北海道大学(北大)は6月5日、ウイルスは、植物の主要な免疫機構の1つであるRNA分解機構「RNAサイレンシング(RNAi)」を抑制する病原タンパク質「RNAi抑制タンパク質」を発現して感染する仕組みだが、タバコにはRNAi抑制タンパク質に対する迎撃機構も存在することを明らかにしたと発表した。

また、タバコはRNAi抑制タンパク質を「オートファジー(自食作用)」と呼ばれるタンパク質分解機構により分解することで、RNAiによる免疫機能を強化していることも判明したと併せて発表している。

成果は、北大 大学院農学研究院の中原健二助教らの研究グループと、ホクレン農業協同組合連合会の一町田紀子氏、産業技術総合研究所の松村健氏、ノースウェスタン大学のRichard W. Carthew氏らによる共同研究グループによるもの。研究の詳細な内容は、日本時間6月5日付けで米科学アカデミー紀要「PNAS(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)」に掲載された。

カビ(糸状菌)や細菌、ウイルスなどの病原微生物が引き起こす病害は、今なお農産物の生産量や品質に大きな影響を及ぼし、その防除を化学農薬に頼ることの社会的な理解を得にくくなってきている。そこで重要な育種目標の1つとして掲げられているのが、作物自身の病害抵抗性を高めることだ。

植物もヒトと同様に免疫機構を働かせて病原微生物から身を守っており、この免疫機構を解明することは、作物の病害抵抗性育種のために重要な手掛かりになる。今回、これまで未知であったウイルス迎撃機構が解明された。

ウイルスが植物に感染・増殖して病気を起こす場合も、反対に植物がウイルスから身を守る場合にも、ウイルス側、植物側、両遺伝子が相互作用している。今回の研究では、ウイルス因子と相互作用するタバコの「カルモジュリン」様タンパク質「rgs-CaM」の機能について、分子生物学、分子遺伝学的な手法で解析が行われた。

rgs-CaMが米サウスカロライナ大学のバンス教授らによって同定されたのは、2000年と比較的最近のことである。ウイルスのRNAi抑制タンパク質の1つである「HC-Pro」に結合し、自身もRNAiを抑制する遺伝子であることが判明した。

今回、中原助教らの研究グループは10年余りの試行錯誤の中で、当初の報告とは異なるrgs-CaMの意外な機能・性質を見出し、rgs-CaMが関与するウイルス迎撃機構を解明するに至った。今回の研究で判明したタバコrgs-CaMに関する解析の成果は以下の3点だ。

まず1つ目は、rgs-CaMはウイルスのRNAi抑制タンパク質の2本鎖RNA結合領域に親和性を持つということ。病気を起こすほとんどのウイルスはRNAi抑制タンパク質を持ち、それらの多くが2本鎖RNAに結合することが知られていることから、rgs-CaMは普遍的にウイルスのRNAi抑制タンパク質に結合できることが予想された。

2つ目は、rgs-CaMは結合したウイルスのRNAi抑制タンパク質をオートファジーによる分解に導くということ。これはウイルス感染時に抑制されてしまうRNAi活性がrgs-CaMを介した迎撃機構により強化されることを意味する。従って、rgs-CaMはウイルス防御に働くことが予想された形だ。

3つ目は、実際にrgs-CaMを過剰発現する形質転換タバコではウイルスへの抵抗性が高まり、反対にrgs-CaMの発現を抑えた形質転換タバコではウイルスに感染しやすくなったということ。

これらの成果から、画像2のような新たな植物のウイルスに対する自然免疫モデルが提唱された(画像1は従来モデル)。rgs-CaMはRNAiを抑制するウイルスの病原タンパク質に結合し、タンパク質分解系オートファジーで分解されるよう導く。この迎撃機構によりRNAi抑制タンパク質の働きが抑えられ、結果としてRNA分解系RNAiによるウイルス防御機構が強化されるという連携モデルだ。

植物のウイルスに対する自然免疫モデル。画像1(左)が従来モデルで、画像2(右)がウイルス迎撃機構とRNAiの連携という新モデルの模式図

脊椎動物では自然免疫と獲得免疫が連携してウイルスを含む病原体の防除に働いていることはよく知られているが、植物でもウイルスに対して複数の免疫機構が防御ネットワークを築いて対抗していることを示す最初の例と考えられるという。

病気を引き起こすウイルスの多くがRNAi抑制タンパク質を持つことから、今回、明らかにしたRNAi抑制タンパク質に対する迎撃機構は、多くの種類のウイルスに対する防御に普遍的に働いていると考えられるとした。従って、このウイルス迎撃機構を強化する育種技術を開発することで、複数のウイルスに対する作物の抵抗性を同時に強化できる可能性があると、中原助教らは考察を述べている。