第１９回みちのくウイルス塾

環境ウイルス生態学～自然界の生物に潜むウイルスのはなし～

筑波大学 生命環境系
糸状菌相互応答講座 助教
浦山俊一

興味

プリオン
プラスミド

ウイルス
ウイロイド

非メンデル遺伝因子（ゲノム外の遺伝因子）

なぜこのような“寄生体”が存続しているのか？

本日の内容

第一部：感染型ウイルス
第二部：持続型ウイルス
第三部：今後寄生体の生きる道

感染型

持続型

第一部：感染型ウイルス

ウイルスは病原体を探索中に初めて発見されたタバコモザイク病

口蹄疫（http://www.pyrrol.com）（http://www.pref.osaka.lg.jp）

Tobacco mosaic virus

Foot & Mouth Disease Virus(https://www.sciencephoto.com)(https://fineartamerica.com)

発展の一途をたどるウイルス研究

PubMedにて”virus”にヒットした年別論文数の推移
40000

30000

20000

10000

01900

1920

1940

1960

1980

20002020

例えばインフルエンザウイルス(https://edition.cnn.com)

例えばインフルエンザウイルス
Pybus et al., (2015) Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences(https://ml-flu.children.jp)(https://edition.cnn.com)

Nogales et al., (2017) International journal of molecular sciences.

(https://asia.nikkei.com)

例えばインフルエンザウイルス(https://www.theguardian.com)

例えばエイズウイルス(https://www.nfid.org)

例えばエイズウイルス
Smith et al., (2013) Frontiers in genetics.

(https://www.amfar.org)(https://www.nfid.org)(https://www.hsc-i.jp)(https://www.creative-diagnostics.com)

例えばエイズウイルス(http://www.host.avenue.tv)

ウイルスと言えば病原体感染型の生き方をしている
感染型

しかし、いわゆる“病気”が起きていると思えない場でも、同じようなことが起きている2000年頃に変革が起きた…？

SYBR Green I stain

Virus >> Cell

Marine viruses and their biogeochemical and ecological effects. JA Fuhrman. Nature, 1999.

バクテリアのウイルス

東工大 丹治先生のHPより（http://www.biochemeng.bio.titech.ac.jp/research/phage/phage.html）

赤潮の消長を制御第一部まとめ“病気”っぽくないところにもウイルスがいるという発想が広まったでも、既存のフレームで理解可能ですよね？

ウイルス＝感染型

第二部：持続型ウイルス
その１：見つける

持続型

1980年頃から使われ始めたウイルスの分子マーカー

全核酸
dsRNA
全核酸
dsRNA
全核酸
dsRNA

RNAウイルス特異的核酸種：dsRNA“dsRNA” はRNAウイルスが存在するという指標になる

全核酸
dsRNA
全核酸
dsRNA
全核酸
dsRNA

RNAウイルス特異的核酸種：dsRNA“dsRNA” はRNAウイルスが存在するという指標になる→ 病徴に依存しないウイルス探索の始まり？？

RNAウイルスと言えば真核生物
・RNAウイルスは真核生物の主要ウイルス
2本鎖DNA
1本鎖DNA
1本鎖RNA
2本鎖RNA
RT

1271657185

14335291047

4117859

Archaea

Bacteria

Eucarya
Nasir, Arshan, et al. (2014) Frontiers in microbiology. 一部改変

・植物ウイルスのほとんどはRNAウイルス

・重要な動物ウイルスを含む
C型肝炎ウイルス、インフルエンザウイルス、エボラウイ
ルス、MERSコロナウイルス、デングウイルスなど

dsRNAはRNAウイルスしか捉えられないが、一定の意味はあるRNAウイルスの印：RdRp
RNA依存RNA合成酵素• RNAウイルスが有している共通遺伝子。

• これを有していれば、それはRNAウイルスであると言える。
• ただし、異なるRNAウイルス間のRdRp配列全然違うもので、rRNAの検出のように、ユニバーサルプライマーで増幅するということはできない。

自然界には明確な病徴を引き起こさないウイルスがいる♂

♀
水平伝播垂直伝播（♀）

dcl2 dsRNA(-)

dsRNA)

2

自然界には明確な病徴を引き起こさないウイルスがいる
Aspergillus fumigatus

RNAウイルスが感染していても見分けられない（表現型がほとんど出ない）

自然界には明確な病徴を引き起こさないウイルスがいる
エノキタケに感染するRNAウイルス

ウイルスフリー株(Magae et.al., 2010 一部改編)

ウイルス感染株

野外で見たら、どちらかがおかしいなんて思わない。

自然界には明確な病徴を引き起こさないウイルスがいる

ナス

コメ

ミソ
キノコ

ピーマン

ホウレンソウ

あれ？実はRNAウイルスまみれなんじゃ・・・自然界には明確な病徴を引き起こさないウイルスがいる(https://www.tontonshop.com)

ほぼすべての実験用パン酵母株が持続型ウイルスを保持している

真菌や植物には持続型ウイルスが結構蔓延っていそう。

じゃ、天然の生物では？

浜辺の生物からウイルスを探してみる浜辺の生物からウイルスを探してみる浜辺の生物からウイルスを探してみるホネクイハナムシ～深海モデル動物～
植物病原

動物病原

界:動物界
門:環形動物門

植物病原

動物病原
植物病原
植物病原

・環形動物初のRNAウイルス
・病原ウイルスの起源推定に重要気付いていなかっただけで（持続型？）ウイルスが実はめちゃんこいるんちゃうん？

第二部：持続型ウイルス
その２：で、何やってるん？

ネガティブな感じ子実体形成の不良

マッシュルーム栽培における異常

真菌からのウイルス発見

Grogan et al., Mycological research (2003)

生育不良

白紋羽病菌（果樹病原糸状菌）
virus (-)

virus (+)

Chiba et al, JVI (2011) 改変

ポジティブな感じ自然界には宿主に良い効果をもたらすウイルスがいる
宿主に毒素生産能を付与するウイルス
キラー現象
ウイルス感染株が毒素タンパク質を生産し、ウイルス非感染株を殺す現象
毒素タンパク

ウイルス感染酵母

ウイルス感染酵母

ウイルス感染酵母

ウイルス感染酵母

ウイルス非感染酵母

×
ウイルス非感染酵母

宿主植物を“守る”、持続型ウイルス
Aphid choice

Safari, Maliheh, Matthew J. Ferrari, and Marilyn J. Roossinck. "Manipulationof aphid behavior by a persistent plant virus." Journal of virology 93.9 (2019).

ウイルスはアブラムシの草食を減少させる（植物を急性ウイルスのベクターから保護）

休眠遺伝子の覚醒
Ninomiya et al. (2020) Frontiers in Microbiology

糸状菌のゲノム中に“休眠二次代謝遺伝子”が多数存在
糸状菌のゲノムは二次代謝産物の生合成遺伝子が豊富

A. flavus
A. fumigatus
A. niger
A. nidulans
A. oryzae

PKS
99181313NRPS1814241919

PKS-NRPS
311041terpene
75757others
75447total
4434634547

その大部分は通常の培養条件では発現しない「休眠遺伝子」
新たな有用物質の探索源

10ウイルスにより産生が誘導される化合物の発見
化合物1
Totivirus感染株，SS，150 rpm

Totivirus非感染株，SS，150 rpm

λ = 254 nm

テヌアゾン酸（TeA）
Alternaria，イネいもち病菌等が産生するカビ毒素

人工的なTeA産生誘導

TAS2（転写因子）

TAS1（TeA合成酵素）

テヌアゾン酸生合成遺伝子クラスター
Yun, C.-S. et al. Nat. Commun. 6, 8758, (2015)

osmo-sensory MAPK
二次代謝の調節因子

Yun, C.-S. et al. ACS Chem. Biol. 12, 2270−2274, (2017)

TotivirusによるTeA産生の制御

35200301502520100151050500

有 無有 無休眠遺伝子を発動させる“天然の因子”＝ウイルス

良い面と悪い面が両方

ほかの生物との関係を変える
侵せる

通常時

ウイルスフリー株

侵せない

いもち病菌治癒あきたこまち

ウイルス
獲得時

×

従来

AVR

感染

突然変異
コシヒカリ

いもち病菌

侵せないウイルス感染株

侵せるavrAihara et al. (2018) Journal of General Plant Pathology

持続型ウイルスにはいろいろな役割があるでもさ、珍しいもの持ってきておもろーって言ってるだけじゃないの？

第二部：持続型ウイルス
その３：普遍性？

RNA-seqやりまくりデータ (ssRNAターゲット)

Shi, Mang, et al." Nature 540.7634 (2016): 539-543.

いろいろな生物の中には未知のRNAウイルスが多数存在する

Ecogenomics(https://www.semanticscholar.org)

持続型ウイルスグループに属するウイルスがいっぱい！！

“存在場”からウイルスの性質を大まかに推定する

東工大 丹治先生のHPより（http://www.biochemeng.bio.titech.ac.jp/research/phage/phage.html）≒ 感染型
細胞内にのみ存在する ≒ 持続型
細胞外に存在する

“存在場”からウイルスの性質を大まかに推定する

感染型

持続型

≒ 感染型
細胞内にのみ存在する ≒ 持続型
細胞外に存在する

細胞内外dsRNAウイルス相を比較する

細胞内外dsRNAウイルス相を比較する

細胞内外ウイルスの比較（dsRNAウイルス）

細胞内の方が細胞外と比較してウイルスの多様性が大きい

海洋RNAウイルスの細胞内外分布イメージ

持続型ウイルスがメジャーである可能性

持続型ウイルスがメジャーかもしれない

第二部まとめ• 大体の生物細胞内にはRNAウイルスが存在している• もしかしたら感染型よりも持続型がメジャーかもしれない（dsRNAウイルスは確実。ssRNAウイルスも多分…。）
dsRNA電気泳動では見えなかった。

第三部：今後

謝辞
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筑波大学
•
萩原大祐
•
竹下典男
•
豊福雅典
•
野村暢彦
•
高谷直樹
•
桝尾俊介

准教授
准教授
准教授
教授
教授
助教

•

JAMSTEC•
布浦拓郎 グループリーダー•
宮本教生 研究員•高木善弘 主任技術研究員•西 真郎 技術主事
•嶋根康弘 技術副主任•
吉田ゆかり 技術主任•
吉田光宏 技術副主任•
平井美穂 技術スタッフ•
航海関係者の皆様•

高知大学•
長崎慶三 教授•千葉大学•矢口貴志 准教授•

東京農工大学
•森山裕充
•
小松 健
•
小山哲史
•
寺岡 徹
•
有江 力

•
••
•
•

准教授
准教授
准教授
名誉教授
教授

科研費「研究活動スタート支援」、「萌芽＋開拓」、「基盤C」
学術新領域「ネオウイルス学」、「ポストコッホ生態学」
JAMSTEC「イノベーション促進プログラム」
AMED 「J-PRIDE」「多分野融合研究領域」
発酵研究所 寄付講座