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Development and validation of the method for species diversity assessment based on environmental DNA analysis accounting for species detection errors

Research Project

Project/Area Number 20K06102
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 39060:Conservation of biological resources-related
Research InstitutionNational Institute for Environmental Studies

Principal Investigator

Fukaya Keiichi  国立研究開発法人国立環境研究所, 生物多様性領域, 主任研究員 (30708798)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 今藤 夏子  国立研究開発法人国立環境研究所, 生物多様性領域, 主任研究員 (10414369)
角谷 拓  国立研究開発法人国立環境研究所, 生物多様性領域, 室長 (40451843)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords環境DNAメタバーコーディング / サイト占有モデル / 調査設計 / 魚類群集
Outline of Research at the Start

野外において生息種を網羅的に把握するための新しい観測手法として、環境DNAメタバーコーディングが広く利用され始めている。本研究では、環境DNAメタバーコーディングにおける偽陰性の種検出誤差に適切に対処し、正確かつ効率的に種多様性の評価・予測を行うための統計的な枠組みを構築する。提案手法を淡水魚類を対象とした環境DNAメタバーコーディングデータに適用してその有効性を検証するとともに、提案手法を実装したプログラム群を一般に公開し、検出誤差に頑健な環境DNAメタバーコーディングの普及を目指す。

Outline of Final Research Achievements

Environmental DNA metabarcoding is an environmental DNA analysis technique that efficiently collects occurrence data for many species. However, the species detection errors (i.e., false negatives and false positives) that can occur in the application of this approach make interpreting the resulting data challenging, and the development of methods to deal with species detection errors is required to achieve a reliable survey. This study focused on false-negative errors in environmental DNA metabarcoding and developed a statistical method to appropriately address these errors for accurate and efficient assessment and prediction of species diversity. The proposed method was implemented in a software package to make it easier to use.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

生物多様性の保全において、野外の種多様性を定量的に把握・監視することは重要である。しかし、そのための生態調査は高価かつ侵襲的であることが多く、効率的な保全計画の実現を困難なものにしている。環境DNAメタバーコーディングはこの問題に対する解決策として大きな可能性を秘めているが、解決すべき技術的課題も残されており、種の検出誤差の問題はその1つである。偽陰性を踏まえた種多様性評価のためのデータ解析手法を提供する本研究は、環境DNAメタバーコーディングを検出誤差に対して頑健な手法に変えることで、その費用対効果と信頼性の向上に貢献する。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (2 results) (of which Open Access: 2 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] マクロ生物調査のための環境DNA分析―種の検出と定量およびその他の応用における可能性と課題―2022

    • Author(s)
      深谷肇一
    • Journal Title

      全国環境研会誌

      Volume: 47 Pages: 159-165

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Multispecies site occupancy modelling and study design for spatially replicated environmental DNA metabarcoding2022

    • Author(s)
      K. Fukaya, N. I. Kondo, S. S. Matsuzaki, T. Kadoya
    • Journal Title

      Methods in Ecology and Evolution

      Volume: 13 Issue: 1 Pages: 183-193

    • DOI

      10.1111/2041-210x.13732

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] A hierarchical modeling approach for environmental DNA metabarcoding: inference of species detection process, site occupancy, and study design2022

    • Author(s)
      K. Fukaya, N. I. Kondo, S. S. Matsuzaki and T. Kadoya.
    • Organizer
      International Statistical Ecology Conference (ISEC) 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 環境DNAメタバーコーディングによる種多様性評価のモデル化:不完全な検出を考慮した統計推測と調査デザイン2022

    • Author(s)
      深谷肇一
    • Organizer
      統計数理研究所共同利用研究集会「諸科学における統計思考」
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 生態学的ビッグデータと統計モデリングによる生物多様性評価の高度化2022

    • Author(s)
      深谷肇一
    • Organizer
      第69回日本生態学会大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 多種サイト占有モデルを用いた環境DNA分析における調査デザインの最適化2022

    • Author(s)
      松本岳大, 深谷肇一, 坂田雅之, 沖津二朗, 稲川崇史, 平岡康介, 一柳英隆, 源利文
    • Organizer
      第69回日本生態学会大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 環境DNA分析による生態系評価の高度化:統計モデリングによるアプローチ2022

    • Author(s)
      深谷肇一
    • Organizer
      統計数理研究所共同利用研究集会「生物統計と数理生物:似ているようで異なる生物へのアプローチ」
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 環境DNAメタバーコーディングにおける種検出誤差を考慮した階層モデリングとその実践2021

    • Author(s)
      深谷肇一, 今藤夏子, 松崎慎一郎, 角谷拓
    • Organizer
      環境DNA学会第4回大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ダム湖の魚類調査における環境DNAメタバーコーディング分析の実装に向けて2021

    • Author(s)
      松本岳大, 深谷肇一, 坂田雅之, 沖津二朗, 稲川崇史, 平岡康介, 一柳英隆, 源利文
    • Organizer
      環境DNA学会第4回大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 環境DNAによる生物多様性評価のための階層モデルとベイズ決定分析2021

    • Author(s)
      深谷肇一, 今藤夏子, 松崎慎一郎, 角谷拓
    • Organizer
      予測モデリングの理論と応用. 科学研究費シンポジウム(基盤研究(A)20H00576)「大規模複雑データの理論と方法論の革新的展開」
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 階層モデリングをデータ解析と調査設計に活用する2021

    • Author(s)
      深谷肇一
    • Organizer
      第68回日本生態学会大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] ダム湖において環境DNAメタバーコーディング手法を用いる際の最適採水地点数の検討2021

    • Author(s)
      松本岳大, 深谷肇一, 坂田雅之, 稲川崇史, 沖津二朗, 平岡康介, 一柳英隆, 源利文
    • Organizer
      第68回日本生態学会大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 生態学における観測・推測・予測と統計モデリング2021

    • Author(s)
      深谷肇一
    • Organizer
      第68回日本生態学会大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 生物多様性の理解におけるプレストン不備の解決に向けて2020

    • Author(s)
      深谷肇一
    • Organizer
      環境DNA学会第3回大会第36回個体群生態学会大会合同大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Remarks] 空間的に反復された環境DNAメタバーコーディングのための多種サイト占有モデリングと研究デザイン

    • URL

      https://www.nies.go.jp/biology/research/publish/202113.html

    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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