Role of virus persistent infection on enhancement of environmental adaptability in host plants

• Project/Area Number: 22KK0081
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 高橋 英樹 東北大学, 農学研究科, 教授 (20197164)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田原 緑 立命館大学, 立命館グローバル・イノベーション研究機構, 助教 (20849525) ; 宮下 脩平 東北大学, 農学研究科, 助教 (60556710)
• Project Period (FY): 2022-10-07 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥20,280,000 (Direct Cost: ¥15,600,000、Indirect Cost: ¥4,680,000); Fiscal Year 2025: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2024: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
• Keywords: キュウリモザイクウイルス / 不顕性感染 / ハクサンハタザオ / 植物ウイルス

Outline of Research at the Start

これまでのウイルス研究は、病原性ウイルスに焦点があてられており、病気を起こすことなく宿主植物に感染しているウイルスの存在やそのウイルスと宿主生物との相互関係については、十分な研究がなされていない。申請者らは、日本国内で単離されたウイルスが植物の生命活動に与える役割について、分子レベルで解析を進めてきた。その研究をさらに発展させるため、これまで共に研究に取り組んできたヨーロッパの研究者との国際共同研究を強化し、日本とヨーロッパの異なる環境に適応した宿主植物に感染しているウイルスを網羅的に単離・比較解析することにより、不顕性感染ウイルスが植物の生存に果たす役割に関する研究をより一層加速化させる。

Outline of Annual Research Achievements

近年、様々な生物の全ゲノム塩基配列情報とバイローム解析により、宿主生物のゲノム上にウイルスゲノムと相同の塩基配列が存在したり、宿主植物に潜在・不顕性感染しているウイルスが予想以上に多いという事実から、宿主生物は、進化の過程でウイルスの感染を繰り返し受けてきたことが明らかになってきた。しかし、これまでのウイルス研究は、生物に病気を起こす病原体としてのウイルスに焦点があてられており、病気を起こすことなく宿主生物に感染しているウイルスの存在や宿主生物との相互関係については、十分な研究がなされていない。モデル植物であるシロイヌナズナは、一年生植物であり、日本では稀にしか見られない。一方、シロイヌナズナに近縁の多年生植物(宿根草)であるハクサンハタザオは、一度ウイルスが感染を受けるとウイルスを保持し続けることに着目し、申請者らは、ハクサンハタザオから単離したキュウリモザイクウイルス(CMV)の性状解析と宿主遺伝子発現に与える影響について解析を進めてきた。本年度の国際共同研究では、日本とヨーロッパに自生するハクサンハタザオに感染しているウイルスを徹底的に比較解析するためドイツのバイロイド大学近郊のハクサンハタザオ自生地において2023年5月初旬にサンプリングを実施した。免疫学的な手法により、約50個体のCMV感染陽性個体を単離した。さらに、サンプリングの後、共同研究先であるオランダ・ワーゲニンゲン大学のRichard Kormelink博士の研究室にて、取得サンプルからのCMVゲノムクローンの単離と今後の具体的な研究計画に関する議論を行なった。さらに、モデルケースとして日本産CMVのゲノムcDNAの合成と試験管内転写ベクターを構築済みであることから、ヨーロッパで取得したサンプリングから、RT-PCRにより、CMVcDNA増幅とクローニングを進めている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2023年5月初旬に、ヨーロッパの山岳地帯に自生するハクサンハタザオのサンプリングを行った。免疫学的手法により、CMV感染候補個体をスクリーニングすることができたことから、研究は概ね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

ヨーロッパの山岳地帯に自生するハクサンハタザオから免疫学的な手法によりスクリーニングしたCMV感染候補個体から全RNAを抽出し、CMVのゲノムRNAに特異的なプライマーを用いたRT-PCRにより、cDNA増幅、クローニング、塩基配列の決定を行う。さらに得られた塩基配列を、日本に自生するハクサンハタザオから単離したCMVのゲノムRNAの塩基配列と比較し、分子系統分類を行う。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ワーゲニンゲン大学(オランダ)
• [Int'l Joint Research] ワーゲニンゲン大学(オランダ)
• [Journal Article] A single amino acid at position 31 in the N-terminus of the coat protein of cucumber mosaic virus determines its avirulence function for RCY1-conferred virus resistance (2024)
  • Author(s): Hideki Takahashi, Yuki Ando, Yoshinori Kanayama and Shuhei Miyashita
  • Journal Title: Archives of Virology Volume: 169 Issue: 3 Pages: 61-66
  • DOI: 10.1007/s00705-024-05961-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The essential role of the quasi-long terminal repeat sequence for replication and gene expression of an endogenous pararetrovirus, petunia vein clearing virus (2022)
  • Author(s): Kuriyama Kazunori、Tabara Midori、Moriyama Hiromitsu、Takahashi Hideki、Fukuhara Toshiyuki
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: 39 Issue: 4 Pages: 405-414
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.22.1017a
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • Year and Date: 2022-12-25
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Activation of plant immunity by exposure to dinitrogen pentoxide gas generated from air using plasma technology (2022)
  • Author(s): Tsukidate Daiki、Takashima Keisuke、Sasaki Shota、Miyashita Shuhei、Kaneko Toshiro、Takahashi Hideki、Ando Sugihiro
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 17 Issue: 6 Pages: 0269863-0269863
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0269863
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Virus latency and the impact on plants. (2023)
  • Author(s): Takahashi H.
  • Organizer: WUR-TU Immunity, Food Science, and Synchrotron Light Symposium 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] キュウリモザイクウイルスHo系統が不顕性感染したシロイヌナズナとY系統が急性感染したシロイヌナズナの比較トランスクリプトーム解析 (2023)
  • Author(s): 高橋英樹, 田原緑, 宮下脩平, 竹田篤史, 福原敏行
  • Organizer: 令和５年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] 細胞間移行タンパク質・外被タンパク質機能不全型人工改変RNA3によるキュウリモザイクウイルスの細胞間移行阻害 (2023)
  • Author(s): 宮下脩平, 小黒まゆ, 安藤杉尋, 高橋英樹
  • Organizer: 令和５年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] 外被タンパク質のN末端13-aaペプチドを産生する人工改変RNA3によるキュウリモザイクウイルスの細胞間移行阻害 (2023)
  • Author(s): 大島慎也, 高橋英樹, 宮下脩平
  • Organizer: 令和５年度日本植物病理学会東北部会
• [Presentation] キュウリモザイクウイルスは篩管を介した長距離移行後に1より非常に小さいMOIで細胞感染する (2023)
  • Author(s): 木村空知, Zhou W, 高橋英樹, 宮下脩平
  • Organizer: 令和５年度日本植物病理学会東北部会
• [Presentation] キュウリモザイクウイルス接種ササゲ葉における大型局部壊死病斑形成に関与するウイルス因子の解析 (2022)
  • Author(s): 高橋英樹, 霍 開天, 安藤杉尋, 宮下脩平
  • Organizer: 令和4年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] キュウリモザイクウイルスCP発現PVXベクターのアグロインフェクションを利用したR遺伝子抵抗性同期的誘導系 (2022)
  • Author(s): 宮下脩平, 狩野 凱, 石橋和大, 安藤杉尋, 高橋英樹
  • Organizer: 令和4年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] 植物ウイルスの細胞間移行における小さいMOIを再現する細胞感染・細胞間移行シミュレーションモデルの構築 (2022)
  • Author(s): 平澤花織, 安藤杉尋, 高橋英樹, 宮下脩平
  • Organizer: 令和4年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] キュウリモザイクウイルスの細胞間移行タンパク質による多数決型意思決定はドミナントネガティブ効果で説明される (2022)
  • Author(s): 小黒まゆ, 安藤杉尋, 高橋英樹, 宮下脩平
  • Organizer: 令和4年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] キュウリモザイクウイルスのゲノム分節RNA1，2，3の複製様式の非対称性 (2022)
  • Author(s): 小内智塁, 安藤杉尋, 高橋英樹, 宮下脩平
  • Organizer: 令和4年度日本植物病理学会東北部会
• [Presentation] キュウリモザイクウイルス抵抗性遺伝子RCY1産物の認識特異性に関わるアミノ酸残基のin silico探索 (2022)
  • Author(s): Derib A. Abebe, 安藤杉尋, 高橋英樹, 宮下脩平
  • Organizer: 令和4年度日本植物病理学会東北部会
• [Presentation] キュウリモザイクウイルスの細胞間移行を阻害する外被タンパク質機能不全型人工改変RNA3 の作出 (2022)
  • Author(s): 茶藤あみ, 小黒まゆ, 安藤杉尋, 高橋英樹, 宮下脩平
  • Organizer: 令和4年度日本植物病理学会東北部会
• [Funded Workshop] WUR-TU Future Prospects in Agriculture based on Immunity, Food Science, and Synchrotron Light (2023)