ウイルスは植物の翻訳装置をハイジャックすることを発見

植物ウイルスは多様な植物に感染し萎縮や枯死などの症状を引き起こし、作物生産に甚大な被害を引き起こしますが効果的な化学薬剤は開発されておらず、防除が困難です。植物ウイルスはわずかな数の遺伝子しか持たないため、宿主の様々な遺伝子や分子装置を巧みに利用して宿主に感染します。ウイルスが利用する宿主の遺伝子を決定し、利用できないようにすれば、ウイルスが感染できなくなるため、宿主遺伝子の決定は重要です。
　これまでの研究で一部の植物ウイルスが、植物の生存に必須な翻訳装置を構成する翻訳開始因子を利用することが分かっていました。そのうち翻訳開始因子4Eは遺伝子ファミリーを構成し、植物では３つのアイソフォーム(eIF4E､eIFiso4E､nCBP)を持ちます。いくつかの植物ウイルスがeIF4EとeIFiso4Eを利用することが分かっていました。しかし、植物ウイルスがnCBPを利用するかどうかは分かっていませんでした。
　今回、東京大学農学生命科学研究科の桂馬拓也日本学術振興会特別研究員と難波成任教授らのグループは、ポテックスウイルス、ロラウイルス、カルラウイルスと呼ばれるグループのウイルスが植物に感染する際にnCBPを利用していることを明らかにし、その分子メカニズムを解明しました。これらの発見により植物ウイルスが翻訳開始因子4Eの全てのアイソフォームを利用することが示され、ウイルスが植物の翻訳装置を自身の都合がよいように利用している実態が明らかになりました。植物ウイルスが幅広く利用する植物遺伝子の解明により、翻訳開始因子を標的とする抗ウイルス薬の開発マーカー育種やゲノム編集技術を利用したウイルス抵抗性作物の作出が期待されます。

ウイルスが植物に感染する際に、植物が持つ様々な遺伝子や分子装置を利用することが知られています。それらウイルスの感染に必須な植物遺伝子が変異している植物には、ウイルスは感染することができません。したがって、ウイルスの感染に必須な植物遺伝子を特定することにより、植物ウイルスに対する抵抗性を持つ作物の作出が可能になります。そのため、ウイルスが利用する植物遺伝子の決定は重要な意味を持ちます。

これまでの研究によって一部の植物ウイルスが翻訳開始因子4Eを利用することが明らかにされています。翻訳開始因子4EはDNAに刻まれる遺伝子情報をもとにタンパク質を合成する翻訳（注１）と呼ばれる反応において重要な役割をする因子で、遺伝子ファミリーを構成し、植物ではeIF4E、eIFiso4E、nCBPの３つのアイソフォーム（注２）を持つことが分かっています。このうちeIF4EもしくはeIFiso4Eが変異した植物にポティウイルス、ククモウイルス、カルモウイルスと呼ばれるグループの植物ウイルスが感染できないことから、これらのウイルスが、eIF4EとeIFiso4Eを利用すると考えられてきました。しかし、植物ウイルスが残るeIF4EアイソフォームであるnCBPを利用するかどうかは明らかでありませんでした。

図１　nCBP変異体におけるウイルス細胞間移行の阻害
通常の植物(A)とnCBP遺伝子を変異させ機能を欠失させた植物(B)に光るタンパク質遺伝子(GFP)を導入したウイルスを接種して、その細胞間移行を観察した。通常の植物(A) に比べて、nCBP変異植物ではウイルスの細胞間移行が阻害されている。スケールバーは20 μm。（拡大画像↗）

図２　nCBP変異体におけるウイルス細胞間移行の阻害メカニズム
通常の植物 (上) とnCBP遺伝子を変異させ機能を欠失させた植物 (下) におけるウイルスの感染の様子を模式的に示した。nCBPを変異させた植物では、移行タンパク質の蓄積量が減少し、ウイルスの細胞間移行が阻害されるが、植物の生育には影響がない。（拡大画像↗）

eIF4E、eIFiso4E、nCBP遺伝子がそれぞれ変異したシロイヌナズナ変異体にポテックスウイルスと呼ばれるウイルスグループのplantago asiatica mosaic virus (PlAMV)を接種したところ、nCBP変異植物では、PlAMVの感染が顕著に阻害されました。さらにnCBP変異植物では、ロラウイルスグループのlolium latent virusとカルラウイルスグループのpotato virus M(PVM)の感染も阻害されました。

次いで、nCBPがウイルスの感染にどのように関わるかを明らかにするために詳細な解析を行いました。nCBP変異植物では、PlAMVの初期感染細胞における複製（注３）は阻害されませんでしたが、感染細胞から隣接細胞への細胞間移行が阻害されていることが分かりました（図１）。さらに、nCBP変異植物では、PlAMVの持つ5つのウイルスタンパク質のうち、細胞間移行に必要な移行タンパク質triple-gene-block protein (TGB) 2およびTGB3の蓄積量が顕著に減少していることが分かりました。そのため、nCBP変異植物では、TGB2およびTGB3の蓄積量が減少したことでPlAMVの細胞間移行が阻害され、植物体への感染が阻害されたと考えられました（図２）。

本研究により植物ウイルスが翻訳装置を構成する翻訳開始因子4Eの全てのアイソフォームを利用していることが明らかになり、その分子メカニズムが解明されました。このことはウイルスが植物の生存に必要不可欠な翻訳装置を巧みに利用し、感染を成立させていることを示します。今後ウイルスが翻訳装置やそこに含まれる因子をどのように利用するかを詳細に解析することで、ウイルスの感染戦略の理解につながるとともに、新たな抗ウイルス薬の標的発見の可能性が高まります。

また、本研究によりnCBP遺伝子が変異した植物ではポテックスウイルス、ロラウイルス、カルラウイルスの感染が阻害されることが明らかになりましたが、これらには農業上大きな被害をもたらす植物ウイルスが含まれます。ジャガイモ生産に甚大な被害を引き起こすpotato virus X､PVMや、世界中のトマトに甚大な被害をもたらし日本への侵入が警戒されているpepino mosaic virus、それぞれキク、ラン、ユリに重篤な被害を及ぼすchrysanthemum virus B、cymbidium mosaic virus、PlAMVなどが含まれます。しかし、これらの国内外で問題となっている植物ウイルスに対する効果的な防除法は確立されていません。nCBP遺伝子を標的としたマーカー育種やゲノム編集技術（注４）などにより、ウイルス抵抗性植物品種の開発につながることが期待されます。

なお、この研究は日本学術振興会科学研究費補助金、農林水産省農林水産業・食品産業科学技術研究推進事業の支援を受けて行われました。