実験と数理モデリングによる、植物ＲＮＡウイルスの適応戦略の全容解明

• Project/Area Number: 13J10559
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Plant pathology
• Research Institution: National Institute of Agrobiological Sciences
• Principal Investigator: 宮下 脩平 国立研究開発法人農業生物資源研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2015: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2014: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2013: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
• Keywords: ウイルス進化 / cis性 / ウイルス変異率 / 数理モデル / ウイルス進化機構 / ウイルス複製機構

Outline of Annual Research Achievements

昨年度に引き続き、トマトモザイクウイルスの２つの複製タンパク質（130K、180K）がもつメチルトランスフェラーゼ様ドメイン（MT）・ヘリカーゼ様ドメイン（HEL）・ポリメラーゼ様ドメイン（POL）の活性中心に変異をもつ変異体を複数作製し、プロトプラストおよびin vitroウイルス複製系における相補実験を行った。その結果、180KのPOL機能はin vitro複製系においてはtransに複製に寄与しうるが、プロトプラスト接種時は少なくとも初期にはほぼ完全にcisに寄与すること、マイナス鎖合成あるいはそれ以前の複製複合体形成過程に130KのHEL機能は必須であるが180KのHEL機能は必要でないこと、そのHEL機能はcisにのみ寄与すること、MT機能は130Kか180Kいずれのものもin vitro複製系ではtransに寄与しうるが、プロトプラスト接種時は少なくとも初期にはtransでの寄与が小さいこと、などが昨年度までの結果と合わせて明らかになった。これらの結果から、複製タンパク質遺伝子は少なくとも細胞感染初期にはcisに機能するものとして細胞内レベルで強い選択を受けるものと考えられた。

また、変異率の推定手法の検討を行った。ナノポアシーケンサMinIONの試用プログラムに参加して性能の検討を行ったところ、エラー率が約10%と非常に高く、ウイルス集団の解析には適さないことが明らかになった。一方、2014年に他のグループにより発表されたcircle sequencingによるウイルス変異検出法（Acevedo et al., Nature(2014)）についてアルゴリズムを詳細に検討した結果、塩基置換による変異の検出には向くものの、塩基の欠失や挿入の検出には向かないことが明らかになった。このような変異を適切に検出する解析手法を今後検討する必要がある。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Viruses Roll the Dice: The Stochastic Behavior of Viral Genome Molecules Accelerates Viral Adaptation at the Cell and Tissue Levels (2015)
  • Author(s): Miyashita S., Ishibashi K., Kishino H. and Ishikawa M.
  • Journal Title: PLOS Biology Volume: 13 Issue: 3 Pages: e1002094-e1002094
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.1002094
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Functions of the 5′- and 3′-untranslated regions of tobamovirus RNA (2015)
  • Author(s): Chujo T., Ishibashi K., Miyashita S. and Ishikawa M.
  • Journal Title: Virus Research Volume: in press Pages: 82-89
  • DOI: 10.1016/j.virusres.2015.01.028
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Replication protein of tobacco mosaic virus cotranslationally binds the 5'untranslated region of genomic RNA to enable viralrep lication (2014)
  • Author(s): K. Kawamura-Nagaya, K. Ishibashi, Y-P. Huang, S. Miyashita, and M. Ishikawa
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences USA Volume: (印刷中) Issue: 16
  • DOI: 10.1073/pnas.1321660111
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ウイルスの細胞感染ゲノム数の進化シミュレーション (2015)
  • Author(s): 宮下脩平・石川雅之
  • Organizer: 日本植物病理学会創立100周年記念大会
  • Place of Presentation: 明治大学
  • Year and Date: 2015-03-31
• [Presentation] Mathematical modeling of positive-strand RNA virus infection in single cells reveals a sophisticated adaptation system of the viruses (2014)
  • Author(s): Miyashita S. and Ishikawa M.
  • Organizer: The International Symposium "Molecular basis of host cell competency in virus infection" 2014
  • Place of Presentation: 横浜国際会議場
  • Year and Date: 2014-11-09
  • Invited
• [Presentation] Spontaneous formation of a rule to exclude free riders from viral populations (2014)
  • Author(s): Miyashita S. and Ishikawa M.
  • Organizer: 日米数理生物学会合同大会
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場
  • Year and Date: 2014-07-30
  • Invited
• [Presentation] トマトモザイクウイルス複製タンパク質と各ドメインの機能のcis性・trans性 (2014)
  • Author(s): 宮下脩平・石川雅之
  • Organizer: 日本植物病理学会大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2014-06-04
• [Presentation] 植物ウイルス集団におけるフリーライダー排除とルール形成 (2014)
  • Author(s): 宮下脩平
  • Organizer: ゲーム理論ワークショッフ
  • Place of Presentation: 東京工業大学(東京都目黒区)
  • Year and Date: 2014-03-02
  • Invited
• [Presentation] ウイルス感染ゲノム数進化の数理モデル (2013)
  • Author(s): 宮下脩平
  • Organizer: 感染コンヒテンシー若手研究会
  • Place of Presentation: IPC生産性国際交流センター(神奈川県葉山町)
  • Year and Date: 2013-09-29