ウイルス潜在感染による植物への環境ストレス耐性付与と生態系の恒常性維持の基盤解析

• Project Area: Neo-virology: the raison d'etre of viruses
• Project/Area Number: 16H06435
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• 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): 福原 敏行 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (90228924)
• Project Period (FY): 2016-06-30 – 2021-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥117,650,000 (Direct Cost: ¥90,500,000、Indirect Cost: ¥27,150,000); Fiscal Year 2020: ¥21,970,000 (Direct Cost: ¥16,900,000、Indirect Cost: ¥5,070,000); Fiscal Year 2019: ¥21,970,000 (Direct Cost: ¥16,900,000、Indirect Cost: ¥5,070,000); Fiscal Year 2018: ¥21,970,000 (Direct Cost: ¥16,900,000、Indirect Cost: ¥5,070,000); Fiscal Year 2017: ¥21,970,000 (Direct Cost: ¥16,900,000、Indirect Cost: ¥5,070,000); Fiscal Year 2016: ¥29,770,000 (Direct Cost: ¥22,900,000、Indirect Cost: ¥6,870,000)
• Keywords: 不顕性感染 / 植物ウイルス / ウイルス / ウィルス / 植物 / 環境

Outline of Annual Research Achievements

病徴を示していないハクサンハタザオ(Arabidopsis halleli)から単離されたキュウリモザイクウイルスHo系統[CMV(Ho)]は、シロイヌナズナ(A. thaliana)にも不顕性感染する。病原性を持つCMV[CMV(Y)]とCMV(Ho)の比較解析から、CMVの2bタンパク遺伝子が、CMV(Ho)の不顕性感染を決定することを明らかにした。さらに昨年度は、CMV(Ho)2bタンパク質が、宿主のAGO4タンパク質と相互作用することを見出した。
本年度は、2bタンパク質の機能について、さらに解析を進めた。CMV(Ho)とCMV(Y)の2b遺伝子にFLAGタグ配列を付加したコンストラクトをシロイヌナズナに形質転換したところ、CMV(Y)の2b-FLAGタンパク質を蓄積する形質転換体では、形態異常を示したが、CMV(Ho)の2b-FLAGタンパク質を蓄積する形質転換シロイヌナズナでは、非形質転換植物と同様に正常な形態を示したことから、CMV(Ho)の2bタンパク質蓄積は、形態異常を誘導しないことが再確認された。
また、CMV(Ho)の2bタンパク質が相互作用する宿主AGO4タンパク質は、宿主ゲノムDNAのメチル化/脱メチル化に関与しており、実際にCMV(Ho)に不顕性感染しているシロイヌナズナでは、ゲノム上の多くの遺伝子(候補遺伝子)のメチル化/脱メチル化レベルが変化していることを見出した。さらに、CMV(Ho)の2bタンパク質を蓄積する形質転換体において、上述の候補遺伝子のコード領域とプロモーター領域のメチル化変動解析をバイサルファイトシークエンス法により個別に解析し、予想通りにメチル化レベルが変動しているかどうかの解析を進めている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

ウイルスの不顕性感染した宿主植物では、宿主ゲノムDNAの多くの遺伝子（候補遺伝子）のプロモーター領域やコード領域で、メチル化/脱メチル化レベルが変化していることが明らかになった。さらに、MV(Ho)の2bタンパク質を蓄積する形質転換体を用いて、バイサルファイトシークエンス法により、個々の候補遺伝子についてメチル化/脱メチル化レベルが変化しているかどうか解析を行っている。すでに、2種類の転写因子遺伝子プロモーター配列で、メチル化/脱メチル化レベルの変化が確認できていることから、研究はおおむね順調に進展していると判断される。

Strategy for Future Research Activity

CMV(Ho)の2bタンパク質を蓄積する形質転換体において、上述の候補遺伝子のコード領域とプロモーター領域のメチル化変動解析をバイサルファイトシークエンス法により個別に解析し、予想通りにメチル化レベルが変動しているかどうかの解析をさらに進める。さらに、プロモーター領域やコード領域でメチル化/脱メチル化レベルが変化していることが見出された遺伝子発現の変動が、植物の器官分化やストレス耐性などの形質への関与しているかを解析し、植物の生存におけるウイルス不顕性感染の役割を明らかにする。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ワーゲニンゲン大学/ユトレヒト大学(オランダ)
• [Journal Article] Transcriptome Modifications in Porcine Adipocytes via Toll-Like Receptors Activation (2019)
  • Author(s): Igata Manami、Islam Md. Aminul、Tada Asuka、Takagi Michihiro、Kober A. K. M. Humayun、Albarracin Leonardo、Aso Hisashi、Ikeda-Ohtsubo Wakako、Miyazawa Kenji、Yoda Kazutoyo、He Fang、Takahashi Hideki、Villena Julio、Kitazawa Haruki
  • Journal Title: Frontiers in Immunology Volume: 10 Pages: 1180-1194
  • DOI: 10.3389/fimmu.2019.01180
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evaluation of the immunomodulatory activities of the probiotic strain Lactobacillus fermentum UCO-979C. (2019)
  • Author(s): Garcia-Castillo Valeria、Komatsu Ryoya、Clua Patricia、Indo Yuhki、Takagi Michihiro、Salva Susana、Islam Md. Aminul、Alvarez Susana、Takahashi Hideki、Garcia-Cancino Apolinaria、Kitazawa Haruki、Villena Julio
  • Journal Title: Frontiers in Immunology Volume: 10
  • DOI: 10.3389/fimmu.2019.01376
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Virus Latency and the Impact on Plants (2019)
  • Author(s): Takahashi H, Fukuhara T, Kitazawa H, Kormelink R
  • Journal Title: Frontiers in Microbiology Volume: 10
  • DOI: 10.3389/fmicb.2019.02764
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Endornaviruses: persistent dsRNA viruses with symbiotic properties in diverse eukaryotes. (2019)
  • Author(s): Fukuhara T
  • Journal Title: Virus Genes Volume: 55 Pages: 165-173
  • DOI: 10.1007/s11262-019-01635-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Long DCL4-substrate dsRNAs efficiently induce RNA interference in plant cells (2019)
  • Author(s): Kakiyama S, Tabara M, Nishibori Y, Moriyama H, Fukuhara T.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: in press Pages: 1-10
  • DOI: 10.1038/s41598-019-43443-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Deciphering the influence of paraimmunobiotic bifidobacteria on the innate antiviral immune response of bovine intestinal epitheliocytes by transcriptomic analysis (2019)
  • Author(s): Albarracin L.、Komatsu R.、Garcia-Castillo V.、Aso H.、Iwabuchi N.、Xiao J.-Z.、Abe F.、Takahashi H.、Villena J.、Kitazawa H.
  • Journal Title: Beneficial Microbes Volume: 10 Pages: 199-209
  • DOI: 10.3920/bm2018.0024
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Long DCL4-substrate dsRNAs efficiently induce RNA interference in plant cells (2019)
  • Author(s): Kakiyama S, Tabara M, Nishibori Y, Moriyama H, Fukuhara T.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] First identification and characterization of cucumber mosaic virus from Corchorus olitorius in Japan (2018)
  • Author(s): Hanbal Sara E.、Miyashita Shuhei、Ando Sugihiro、Sidaros Samir A.、Takahashi Hideki
  • Journal Title: Journal of Plant Pathology Volume: 100 Pages: 561-565
  • DOI: 10.1007/s42161-018-0099-6
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Atmospheric-pressure plasma irradiation can disrupt tobacco mosaic virus particles and RNAs to inactivate their infectivity (2018)
  • Author(s): Hanbal Sara E.、Takashima Keisuke、Miyashita Shuhei、Ando Sugihiro、Ito Kumiko、Elsharkawy Mohsen M.、Kaneko Toshiro、Takahashi Hideki
  • Journal Title: Archives of Virology Volume: 163 Pages: 2835-2840
  • DOI: 10.1007/s00705-018-3909-4
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Survey of the response of 82 domestic landraces of Zea mays to cucumber mosaic virus (CMV) reveals geographical region-related resistance to CMV in Japan (2018)
  • Author(s): Takahashi H.、Tian A.、Miyashita S.、Kanayama Y.、Ando S.、Kormelink R.
  • Journal Title: Plant Pathology Volume: in press Pages: 1401-1415
  • DOI: 10.1111/ppa.12848
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Receptors and Signaling Pathways for Recognition of Bacteria in Livestock and Crops: Prospects for Beneficial Microbes in Healthy Growth Strategies (2018)
  • Author(s): Villena, J., H. Kitazawa, S. C. M. Van Wees, C. M. J. Pieterse, H. Takahashi
  • Journal Title: Frontiers in Immunology Volume: 9:2223 Pages: 1-15
  • DOI: 10.3389/fimmu.2018.02223
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Comparative analysis of microbial diversity and bacterial seedling disease-suppressive activity in organic-farmed and (2018)
  • Author(s): Takahashi Hideki、Matsushita Yuko、Ito Toyoaki、Nakai Yutaka、Nanzyo Masami、Kobayashi Takashi、Iwaishi Shinji、Hashimoto Tomoyoshi、Miyashita Shuhei、Morikawa Toshiyuki、Yoshida Shigenobu、Tsushima Seiya、Ando Sugihiro
  • Journal Title: Journal of Phytopathology Volume: 166 Pages: 249264-249264
  • DOI: 10.1111/jph.12682
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genomic Characterization of Lactobacillus delbrueckii TUA4408L and Evaluation of the Antiviral Activities of its Extracellular Polysaccharides in Porcine Intestinal Epithelial Cells (2018)
  • Author(s): Kanmani, P., L. Albarracin, H. Kobayashi, E. M. Hebert, L. Saavedra, R. Komatsu, B. Gatica, A. S. Burgos, A. Miyazaki, W. Ikeda-Ohtsubo, Y. Suda, H. Aso, S. Egusa, T. Mishima, H. Takahashi, J. Villena, H. Kitazawa
  • Journal Title: Frontiers in Immunology Volume: 9:2178 Pages: 1-16
  • DOI: 10.3389/fimmu.2018.02178
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Immunobiotics for the Bovine Host: Their Interaction with Intestinal Epithelial Cells and Their Effect on Antiviral Immunity (2018)
  • Author(s): Julio Villena, Hisashi Aso, Victor P. Rutten, Hideki Takahashi, Willem Van Eden and Haruki Kitazawa
  • Journal Title: Front. Immunol. Volume: 9 Pages: 1-10
  • DOI: 10.3389/fimmu.2018.00326
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Size Distribution of Small Interfering RNAs in Various Organs at Different Developmental Stages is Primarily Determined by the Dicing Activity of Dicer-Like Proteins in Plants (2018)
  • Author(s): Tabara M, Ohtani M, Kanekatsu M, Moriyama H, Fukuhara T
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 59 Pages: 2228-2238
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy144
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Increased cytosine methylation at promoter of the NB-LRR class R gene RCY1 correlated with compromised resistance to cucumber mosaic virus in EMS-generated src mutants of Arabidopsis thaliana. (2017)
  • Author(s): Sato Yukiyo、Miyashita Shuhei、Ando Sugihiro、Takahashi Hideki
  • Journal Title: Physiological and Molecular Plant Pathology Volume: 100 Pages: 151-162
  • DOI: 10.1016/j.pmpp.2017.09.007
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Respiratory commensal bacteria Corynebacterium pseudodiphtheriticum improves resistance of infant mice to Respiratory Syncytial Virus and Streptococcus pneumoniae superinfection. (2017)
  • Author(s): Kanmani Paulraj、Clua Patricia、Vizoso-Pinto Maria G.、Rodriguez Cecilia、Alvarez Susana、Melnikov Vyacheslav、Takahashi Hideki、Kitazawa Haruki、Villena Julio
  • Journal Title: Front. Microbiol. Volume: 8 Pages: 1-14
  • DOI: 10.3389/fmicb.2017.01613
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 星咲き品種ペチュニアにおける内在性ウイルスの活性化とそのRNA干渉への影響の解析 (2019)
  • Author(s): 栗山和典、田原緑、高橋英樹、福原敏行
  • Organizer: 第８回植物ＲＮＡ研究者ネットワークシンポジウム
• [Presentation] 野生植物ハクサンハタザオのウイルス抵抗性と環境ストレス耐性 (2019)
  • Author(s): 福原敏行、田原緑、高橋英樹
  • Organizer: 第８回植物ＲＮＡ研究者ネットワークシンポジウム
• [Presentation] Virus latency and the impact on plants (2019)
  • Author(s): Hideki Takahashi
  • Organizer: The 18th Awaji International Forum on Infection and Immunity
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Introduction of International Education and Research Center for Food and Agricultural Immunology (2019)
  • Author(s): Hideki Takahashi
  • Organizer: International Symposium on New Insights on Animal Nutrition, Breeding and Reproduction
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] A simple evolution model of MOI unveils the distinct biological principles behind different classes of viruses (2019)
  • Author(s): Shuhei Miyashita
  • Organizer: International Neovirology Mini-symposium Series IV
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] キュウリモザイクウイルスに不顕性感染したシロイヌナズナにおける2bタンパク質の役割 (2019)
  • Author(s): 高橋英樹・田原 緑・宮下脩平・安藤杉尋・福原敏行
  • Organizer: 平成31年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] Atmospheric-pressure plasma irradiation can disrupt tobacco mosaic virus particles and RNAs to inactivate their infectivity (2019)
  • Author(s): Sara E. Hanbal・Keisuke Takashima・Shuhei Miyashita・Sugihiro Ando・Kumiko Ito・Mohsen M. Elsharkawy・Toshiro Kaneko・Hideki Takahashi
  • Organizer: 令和元年度日本植物病理学会東北部会
• [Presentation] An endogenous Petunia vein clearing virus affects RNA interference in the star-type petunia (2019)
  • Author(s): Kazunori Kuriyama, Midori Tabara, Hideki Takahashi, Hiromitsu Moriyama and Toshiyuki Fukuhara
  • Organizer: Post-transcriptional Gene Regulation in Plants 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] キュウリモザイクウイルスに無病徴感染したシロイヌナズナにおけるRNA-seq解析 (2018)
  • Author(s): 高橋英樹・田原 緑・平山裕也・宮下脩平・安藤杉尋・川野修一・福原敏行
  • Organizer: 平成30年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] シロイヌナズナへの無病徴感染に関わるキュウリモザイクウイルスのゲノムRNAと宿主因子の解析 (2018)
  • Author(s): 吉澤 峻・宮下脩平・安藤杉尋・福原敏行・高橋英樹
  • Organizer: 平成30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に不顕性感染したシロイヌナズナにおけるダイコンモザイクウイルスとTurnip crinkle virusの増殖抑制 (2018)
  • Author(s): 八木橋素良・宮下脩平・安藤杉尋・高橋英樹
  • Organizer: 平成30年度日本植物病理学会東北部会
• [Presentation] Latent plant-virus interactions and their impact on plant stress tolerance (2018)
  • Author(s): Hideki Takahashi
  • Organizer: WUR-TU Plant Science Workshop 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Analysis of genomic region in cucumber mosaic virus RNA1 which determines ectopic induction of cell death in reassorted CMV-inoculated leaves of Arabidopsis thaliana (2018)
  • Author(s): Ainan Tian, Shuhei Miyashita, Sugihiro Ando, and Hideki Takahashi
  • Organizer: 平成30年度日本植物病理学会東北部会
• [Presentation] Latent plant-virus interactions and their impact on plant stress tolerance. (2018)
  • Author(s): Hideki Takahashi
  • Organizer: WUR-TU Plant Science Workshop 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Social aspects in viral ways of life, analyzed by wet experiments and dry simulations. (2018)
  • Author(s): Shuhei Miyashita
  • Organizer: WUR-TU Plant Science Workshop 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Evolution of strategies in space: the never-ending quests for higher fitness by viruses and the hosts driven by differences and changes in spatial structures. (2018)
  • Author(s): Shuhei Miyashita
  • Organizer: The 17th Awaji International Forum on Infection and Immunity
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Majority decisions by four or five members: social rules that can be formed and maintained in viral populations to exclude free riders. (2018)
  • Author(s): Shuhei Miyashita
  • Organizer: Seminaire BGPI CIRAD
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Comparative analysis of two-type of cell death developed in cucumber mosaic virus-inoculated leaves of Arabidopsis thaliana (2018)
  • Author(s): Ainan Tian, Shuhei Miyashita, Sugihiro Ando, Hieki Takahashi
  • Organizer: 平成30年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] R遺伝子による認識を免れる変異型CMV CPのアラニンスキャニングによる探索 (2018)
  • Author(s): 西條悠希, 安藤杉尋, 高橋英樹, 宮下脩平
  • Organizer: 平成30年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] 細胞間移行におけるCMVのMOIはR遺伝子による抵抗性誘導時に低下する (2018)
  • Author(s): 鈴木万智, Sietske van Bentum, 安藤杉尋, 高橋英樹, 宮下脩平
  • Organizer: 平成30年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] シロイヌナズナへの無病徴感染に関わるキュウリモザイクウイルスのゲノムRNAと宿主因子の解析 (2018)
  • Author(s): 吉澤 峻, 宮下脩平, 安藤杉尋, 福原敏行, 高橋英樹
  • Organizer: 平成30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に無病_感染したシロイヌナズナにおけるRNA-seq解析 (2018)
  • Author(s): 高橋英樹, 田原 緑, 平山裕也, 宮下脩平, 安藤杉尋, 川野修一, 福原敏行
  • Organizer: 平成30年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] Analysis of genomic region in cucumber mosaic virus RNA1 which determines ectopic induction of cell death in reassorted CMV-inoculated leaves of Arabidopsis thaliana (2018)
  • Author(s): Ainan Tian, Shuhei Miyashita, Sugihiro Ando, Hideki Takahashi
  • Organizer: 平成30年度日本植物病理学会東北部会
• [Presentation] 植物病原性Verticillium属菌から検出された複数のRNAウイルスのゲノム全塩基配列決定 (2018)
  • Author(s): 宮下脩平, Michael F Seidl, Jasper RL Depotter, 安藤杉尋, 高橋英樹, Bart PHJ Thomma
  • Organizer: 平成30年度日本植物病理学会東北部会
• [Presentation] An endogenous pararetrovirus, petunia vein clearing virus, affects RNA interference in petunia (2018)
  • Author(s): Kazunori Kuriyama, Midori Tabara, Hideki Takahashi, Hiromitsu Moriyama and Toshiyuki Fukuhara
  • Organizer: 12th International Plant Molecular Biology Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In-vitro biochemical characterization of a Dicer of Neurospora crassa, DCL2, in comparison with plant Dicers, DCL3 and DCL4 of Arabidopsis thaliana (2018)
  • Author(s): Tabara M, Suzuki N, Moriyama H, Fukuhara T.
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 植物に潜在感染しているウイルスの役割：ウイルスは植物の生存戦略に寄与できるか？ (2017)
  • Author(s): 高橋英樹
  • Organizer: 環境微生物系学会合同大会2017
  • Invited
• [Presentation] 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の性状解析 (2017)
  • Author(s): 高橋英樹・吉澤峻・宮下脩平・安藤杉尋
  • Organizer: 平成29年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] EMS変異誘発シロイヌナズナ系統におけるNB-LRRクラス抵抗性遺伝子RCY1プロモーター領域シトシンメチル化とCMV抵抗性レベル低下の相関 (2017)
  • Author(s): 佐藤有希代・宮下脩平・安藤杉尋・高橋英樹
  • Organizer: 平成29年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] ヒストン脱メチル化酵素変異体ldlにおけるキュウリモザイクウイルス抵抗性の解析 (2017)
  • Author(s): 小関彩恵子・宮下脩平・高橋英樹・安藤杉尋
  • Organizer: 平成29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欠失変異パターンの解析 (2017)
  • Author(s): 本多宗一郎・安藤杉尋・高橋英樹・宮下脩
  • Organizer: 平成29年度日本植物病理学会大会
• [Book] Antiviral Resistance in Plants: Methods and Protocols, In Methods in Molecular Biology (Eds. Kappei Kobayashi and Masamichi Nishiguchi) (2019)
  • Author(s): Yukiyo Sato and Hideki Takahashi
  • Total Pages: 278
  • Publisher: Springer
  • ISBN: 9781493996346
• [Book] Cucumber Mosaic Virus (Eds. Peter Palukaitis and Fernando Garcia-Arenal) (2018)
  • Author(s): Chikara Masuta and Hideki Takahashi
  • Total Pages: 380
  • Publisher: APS Press
  • ISBN: 9780890546093
• [Funded Workshop] WUR-TU Plant Science Workshop 2018（ワーゲニンゲン大学・東北大学 植物科学ワークショップ2018） (2019)