2019 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of mechanisms supporting infection and coexistence of host-virus systems in aquatic environments
| Project Area | Neo-virology: the raison d'etre of viruses |
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| Project/Area Number |
16H06437
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| Research Institution | Kochi University |
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Principal Investigator |
長崎 慶三 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 教授 (00222175)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
横川 太一 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋生命理工学研究開発センター, 研究員 (00402751)
外丸 裕司 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 瀬戸内海区水産研究所, 主任研究員 (10416042)
木村 圭 佐賀大学, 農学部, 准教授 (30612676)
緒方 博之 京都大学, 化学研究所, 教授 (70291432)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 珪藻ウイルス / 渦鞭毛藻ウイルス / ミミウイルス科 / メガプライマー / 多様性 / 赤潮 / FLDS / ゲノムインフォマティクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度の進捗状況を以下に示す。
①珪藻感染性１本鎖DNAウイルスのゲノム上に存在する４遺伝子は、複製タンパク質、カプシドタンパク質、RNAサイレンシング抑制タンパク質、およびリパーゼ様タンパク質をそれぞれコードすると推定された。②浮遊性珪藻キートセロス・テヌイッシマスの全ゲノム情報のうち0.6%はウイルス由来と推定された。うち約半分は大型DNAウイルスと、1%は珪藻ウイルスとそれぞれ顕著な相同性を示した。③渦鞭毛藻感染性２本鎖DNAウイルスのDNAポリメラーゼの活性中心における特徴的なアミノ酸置換が遺伝コードの違いによるものでないことを確認した。④浦ノ内湾の長期調査（16S、18S、メガプライマーバーコード解析）の結果、真核生物、原核生物、メガウイルス科の全てにおいて、群集の規則的な季節変動が観察された。⑤温泉から新たに分離されたメデューサウイルスのゲノム解析により、5タイプのヒストン遺伝子の存在を明らかにした。また、宿主アメーバは主要カプシドタンパク質を含む多くのメデューサウイルスのホモログをコード化、アメーバが最も有望な自然宿主である可能性を強く示唆した。⑥NCLDVが生産性の高い海域で鉛直方向に沈降しており、生物炭素ポンプに関わっている可能性を見出した。⑦グローバルな深層水循環システムにおけるウイルス群集の潜在的な変化を評価するため、深海水に含まれるウイルス群集を比較した結果、異なる海域間での類似性は低く、ウイルス叢が多様であることを示した。⑧FLDS法により既知ウイルス遺伝子と有意な類似性が認められないRNAウイルス（総塩基は既知のRNAウイルスの中で最大、海綿由来）を発見した。⑨ロタウイルスパッセージにおけるゲノム配列変化を精査し、強いボトルネック効果によりマイナーpopulationの進出余地が生じ得ることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ロードマップに従い全体的に順調に進捗している。とくに珪藻ならびに渦鞭毛藻を宿主とするウイルスについては、新たな知見が蓄積されつつあり、藻類ウイルス学分野の進展に貢献しているといえる。浦ノ内湾における連続調査では、季節ごとのウイルス叢変化がメガプライマーにより明確に検出され、きわめて興味深い結果となった。とくに、珪藻感染性1本鎖ウイルスのゲノム形態は他にはみられないものであり（1本鎖環状DNAのうち一部のみが2本鎖）、これまで機能未知であった遺伝子がウイルス複製の細胞内条件のセットアップに関わっている可能性を示唆した点は大いに注目される。また、太平洋および大西洋の深海水中のウイルス量およびウイルス叢についても詳細な知見が得られた。海域毎にユニークなウイルス叢がみられたが、全体の2割は共通して存在しており、大循環を構成する水塊とともに移動するウイルスがいるものと推定された。これまでのTARA海洋調査のウイルスデータと合わせ、全球レベルでの海洋ウイルスの存在様態について貴重な情報が蓄えられつつあるといえる。また、ウイルスを巡るゲノムインフォマティクスを進めるうえで有用なツールが供給・改善されつつあり、同分野の今後の発展に大きく貢献するものと期待される。特筆すべきは、当班で開発されたRNAウイルス探査技術であるFLDS法が水圏以外の生物に対しても適用され、成果をもたらしている点である。例えば、昆虫ウイルスや哺乳類ウイルスの研究にも使用されるようになり、例えば昨年度はアリの一種に感染する新種ウイルスの性状解明に使用されるなど、副次的な成果も着実に挙げつつある。ヒトの臓器を対象としたFLDS法によるウイルス探索のアプローチも進められつつあり、医学分野との共同においても今後の成果が期待されるところである。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、残された課題の解明と取りまとめを行いネオウイルス学の構築に資するべく以下の項目を推進する。①FLDS関係については以下に関連する論文を投稿：1)遠縁RdRp検出論文、2)太平洋・インド洋のRNAウイルス生物地理論文、3)FLDS改変でのssRNAseq法開発論文、4) IsoVirus利用に関する論文（ニッポンジーンとの共同研究）、②海洋環境ウイルス関係については、2019年度実施インド洋航海(MR19-04)で採取した試料のウイルス計数、ウイルス叢解析結果の総括。③生物炭素ポンプとNCLDVの相関に関わる論文2報の投稿。④浦ノ内湾で長期間および短期間集中的に取得されたサンプルの包括的解析。とくに季節変動に着目したメガウイルスと真核生物の相関関係の解析。赤潮期の短期集中観測から得られたサンプルに関しては、赤潮発生や終息とウイルスの関係について解析。メタゲノムデータからは、MAGを作成し、メガプライマー法では検出されない科のウイルスのゲノム断片とその群集動態を解析。ウイルス－宿主データベースに関しては、セグメントウイルスの情報を入力するシステムを整え、データ整理を開始。⑤珪藻へのウイルス感染過程を解明する為、珪藻RNAウイルスゲノムのトランスフェクション実験（ゲノムRNAの直接導入）を実施。本来感染が成立しない「珪藻vs.ウイルス」の組合せで珪藻細胞にウイルスゲノムRNAを直接導入後、ウイルスの複製をバイオアッセイおよび定量PCR等で検出。結果に基づき、ウイルス感染の可否が細胞とウイルスの吸着に依存している可能性を吟味。⑥突然変異珪藻株を用いたウイルス感染過程の解明。⑦渦鞭毛藻等の赤潮生物に感染・共存するウイルスの探索。⑦5年間の成果の取りまとめを行い、水圏ウイルス研究のどこが「ネオウイルス学」であったかを明確化。最終考察を実施。
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Research Products
(45 results)
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[Presentation] Retrospective approach for analyzing past dynamics of a bloom-forming alga and its infectious virus.2020
Author(s)
池田彩乃, 髙野義人, 遠藤寿, 緒方博之, 櫻井哲也, 加藤伸一郎, 大西浩平, 森澤啓子, 樋口琢磨, 外丸裕司, 高橋迪子, 長﨑慶三
Organizer
第44回日本藻類学会大会
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[Presentation] Exploring community changes of bloom forming eukaryotic phytoplankton and Megaviridae in Uranouchi Inlet, Japan2019
Author(s)
Prodinger F., Endo H., Takano Y., Li Y., Tominaga K., Isozaki T., Blanc-Mathieu R., Gotoh Y., Nagasaki Keizo., Yoshida T., Ogata H.
Organizer
環境ウイルス研究集会
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