新興病原ウイルスの拡散年代と分子疫学的世界地図

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K05653
• 研究機関: 佐賀大学
• 研究代表者: 大島 一里 佐賀大学, 農学部, 教授 (00176869)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 分子進化 / 分子時計 / 拡散

研究実績の概要

アブラナ科野菜類の多くは地中海沿岸から中東地方を起源としており，農耕開始から現代まで人類の食料としてだけでなく，病原体の侵入や拡散に大きな影響を与えており，代表者はこれまでユーラシアやオセアニア大陸などの野菜類から病原ウイルスを採集後，網羅的にゲノム解析し分子進化的に分析してきた。その結果，新宿主へ適応するために組換えや再集合そして変異を行いながら，雑草のウイルスが農作物に感染する新興病原ウイルスとなり起源地や発生中心から時間をかけて拡散し現在のように様々な国々で多様化してきたことを明らかにしてきた。そこで本研究では，これまで分析してきた大陸でのウイルス分布の情報に加えて，我が国を含めた全大陸と対象地域を地球規模に拡げ，侵入や移動の年代分析を伴った分子疫学的な拡散経路世界地図を植物病原体として世界で初めて完成させると共に，過去の進化を検証しつつ，研究を継続してきた。特にポティウイルスであるカブモザイクウイルスとジャガイモYウイルスについては，これまで独自に蓄積してきた情報に加えて，農作物や人の移動経路を考慮しながら，ウイルス病原体が起源地や発生中心から世界中にどのように拡散したのか，大陸的な地球規模での視点から，拡散年代を含めた病原体の拡散経路世界地図を描いた。令和２年度は特にスーパーコンピューターを利用することにより解析時間の短縮に成功したことから，結果を効率よく出せるようになり，IFの高い論文2報を公表することに成功した。ジャガイモYウイルスにおいては地球規模での拡散経路が明らかとなり，ヨーロッパが本ウイルスのハブになっていることが明らかとなった。またカブモザイクウイルスでは，かっての交易路であるシルクロードと関係して地中海沿岸や中東地方の本ウイルスの発生中心から拡散し始めたこと，さらには17世紀ごろから大陸を西から東へ拡散し始めたことを解明とした。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

２年度の本研究では，カブモザイクウイルスとジャガイモYウイルスについて農水省などから分譲してもらった日本産株も含めて1960年から2016年までの半世紀に渡る300分離株についてゲノム解析そしてそれらの病原性の調査が終わり，現在ではさらに，ウイルスの三大推進力の一つである組換え解析が終了し，日本や地球規模での組換え型の分布が把握でに成功した。次の研究としては，世界規模でウイルスがどのように拡散したのかなどを最先端のバイオインフォマテックスを用いて解明している。膨大なゲノム配列データを使用しているので，結論を導き出すにはそれなりの時間が必要であった。しかし現在カブモザイクウイルスとジャガイモYウイルスについて，ユーラシア大陸内そして地球規模での拡散経路が明らかとなり，２年度には２報を公表することに成功した。その他，組換えの世界地図，日本への侵入経路や国内での詳細な分布について現在継続して解析中であり，近々さらに論文を公表する予定である。以上から，おおむね順調に進展していると考えている。

今後の研究の推進方策

バイオインフォマテックスの中でも最先端の領域である年代解析ソフトウェアーが進展し，解析方法も改良されたが，その解析法を習得した。そこで，それら最新のソフトウェアーを使い，大陸そして地球規模のウイルス変異と組換えについて，更には国内での詳細なウイルスの拡散について追跡調査解析を行っている。分離株数が膨大であるために，また試行錯誤して解析技術をアップデートして解析しているために，1クールの解析に数か月を費やすが，スーパーコンピューターを利用することにより解析時間の短縮に成功し，最近では結果を効率よく出せている。現在では，カブモザイクウイルスについては，１．日本国内での拡散経路，２．地球規模での組換えゲノム地図　３．地球規模での拡散経路の順に投稿を予定しており，2021年度内には，予定していた幾つかの論文を公表予定である。

次年度使用額が生じた理由

ウイルスゲノム解析に時間を要したため，また数報の論文の投稿に時間を要し，次年度使用額が生じた。そのため，物品費，旅費，謝金，論文投稿料，オープンアクセス料や別刷り代を次年度の使用計画とする予定である。

研究成果

• [国際共同研究] 福建省農業森林大学/中国農業科学院/湖南大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 福建省農業森林大学/中国農業科学院/湖南大学
  • 他の機関数: 2
• [国際共同研究] シドニー大学(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: シドニー大学
• [国際共同研究] キエフ大学(ウクライナ)
  • 国名: ウクライナ
  • 外国機関名: キエフ大学
• [国際共同研究] カセサート大学/タイ農務省(タイ)
  • 国名: タイ
  • 外国機関名: カセサート大学/タイ農務省
• [国際共同研究] MS ラマイア大学(インド)
  • 国名: インド
  • 外国機関名: MS ラマイア大学
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 3
• [雑誌論文] Genomic analysis of the brassica pathogen turnip mosaic potyvirus reveals its spread along the former trade routes of the Silk Road (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawakubo Shusuke, Gao Fangluan, Li Shifang, Tan Zhongyang, Huang Ying-Kun, Adkar-Purushothama Charith Raj, Gurikar Chennappa, Maneechoat Phoowanarth, Chiemsombat Pissawan, Aye Seint San, Furuya Naruto, Shevchenko Oleksiy, Spak Josef, Skoric Dijana, Ho Simon Y. W., Ohshima Kazusato
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 118
  • DOI: 10.1073/pnas.2021221118
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The evolutionary history and global spatio-temporal dynamics of potato virus Y (2020)
  • 著者名/発表者名: Gao Fangluan, Kawakubo Shusuke, Ho Simon Y W, Ohshima Kazusato
  • 雑誌名: Virus Evolution 巻: 6
  • DOI: 10.1093/ve/veaa056
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] カブモザイクウイルスはかつての交易路を辿って拡散してきた (2021)
  • 著者名/発表者名: 川久保修佑・大島一里
  • 学会等名: 日本植物病理学会本大会
• [学会発表] カブモザイクウイルスの地球規模でのゲノム型パターン (2021)
  • 著者名/発表者名: 石橋璃可子・大島一里
  • 学会等名: 日本植物病理学会本大会
• [学会発表] カブモザイクウイルス日本産分離株の組換え年代推定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 川久保修佑・大島一里
  • 学会等名: 日本植物病理学会九州部会
• [学会発表] カリフラワーモザイクウイルス Bari 1 分離株の全ゲノム構造 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石橋璃可子・大島一里
  • 学会等名: 日本植物病理学会九州部会
• [備考] 植物ウイルス病制御学分野
  • URL: https://www.ag.saga-u.ac.jp/main/67.html
• [備考] 植物ウイルス病制御学研究室 (大島一里研究室)
  • URL: http://plantvirology.ag.saga-u.ac.jp/