環境ＤＮＡの正体や動態に関する知見の集積、および放出後時間推定手法の開発

• Project/Area Number: 18J20979
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Ecology/Environment
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 徐 寿明 神戸大学, 人間発達環境学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 環境DNA / 核DNA / 長鎖DNA / 粒子径サイズ / 生物多様性 / 資源管理 / FISH

Outline of Annual Research Achievements

１．これまでの研究を通して、「細胞膜に覆われた環境DNAはより大きなサイズ画分で検出されやすいと共に、 膜外からのDNA分解の影響を受けにくい」という仮説を立てた。この仮説を検証するために、異なる孔径サイズのフィルターで水槽水をろ過し、短鎖DNAに対する長鎖DNAの回収割合が孔径サイズ間でどのように変化するかを調べた。その結果、環境DNAの収量自体は小さな孔径サイズのフィルターの方が多い一方、短鎖環境DNAに対する長鎖環境DNAの回収割合は大きな孔径サイズのフィルターで高くなった。この結果は、上述の仮説を支持すると共に、特定のサイズおよび状態の環境DNAを選択的に回収することで、環境DNAから得られる情報を選別できる可能性を示唆した (Jo et al., 2020; Science of the Total Environment)。
２．環境DNAの分解率を推定した先行研究に基づくメタ解析を行い、環境DNAの分子学的・細胞学的状態 (膜内/外、核/ミトコンドリア、DNA 断片長など) とその残存性の関係、そしてそれらに対する環境条件の影響を調べた。その結果、フィルター孔径サイズ、対象遺伝子、水温、水質の4要因間の交互作用が、環境DNAの分解率と特に関連していることが分かった。また、マアジ (Trachurus japonicus) の環境DNA粒子径サイズ分布の時間変化を調べた水槽実験を再解析した結果、メタ解析と概ね似たような傾向を示した。これらから、環境DNAの分解プロセスをより良く理解するためには、環境要因の影響だけでなく、環境DNAの状態学的な知見も非常に重要であることが示唆された (Jo & Minamoto, in press; Molecular Ecology Resources)。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Utility of environmental DNA analysis for the effective monitoring of invasive fish species in reservoirs (2021)
  • Author(s): Jo, T., Ikeda, S., Fukuoka, A., Inagawa, T., Okitsu, J., Katano, I., Doi, H., Nakai, K., Ichiyanagi, H., Minamoto, T.
  • Journal Title: Ecosphere Volume: 未定
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Complex interactions between environmental DNA (eDNA) state and water chemistries on eDNA persistence suggested by meta‐analyses (2021)
  • Author(s): Jo Toshiaki、Minamoto Toshifumi
  • Journal Title: Molecular Ecology Resources Volume: 未定 Issue: 5 Pages: 1490-1503
  • DOI: 10.1111/1755-0998.13354
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Spatiotemporal distribution of Flavobacterium psychrophilum and ayu Plecoglossus altivelis in rivers revealed by environmental DNA analysis (2021)
  • Author(s): Tenma Hinako、Tsunekawa Koki、Fujiyoshi Riho、Takai Hajime、Hirose Masae、Masai Nanami、Sumi Kosuke、Takihana Yuta、Yanagisawa Sogen、Tsuchida Kota、Ohara Kenichi、Jo Toshiaki、Takagi Masaki、Ota Akiko、Iwata Hiroyoshi、Yaoi Yuichi、Minamoto Toshifumi
  • Journal Title: Fisheries Science Volume: 未定 Issue: 3 Pages: 321-330
  • DOI: 10.1007/s12562-021-01510-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Selective collection of long fragments of environmental DNA using larger pore size filter (2020)
  • Author(s): Jo Toshiaki、Murakami Hiroaki、Masuda Reiji、Minamoto Toshifumi
  • Journal Title: Science of The Total Environment Volume: 735 Pages: 139462-139462
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.139462
  • NAID: 120006872998
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Seasonal monitoring of Hida salamander Hynobius kimurae using environmental DNA with a genus-specific primer set (2020)
  • Author(s): Toshiaki Jo, Sei Tomita, Yukihiro Kohmatsu, Maslin Osathanunkul, Atushi Ushimaru, Toshifumi Minamoto
  • Journal Title: Endang Species Res Volume: 43 Pages: 341-352
  • DOI: 10.3354/esr01073
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Estimating shedding and decay rates of environmental nuclear DNA with relation to water temperature and biomass (2019)
  • Author(s): Jo T, Murakami H, Masuda R, Minamoto T
  • Journal Title: Environmental DNA Volume: 2 (2) Issue: 2 Pages: 140-151
  • DOI: 10.1002/edn3.51
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Particle size distribution of environmental DNA from the nuclei of marine fish. (2019)
  • Author(s): Jo T, Arimoto M, Murakami H, Masuda R, Minamoto T
  • Journal Title: Environmental Science & Technology Volume: 53 Issue: 16 Pages: 9947-9956
  • DOI: 10.1021/acs.est.9b02833
  • NAID: 120007002586
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 長鎖・核DNAおよび海水サンプルを対象とした塩化ベンザルコニウムの環境DNA保存効果 (2021)
  • Author(s): 徐寿明, 村上弘章, 益田玲爾, 源利文
  • Organizer: 日本生態学会 第68回 岡山大会
• [Presentation] Performance of benzalkonium chloride (BAC) as the preservative of environmental DNA in seawater targeting longer and nuclear DNA fragments and fish community. (2021)
  • Author(s): Jo. T.
  • Organizer: Seattle-Kobe International Academic Collaboration Initiative (SKIACI) The 1st Workshop
• [Presentation] 環境DNAの状態依存的な残存性 (2020)
  • Author(s): 徐寿明, 源利文
  • Organizer: 環境DNA学会第3回・個体群生態学会 第36回 仙台合同大会
• [Presentation] Effect of water temperature and fish size on environmental DNA shedding, degradation, and size distribution. (2019)
  • Author(s): Jo, T., Murakami, H., Yamamoto, S., Masuda, R., & Minamoto, T.
  • Organizer: Aquaculture 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] マアジの核およびミトコンドリアに由来する環境 DNA の 水温・バイオマス依存性 (2019)
  • Author(s): 徐寿明、有本美於、村上弘章、益田玲爾、源利文
  • Organizer: 日本水産学会 令和元年度秋季大会
• [Presentation] マアジの核およびミトコンドリアに由来する環境 DNA の 粒子径サイズ分布 (2019)
  • Author(s): 徐寿明、有本美於、村上弘章、益田玲爾、源利文
  • Organizer: 日本分子生物学会 第 42 回年会
• [Presentation] 核とミトコンドリアに由来する環境 DNA の動態 (2019)
  • Author(s): 徐寿明、有本美於、村上弘章、益田玲爾、源利文
  • Organizer: 環境 DNA 学会 第 2 回神戸大会
• [Presentation] Visualizing environmental DNA using cytogenetics. (2019)
  • Author(s): Jo, T., Murakami, H., Masuda, R., Ohmido, N., & Minamoto, T.
  • Organizer: The 66th Annual Meeting of the Ecological Society of Japan
• [Book] 環境DNA (2021)
  • Author(s): 一般社団法人 環境DNA学会、土居 秀幸、近藤 倫生
  • Total Pages: 300
  • Publisher: 共立出版
  • ISBN: 9784320058163