害虫によるウイルス媒介メカニズムの解明とゲノム研究

被害が生じない程度に害虫密度を抑制して環境負荷をな るべく小さくするという総合防除（IPM）が害虫管理の 基本とされている。ただし，ウイルス媒介虫の場合は， わずかな吸汁でも媒介されるウイルス病の被害が大きく なるため，許容可能な密度水準が低いと考えられ，ウイ ルス伝搬を阻止する根本的な解決方法の開発が望まれ る。媒介昆虫の体内で交わされるウイルスと昆虫組織・ 細胞との間の相互作用を解明し，その作用を阻害するよ うな方法を見つけるためには，微小な媒介昆虫体内のタ ンパク質や遺伝子の同定が必須であり，これら媒介昆虫 のゲノム研究の進展が必要である。 I 植物ウイルス媒介昆虫のゲノム解析の 現状 農業関係の昆虫においてもゲノム解析や EST 解析が 行われるようになり，得られた情報をウイルス媒介昆虫 の摂食行動や増殖，あるいは関連微生物との相互関係が 構築される分子的基盤などの解明に役立てようとする動 きが盛んになりつつある。今後，昆虫のウイルス媒介機 能の解明にも焦点が当てられるようになると考えられ る。米国 NCBI のウェブサイトには，昆虫でゲノム解析 が行われているものとして，2009 年 4 月 1 日現在 51 種 が掲載されていた。その内訳はショウジョウバエ類が 24 種類，医学関連の吸血昆虫などが 15 種類，農業関係 を含めたその他昆虫が 12 種類である。これらのうち， 医学関連の病原体の媒介昆虫ではカ類が 6 件とそれ以外 の吸血昆虫類が 9 件（計 15 件）掲載されているのに対 し ， 農 業 関 連 で は ， エ ン ド ウ ヒ ゲ ナ ガ ア ブ ラ ム シ （Acyrthosiphon pisum）（SABATER― MUNOZet al., 2006），ミ カンクロアブラムシ（Toxoptera citricida）（HUNTERet al., 2003），タバココナジラミ（Bemisia tabaci）（LESHKOWITZ et al., 2006），ミカンキジラミ（Diaphorina citri）の 4 種 類である。ほかにも EST 解析がモモアカアブラムシ （RAMSEYet al., 2007）やヨコバイの一種でありブドウ害 虫の sharpshooter（COUDRONet al., 2007），トビイロウン カ（NODAet al., 2008）で行われている例もあり，媒介昆 虫ゲノム解析の取り組みは増している。 は じ め に 約 700 種とされる既知の植物ウイルスのうち，75％以 上は昆虫により媒介される（HOGENHOUTet al., 2008）。植 物病原ウイルスを媒介する代表的な昆虫として，アブラ ムシ・コナジラミ・アザミウマ・ウンカ・ヨコバイ・カ イガラムシ類が知られている。これらの昆虫によるウイ ルスの伝搬様式は昆虫がどれくらいの期間にわたりウイ ルスを媒介できるかという観点から，非永続性伝染と永 続性伝染に分けられる（平井ら，1988）。非永続性伝染 では，口針に付着したウイルスが伝播し，獲得吸汁した 昆虫の媒介能力は数時間で失われる（口針型）。永続性 伝染を起こすウイルスの中には媒介虫体内で増殖して一 度獲得したウイルスが生涯にわたり保持・媒介される場 合（増殖型）と，汁液と共に昆虫体内に取り込まれたウ イルスが中腸から血体腔などを通じて唾液腺に移行して 伝播するが，ウイルス自体は昆虫体内で増殖しない場合 （循環型・通過型）がある。ウイルスの種類により媒介 昆虫との相互関係の度合いが異なり，それにより媒介昆 虫体内の解析すべき器官が限られてくることを念頭に置 かねばならない。非吸汁性の甲虫類や菌類・ダニ類によ るウイルス媒介例も知られているが吸汁性昆虫の場合と 比較すると，発生した場合の被害の軽重は別として，媒 介数は少ないと考えられている。 植物ウイルス病害の進展を止める抗ウイルス薬剤は開 発されておらず，一端発生した場合にはまん延阻止のた めに発病個体を抜き去る，埋める，焼却する等の対策を とらねばならない。そのため，媒介昆虫の行動解析が行 われ，それに基づいた防虫ネットや光反射シートの施 用，トラップ設置，殺虫剤散布等，媒介昆虫を植物に接 触させないために多大な努力が払われている（本多， 2005；大村，2006；奈尾，2006；奥田，2006；櫻井， 2006；真壁，2006）。ウイルスや害虫に対する耐病性・ 耐虫性品種の育成や，弱毒ウイルスの開発も行われてお り，害虫の根絶ではなく様々な方法を駆使して経済的な 害虫によるウイルス媒介メカニズムの解明とゲノム研究 481 ―― 13 ――

Current Report on Insect Genome Research and Vector Borne Virus Disease. By Nobuhiko NAKASHIMA

（キーワード：媒介昆虫，昆虫ゲノム，ウイルス媒介）

害虫によるウイルス媒介メカニズムの解明と

ゲノム研究

中

島

信

彦

バエの細胞には感染しないインフルエンザウイルスに対 して，そのエンベロープタンパク質を感染可能なウイル スのものに置き換えたキメラウイルスを作成して行われ た実験である。媒介昆虫についても充実した EST ライ ブラリや cDNA ライブラリが利用できる状態になれば， ウイルス増殖可能な培養細胞が得られていない状況にお いても，感染性 cDNA クローンを利用できるウイルス の場合には応用可能な研究手法であろう。 III 媒介昆虫と植物ウイルスの相互作用 研究例 カリフラワーモザイクウイルスがアブラムシの口針に 付着するのに，媒介種のアブラムシがもつタンパク質分 子が関与している。このアブラムシのタンパク質分子が ウイルスの P2 タンパク質のレセプターとなっている。 このタンパク質分子はエンドウヒゲナガアブラムシ，モ モアカアブラムシ，ダイコンアブラムシのクチクラに半 埋没していることが示されている（UZESTet al., 2007）。 ビリオンの吸着・脱着を制御する因子は何か，それは植 物汁液や昆虫唾液に由来するのかなど，多くの新しい疑 問が提示されている（HOHN, 2007）。しかしそのタンパ ク質分子本体は不明であり，極微量しか存在しないタン パク質分子の同定のためには遺伝子側からの解析手法が 必須であろう。エンドウヒゲナガアブラムシをはじめと するアブラムシ類のゲノム解析の進展が期待される （JAUBERT― POSSAMAIet al., 2007 ; GAUTHIERet al., 2007 ; TAGU et al., 2008）。タンパク質分子が同定されその構造が判 明すれば，相互作用を阻害するような薬剤候補の選抜も 可能になるかもしれない。

アブラムシの有効な形質転換系は確立されていないも のの RNAi が有効であり，その効果は唾液腺においても 確認されている（MUTTIet al., 2006 ; 2008）。RNAi によ る個体における遺伝子作用の抑制効果については解析対 象の遺伝子や昆虫種により効果を検出しにくい場合もあ ると考えられており，結果の解釈には注意を要する。 ルテオウイルスを媒介するムギミドリアブラムシでは オオムギ黄萎病ウイルスの媒介能力に対するバイオタイ プが存在し，複数の遺伝子が関与していることが示唆さ れている（BURROWSet al., 2007）。昆虫のバイオタイプに よりウイルス媒介能力に違いがあることは以前から知ら れている。ヨコバイが媒介するジェミニウイルスの媒介 能が性染色体上の優性遺伝子に連関することも知られて いるが，媒介能を制御する遺伝子の同定は困難を極めて いる。 タバココナジラミの体内に共生する細菌が分泌するタ II ゲノム解析と連動した研究例 本誌 2006 年 10 月号に媒介昆虫とゲノム解析について まとめられている（津田・中島，2006）ため，以後の進 展を中心に将来のウイルス媒介阻止に関係してくる可能 性があると思われる研究例をまとめる。ゲノム解析やそ の応用研究は医学・理学系の研究材料で先行する傾向に あるため，カ・ショウジョウバエを使用した研究例でも 植物ウイルス媒介昆虫の研究に影響を与えそうなもの 4 例を紹介する。 ネッタイシマカにおいて，アルファウイルス感染によ り誘導される小分子 RNA がカの生存率に好影響を与え ていることが報告され，ウイルスを保毒した媒介昆虫が ウイルス感染による悪影響から免れてウイルス濃度を 程々に保つ機構の解明につながる可能性が示唆されてい る（MYLESet al., 2008）。植物ウイルスを保毒した媒介昆 虫が増殖型ウイルスの場合においても顕著な病徴を示さ ない現象が知られているが，その機構の裏づけに繋がる かもしれない。 あるボルバキア系統に感染した宿主昆虫の寿命が半減 することに着目し，ネッタイシマカに細胞質不和合性を 起こすショウジョウバエ由来のボルバキアを感染させた ところ，後代にも細胞質不和合性と短寿命が引き継がれ た（MCMENIMANet al., 2009）。ウイルス媒介に重要な役 割を担う寿命の長い感染昆虫個体を抑圧することにな り，衛生・農業害虫にも応用できる可能性が示唆されて いる。 デング熱などを媒介するカ（Aedes aegypti）のペプチ ドホルモンの一種（Trypsin modulated oostatic factor， 卵形成阻害や幼虫の摂食行動にも関与する）をタバコモ ザイクウイルス外被タンパク質表層部分に組み込み，摂 食 し た 昆 虫 の 成 育 を 阻 害 す る 試 み が な さ れ て い る （BOROVSKY et al., 2006）。組換えウイルス表層に提示され るタンパク性物質の殺虫活性を利用する試みであり，短 期間での組換えウイルス生産が可能な点や感染植物ごと すりつぶして野外散布にも使えそうな点は斬新である。 ショウジョウバエのハイスループット RNAi スクリー ニング法を応用してインフルエンザウイルスの複製に重 要な宿主遺伝子のスクリーニングが行われた（HAOet al., 2008）。同定されたハエの遺伝子に相同なヒト遺伝子 の発現を siRNA で阻害したところ，培養細胞でインフ ルエンザウイルスの複製が抑制された。ワクシニアウイ ルスや水疱性口内炎ウイルスの複製には影響が見られな いことが確認されており，新しい抗ウイルス剤の発見に 繋がるものと期待されている。本来ならばショウジョウ 植 物 防 疫  第 63 巻 第 8 号 （2009 年） 482 ―― 14 ――

ウイルスが唾液腺に到達する模様が観察されており，動 物ウイルスの分類群に応じた組織指向性が昆虫ウイルス にも存在する（AMMERand HOGENHOUT, 2008 ; AMMARet al., 2009）。

イネ萎縮ウイルス（rice dwarf virus : RDV，レオウイ ルス科）の培養が可能なツマグロヨコバイの培養細胞を 使用して，RDV がエンドサイトーシスを利用して昆虫 細胞内に侵入することが報告されている（WEIet al., 2007）。RDV の P2 タンパク質は昆虫媒介に必須である ことが知られている。さらに昆虫培養細胞を融合させる 働きをもつことも解明され，RDV の昆虫細胞への侵入 に P 2 タ ン パ ク 質 が 重 要 な 役 割 を 担 う と 考 え ら れ る （ZHOUet al., 2007）。しかし，P2 タンパク質が侵入の際 に相互作用を起こす昆虫側分子（レセプター）はゲノム 情報を活用できる状況になく，同定されていない。 現時点では媒介昆虫のゲノム研究とは直接かかわらな い研究例のほうが多いが，昆虫体内でのウイルス挙動の 解明は遺伝子側からの解析対象とすべき器官やタンパク 質分子種の絞り込みにつながるため重要である。ここに 挙げた最近の研究例は，いずれも昆虫側相互作用分子の 同定に至る手前の状態であり，媒介昆虫のゲノム情報の 整備が進み，ウイルスと相互作用を起こす微量タンパク 質などの遺伝子同定が可能になることが望まれる。 お わ り に 気候変動により南方由来の昆虫の棲息域が北上しつつ あることが実際に確認されており（湯川・桐谷，2008）， 昆虫媒介によるウイルス病対策の重要性は増すと思われ る。医学分野以外では抗ウイルス剤の開発もままならな い状況であり，ウイルス媒介昆虫のゲノム解析からもた らされる成果が実際の IPM プロトコルの中に組み込ま れるまでの道のりはまだ遠いが，解析手法の技術的な進 展速度をこの分野にも取り込む努力が求められる。昆虫 がウイルスを媒介する機能そのものが解明途上にあるた めに基礎科学上の疑問解明と共に，必ずしも殺虫作用を 伴わないウイルス媒介阻止剤や，新たなウイルス耐性育 種の素材につなげる研究視点も重要である。具体的な被 害総額は算出されていなくとも，虫媒ウイルス防除の目 的で施用されている防除資材への経費などを考慮すると， 昆虫媒介性ウイルスが相当額の損失を招いているに違い ない。手詰まりとならないように新しい防除法の開発が 可能となるよう研究シーズを集積しなくてはならない。 引 用 文 献

1）AKAD, F. et al.（2007）: Arch. Virol. 152 : 1323 ∼ 1339.

2）AMMAR, E. D. et al.（2009）: ibid. 154 : 255 ∼ 262.

3）―――― and S. A. HOGENHOUT（2008）: Virus Res. 131 : 77 ∼ 85.

ンパク質（GroEL）が植物ウイルスの虫体内移動にかか わると示唆されていた。トマト篩 し 管 かん で GroEL タンパク 質を発現させたところ，トマト黄化葉巻ウイルスに抵抗 性が付与された（AKADet al., 2007）。さらに，GroEL を 発現させたタバコでは，GroEL に結合するとされてい た複数の属にわたるウイルスの増殖が抑制されており， ウイルスと相互作用をもつ媒介昆虫由来の物質が抵抗性 植 物 育 成 の 素 材 に な り う る こ と を 示 唆 し て い る （EDELBAUMet al., 2009）。

ルテオウイルスを循環型で媒介するムギミドリアブラ ムシでは媒介能力の異なる系統が得られており，その遺 伝様式を交配実験で調べたところ，相加的に作用する複 数の因子が関与すること，また，消化管と唾液腺では異 なる因子が作用することが報告されている（BURROWSet al., 2006）。さらに，ウイルス媒介能に差がある系統間で は，虫体タンパク質の二次元電気泳動像に差があり，か つウイルス粒子（Polerovirus，Luteoviridae）と共沈し た 4 種類のアブラムシ由来タンパク質が検出されてい る。そのうちの 2 種類は機能を推定できない新規タンパ ク質であり，2 種類は小胞体の働きにかかわるとされる ものであった。モモアカアブラムシの GroEL タンパク 質が同じくルテオウイルスであるジャガイモ葉巻きウイ ルスのアブラムシ虫体内移動にかかわると示唆されてい るが，ムギミドリアブラムシの場合はウイルス粒子に結 合するタンパク質としては血液成分のものは検出されて いない（YANGet al., 2008）。

エンドウヒゲナガアブラムシ，ワタアブラムシ，モモ アカアブラムシ，ミカンクロアブラムシの EST 解析デ ータからペプチドホルモンの一括検索が行われ，生理活 性ペプチド利用によるアブラムシ対策に先鞭をつけよう としている（CHRISTIE, 2008）。 昆虫が媒介するウイルスは，中腸から血体腔にウイル スが進入して唾液腺に到達すると一般に考えられてお り，実際に循環型で媒介されるウイルスがヨコバイの中 腸の一部である filter chamber に蓄積して膜構造物に取 り 込ま れて いる 像が 確認され て いる （AM M A R et al., 2009）。また，トマト黄化葉巻病ウイルスでは，媒介昆 虫であるタバココナジラミにおいてはウイルスが唾液腺 に到達するが，非媒介昆虫であるオンシツコナジラミで は中腸の上皮細胞表面にウイルスがとどまり体内に侵入 できない像も観察されている（OHNISHIet al., 2009）。一 方，脊椎動物に感染するラブドウイルスが神経向性を示 すのと同様に，トウモロコシモザイクウイルス（ラブド ウイルス科）の媒介昆虫であるトウモロコシウンカ （Peregrinus maidis）体内では，ウンカの神経索を経て 害虫によるウイルス媒介メカニズムの解明とゲノム研究 483 ―― 15 ――

19938 ∼ 19943.

23）MUTTI, N. S. et al.（2006）: J. Insect Sci. 6 : 38.

24）―――― et al.（2008）: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105 : 9965 ∼ 9969.

25）奈尾雅浩（2006）: 植物防疫 60 : 346 ∼ 351． 26）NODA, H. et al.（2008）: BMC Genomics 9 : 117.

27）OHNISHI, J. et al.（2009）: J. Gen. Plant Pathol. 75 : 131 ∼ 139. 28）奥田 充（2006）: 植物防疫 60 : 352 ∼ 355．

29）大村敏博（2006）: 同上 60 : 343 ∼ 345． 30）RAMSEY, J. S. et al（2007）: BMC Genomics 8 : 423.

31）SABATER― MUNOZ, B. et al.（2006）: Genome Biol. 7 : R21. 32）櫻井民人（2006）: 植物防疫 60 : 356 ∼ 360．

33）TAGU, D. et al.（2008）: Mol. Plant. Microbe. Interact. 21 : 701 ∼

708.

34）津田新哉・中島信彦（2006）: 植物防疫 60 : 474 ∼ 477． 35）UZEST, M. et al.（2007）: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104 : 17959

∼ 17964.

36）WEI, T. et al.（2007）: J. Virol. 81 : 7811 ∼ 7815.

37）YANG, X. et al.（2008）: ibid. 82 : 291 ∼ 299.

38）湯川淳一・桐谷圭治（2008）: 植物防疫 62 : 14 ∼ 17． 39）ZHOU, F. et al.（2007）: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104 : 19547

∼ 19552. 4）―――― et al.（2009）: Annu. Rev. Entomol. 54 : 447 ∼ 468.

5）BOROVSKY, D. et al.（2006）: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103 :

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6）BURROWS, M. E. et al.（2006）: Phytopathology 96 : 828 ∼ 837.

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9）COUDRON, T. A. et al.（2007）: Arch. Insect Biochem. Physiol. 66 : 76 ∼ 88.

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14）HOGENHOUT, S. A. et al.（2008）: Annu. Rev. Phytopathol. 46 : 327

∼ 359.

15）HOHN, T.（2007）: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104 : 17905 ∼

17906.

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18）JAUBERT― POSSAMAI, S. et al.（2007）: BMC Biotechnol. 7 : 63.

19）LESHKOWITZ, D. et al.（2006）: BMC Genomics 7 : 79.

20）真壁貞夫（2006）: 植物防疫 60 : 361 ∼ 363．

21）MCMENIMAN, C. J. et al.（2009）: Science 323 : 141 ∼ 144.

22）MYLES, K. M. et al.（2008）: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105 :

植 物 防 疫  第 63 巻 第 8 号 （2009 年） 484 ―― 16 ―― 移植水稲：水田一年生雑草，マツバイ，ホタルイ，ヘラオモ ダカ（東北），ウリカワ，クログワイ（北陸，九州を除く）， ヒルムシロ，セリ，コウキヤガラ（関東・東山・東海，九州） 蘆アジムスルフロン・カルフェントラゾンエチル・フルセト スルフロン粒剤 22395：フルフォース 1 キロ粒剤（石原産業）09/6/12 アジムスルフロン： 0.10％，カルフェントラゾンエチル： 0.90％，フルセトスルフロン：0.22％ 移植水稲：水田一年生雑草，マツバイ，ホタルイ，ミズガヤ ツリ，ウリカワ，クログワイ（北陸，九州を除く），オモ ダカ（九州を除く），ヒルムシロ（北陸，九州を除く），セ リ（北陸を除く），コウキヤガラ（東北，関東・東山・東 海，九州） 蘆カルフェントラゾンエチル・フルセトスルフロン粒剤 22396：フルチャージジャンボ（石原産業）09/6/12 カルフェントラゾンエチル：1.8％，フルセトスルフロン： 0.44％ 移植水稲：水田一年生雑草，マツバイ，ホタルイ，ウリカワ， ヒルムシロ，セリ 「植物成長調整剤」 蘆 1 ―ナフタレン酢酸ナトリウム水溶剤 22388：ターム水溶剤（アグロカネショウ）09/6/4 1 ―ナフタレン酢酸ナトリウム：22.0％ 温州みかん：全摘果，間引き摘果，夏秋梢伸長抑制 22390：ヒオモン水溶剤（アグロカネショウ）09/6/4 1 ―ナフタレン酢酸ナトリウム：4.4％ りんご：収穫前落果防止 日本なし：収穫前落果防止 蘆 1 ―ナフタレン酢酸ナトリウム液剤 22389：アークランド液剤（アグロカネショウ）09/6/4 1 ―ナフタレン酢酸ナトリウム：0.20％ メロン：ネット形成促進及び果実肥大促進 （新しく登録された農薬 8 ページからの続き） 移植水稲：ノビエ，マツバイ（東北），ホタルイ，ヘラオモ ダカ（九州），ウリカワ，ヒルムシロ 蘆フルセトスルフロン水和剤 22382：スケダチ顆粒（石原産業）09/6/4 22383：ヒエクッパ顆粒（石原バイオサイエンス）09/6/4 フルセトスルフロン：10.0％ 移植水稲：ノビエ，マツバイ（東北），ホタルイ，ヘラオモ ダカ（東北），ウリカワ，ヒルムシロ 蘆シメトリン・フルセトスルフロン・ベンフレセート粒剤 22386：ナイスミドル 1 キロ粒剤（石原産業）09/6/4 シメトリン：4.50％，フルセトスルフロン：0.22％，ベンフ レセート：6.00％ 移植水稲：水田一年生雑草，マツバイ，ホタルイ，ヘラオモ ダカ（北海道，東北），ミズガヤツリ（北海道を除く），ウ リカワ，クログワイ（北海道，九州を除く），オモダカ （北海道，九州を除く），ヒルムシロ，コウキヤガラ（関 東・東山・東海，九州），アオミドロ・藻類による表層は く離（東北，九州を除く） 蘆フルセトスルフロン水和剤 22387：ブロードケア顆粒水和剤（エス・ディー・エスバイ オテック）09/6/4 フルセトスルフロン：50.0％ 日本芝：一年生及び多年生広葉雑草 蘆オキサジアルギル水和剤 22393：フェナックスフロアブル（バイエルクロップサイエ ンス）09/6/10 オキサジアルギル：35.4％（有効成分含量記載を中央値に変更） 日本芝：一年生雑草 蘆カルフェントラゾンエチル・フルセトスルフロン粒剤 22394：フルチャージ 1 キロ粒剤（石原産業）09/6/12 カルフェントラゾンエチル：0.90％，フルセトスルフロン： 0.22％