因素均可以用来诱发突变，诸如亚硝酸、羟胺、高温等。病毒的突变
病毒的突变有两种主要类型，即位点突变和缺失突变。所谓位点突变是指病毒基因组的核苷酸碱基发生了改变，这就使由基因组控制的病毒多肽的特性受到影响。碱基改变导致某个氨基酸的变化，有时该氨基酸的改变不影响蛋白质的构型和稳定性，此时基因组的表型仍维持原状。如果改变的氨基酸位于蛋白结构的重要位置，那么多肽的正常功能就会丧失，此称错义突变。这种突变的结果有时导致病毒不能生存，有时在较低温度下多肽的结构能维持稳定，并能发挥其功能；但在较高温度时，结构发生变化，并易被细胞蛋白酶所降解。其中有一种称为温度敏感变种，常常归因于一个碱基的变化。温度敏感突变株的多肽虽不能维持原有的功能，但免疫原性常与野生株一样。目前医学和兽医中应用的减毒疫苗，大多数是将野生株连续通过一种新的寄主（如鸡胚或细胞培养等）而获得的。也有不少是将病毒培养在较低温度下筛选获得的。例如口蹄疫病毒温度敏感突变株的毒力较低。
缺失突变是指病毒基因组的一部分被丢失，从而使病毒的特性发生改变。如果缺失的那部分核酸序列是无关紧要的，那么病毒的表型不会受到明显影响；如果是关键部分，则病毒将失去独立繁殖的能力，甚至是致死性的。在这类突变中最令人注目的是缺陷性干扰病毒颗粒。在某些条件下，如细胞培养中接种大剂量病毒并连续传代，易感细胞被感染后只产生少量有感染性的病毒粒子，而大量病毒的基因组是不完全的。这种情况非常普遍，几乎所有RNA病毒和大多数DNA病毒均有发现，它们对同源的完全病毒有干扰作用。这种现象在理论上和致病作用中都很重要。如缺陷性干扰病毒颗粒与病毒的持续感染有密切关系，对动物体来说，缺陷性干扰病毒颗粒可以减轻发病，减少死亡，更有可能引起慢性带毒感染。
病毒的重组
在自然条件下，通常会有两种或多种病毒同时感染同一生物，新合成的病毒核酸分子间会发生交换或重排（见病毒DNA重组的模式图）。核酸序列的重新安排发生在一个分子内，即分子内重组，这种现象主要见于双链DNA病毒，在RNA病毒中只见于脊髓灰质炎病毒和口蹄疫病毒。有时亲缘关系较远的病毒之间也会发生分子间重组，如乳多空病毒和腺病毒。重组是反转录病毒繁殖周期中的重要组成部分，因为它的基因组反转录成DNA后必须整合到寄主细胞的DNA中，引起细胞转化。病毒核酸间的交换主要发现于节段病毒，如果两种相近的病毒同时感染一个细胞时，它们的基因组中有一个或几个节段发生交换，而且发生频率很高，高达3-10%。呼肠孤病毒的不同变种混合感染时，可以产生5种不同重配的子代。禽类不同肉瘤和白血病病毒之间也发生重配，频率超过8%。
病毒与其他生物一样，通过遗传来繁衍后代，保持物种的稳定性。由于病毒基因组小，复制周期短，因而病毒在复制过程中的变异率较高。病毒变异率高，体现了病毒的适应性强，生存力强，例如RNA重组使转基因植物的抗性丧失。这也是病毒得以生存和繁衍的原因。