Regulatory mechanism of the gene expression using sUTR

• Project/Area Number: 22K19168
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 山次 康幸 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (40345187)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2022: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 植物ウイルス / リーキースキャニング / 5'UTR

Outline of Research at the Start

真核生物では一般に1本のmRNA上に１つの読み枠（open reading frame: ORF）が存在し、１つのタンパク質が翻訳されると考えられてきた。しかし、近年のゲノム科学的研究により全体の35-50%ものmRNAにおいて実際に発現するORFの上流に数ペプチドをコードする小さなRNA（upstream ORF: uORF）が存在し、下流のORFの発現を制御していることが示唆されてきたが、その制御機構については完全に解明されていない。この課題を解決するため、本研究では植物RNAウイルスを利用して遺伝子発現制御機構の解析を行う。

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではuORFによる遺伝子発現制御機構の全容解明を目指し、sUTRを介したリーキースキャニングの制御機構に関する研究を展開する。昨年度は植物ウイルスを用いた研究により、sUTRの長さが遺伝子翻訳の際のリーキースキャニングのレギュレーターとしての働きを持つことを示唆した。今年度はsUTRの長さがウイルス感染に及ぼす影響について解析した。sUTRの長さを長くしたsgRNAあるいは短くしたsgRNAをsgRNAを作成し、sgRNAを欠損した欠損したウイルスの変異体と共に植物体に導入すると、それらの接種区におけるウイルスのRNA増殖量は、通常のsgRNAとウイルス変異体を共導入した場合のウイルスRNA増殖量と比較して顕著に低くなった。次いで、ウイルス自体のsgRNAのsUTRの長さを調整する変異体を作成した。ウイルス自身の感染性には影響を与えないように、sUTRの差が差を長くあるいは短くした変異体をそれぞれ一種ずつ作成した。それらを植物体に接種し、接種区におけるウイルスRNA増殖量を定量したところ、やはりsUTRを長くした変異体、短くした変異体は野生型ウイルスよりもウイルスRNA増殖量は低くなった。以上より、sUTRの長さはウイルス増殖量を最大化させるように最適化されていることが示唆された。昨年の結果と合わせて考えると、sUTRの長さは下流のウイルス遺伝子の発現量を調節してバランスを取ることによってウイルス感染に最適化されていることが示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Interaction of EXA1 and eIF4E family members facilitates potexvirus infection in Arabidopsis thaliana (2023)
  • Author(s): Masanobu Nishikawa, Kosuke Katsu, Hiroaki Koinuma, Masayoshi Hashimoto, Yutaro Neriya, Juri Matsuyama, Toya Yamamoto, Masato Suzuki, Oki Matsumoto, Hidenori Matsui, Hirofumi Nakagami, Kensaku Maejima, Shigetou Namba, Yasuyuki Yamaji
  • Journal Title: Journal of Virology Volume: - Issue: 6
  • DOI: 10.1128/jvi.00221-23
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Reverse-Transcription Loop-Mediated Isothermal Amplification Technique to Detect Tomato Mottle Mosaic Virus, an Emerging Tobamovirus (2023)
  • Author(s): Kimura Kan、Miyazaki Akio、Suzuki Takumi、Yamamoto Toya、Kitazawa Yugo、Maejima Kensaku、Namba Shigetou、Yamaji Yasuyuki
  • Journal Title: Viruses Volume: 15 Issue: 8 Pages: 1688-1688
  • DOI: 10.3390/v15081688
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Complete genome sequence of a novel polerovirus infecting Cynanchum rostellatum (2023)
  • Author(s): Tokuda Ryosuke、Watanabe Kiyoto、Koinuma Hiroaki、Okano Yukari、Nijo Takamichi、Yamamoto Toya、Suzuki Masato、Maejima Kensaku、Namba Shigetou、Yamaji Yasuyuki
  • Journal Title: Archives of Virology Volume: 168 Issue: 2 Pages: 57-57
  • DOI: 10.1007/s00705-022-05625-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Complete Genome Sequence of <i>Tea Plant Necrotic Ring Blotch Virus</i> Detected from a Tea Plant in Japan (2022)
  • Author(s): Maruyama Noriko、Iwabuchi Nozomu、Nishikawa Masanobu、Nijo Takamichi、Yoshida Tetsuya、Kitazawa Yugo、Maejima Kensaku、Namba Shigetou、Yamaji Yasuyuki
  • Journal Title: Microbiology Resource Announcements Volume: 11 Issue: 6 Pages: 1-3
  • DOI: 10.1128/mra.00323-22
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Complete Genome Sequence of Clover Yellow Mosaic Virus Isolated from White Clover in Japan (2022)
  • Author(s): Suzuki Masato、Iwabuchi Nozomu、Fujimoto Yuji、Suzuki Takumi、Matsumoto Oki、Motohashi Tomohiro Neil、Miyazaki Akio、Maejima Kensaku、Namba Shigetou、Yamaji Yasuyuki
  • Journal Title: Microbiology Resource Announcements Volume: 11 Issue: 6
  • DOI: 10.1128/mra.00324-22
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Complete Genome Sequences of Grapevine Red Globe Virus in Japan (2022)
  • Author(s): Yamamoto Toya、Sato Haruka、Suzuki Takumi、Miyazaki Akio、Kitazawa Yugo、Maejima Kensaku、Namba Shigetou、Yamaji Yasuyuki
  • Journal Title: Microbiology Resource Announcements Volume: 11 Issue: 12
  • DOI: 10.1128/mra.00434-22
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] tomato mottle mosaic virus（ToMMV） に対するRT-LAMP 法の種子検査への 応用 (2024)
  • Author(s): 西川みなほ・木村 完・宮崎彰雄・ 鈴木拓海・山本桐也・北沢優悟・前島 健作・難波成任・山次康幸
  • Organizer: 2024年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] ポテックスウイルス劣性抵抗性におけ るEXA1 と翻訳開始因子eIF4E ファ ミリーの機能的関係性 (2024)
  • Author(s): 西川雅展・勝 浩介・鯉沼宏章・ 橋本将典・煉谷裕太朗・松山樹立 ・ 前島健作 ・難波成任 ・山次康幸
  • Organizer: 2024年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] Dual resistance constructs conferring dominant / recessive and RNAi resistance targeting plant viruses in lilies (2023)
  • Author(s): Yasuyuki Yamaji, Yukari Okano, Oki Matsumoto, Nozomu Iwabuchi, Kensaku Maejima
  • Organizer: The 11th International Conference of Clinical Plant Science 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Genomic investigation on an unidentified historical potexvirus viola mottle virus: evidence for a synonymous relationship to tulip virus X (2023)
  • Author(s): Oki Matsumoto, Akio Miyazaki, Jun Tokoshima, Tetsuya Yoshida, Yukari Okano, Kensaku Maejima, Shigetou Namba, Yasuyuki Yamaji
  • Organizer: The 11th International Conference of Clinical Plant Science 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mirabilis crinkle mosaic virus is the causal agent of pokeweed leaf crinkle mosaic disease. (2023)
  • Author(s): Takumi Suzuki, Nozomu Iwabuchi, Ryosuke Tokuda, Oki Matsumoto, Tetsuya Yoshida, Masanobu Nishikawa, Kensaku Maejima, Shigetou Namba, Yasuyuki Yamaji
  • Organizer: The 11th International Conference of Clinical Plant Science 2023
  • Int'l Joint Research