A move for sea subtropicalization: development of a marine organism map by environmental DNA analyses

• Project/Area Number: 21H04922
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 63:Environmental analyses and evaluation and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 井上 潤 東京大学, 大気海洋研究所, 准教授 (10596779)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 兵藤 晋 東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (40222244) ; 新里 宙也 東京大学, 大気海洋研究所, 准教授 (70524726) ; 伊藤 幸彦 東京大学, 大気海洋研究所, 准教授 (80345058)
• Project Period (FY): 2021-04-05 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥41,600,000 (Direct Cost: ¥32,000,000、Indirect Cost: ¥9,600,000); Fiscal Year 2025: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2024: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000); Fiscal Year 2023: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000); Fiscal Year 2022: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000); Fiscal Year 2021: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
• Keywords: 環境 DNA / トカラ海峡 / 海洋環境 DNA 分布マップ / 海洋生物分布マップ / ウェブツール / 海洋環境 DNA マップ / 生物分布マップ

Outline of Research at the Start

トカラ海峡は海洋生物の分布境界となっている。何が障害となって生物はトカラ海峡を越えられないのか？　本課題では、研究船で収集した外洋の水に環境 DNA 解析を適用し、トカラ海峡周辺域に生息する生物の正確かつ網羅的な分布マップを作成する。浮遊幼生期間の長さや産卵場の場所を含めた生物学的特徴とともに物理環境データを比較し、トカラ境界を越えるには何が必要か考察する。得られた亜熱帯域の分布マップは、漁業管理に役立つだけでなく、亜熱帯化する本州沿岸域の生態の未来を予測するのに、極めて重要な情報を提供する。

Outline of Annual Research Achievements

研究の目的：研究船で収集した外洋の水に環境 DNA 解析を適用し、トカラ海峡周辺域に生息する生物の正確かつ網羅的な分布マップを作成する。
研究実施計画：(A) 外洋での環境 DNA 採集。(B) 高精度な種判別ツールの開発。(C) 生物分布マップの作成。(D) 環境 RNA による産卵場の特定。
研究実施状況：(A) 申請者と分担者の新里、伊藤は、環境 DNA をトカラ海峡周辺域で採集している。(B) 申請者は、高精度な種判別ツール phyloSCOPE を作成し、論文として投稿した。現在、レビューワーコメントに従ってツールと論文の改訂を行っている。(B, C) 申請者は、このツールを利用して、生物分布マップの作成にも着手している。 (B, C)。サンゴを検出する環境 DNA プライマーを作成した (D) 分担者の兵藤は、環境 RNAプライマーの作成に取り組んでいる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

系統樹を推定して環境 DNA の種判定を行う phyloSCOPE (https://github.com/jun-inoue/phyloSCOPE) を論文としてまとめたため。トカラ海峡の生物境界線を検出するには、通常の環境 DNA 解析では困難である。通常の解析は配列類似性に基づいて、それぞれのサンプルに含まれる種組成推定し、トカラ海峡の両側で比較することになるが、以下が問題であった：(1) 種判定の精度が悪い。(2) 種組成の比較では検出能力が低い。 そこで本研究では、phyloSCOPEを作成した。
phyloSCOPE は上記 2 つの問題を解決するため、本研究課題に必須のウェブツールであり、他の環境 DNA 解析にも大きな貢献をすると期待できる。

Strategy for Future Research Activity

種判別ウェブツール phyloSCOPE 論文の改訂を行い、雑誌から正式に出版する。さらに phyloSCOPE を用いて、生物分布マップに必要な精度の高い種判別データを完成させる。

Research Products

• [Journal Article] Environmental DNA in the Kuroshio reveals environment-dependent distribution of economically important small pelagic fish (2023)
  • Author(s): Yu Zeshu、Wong Marty Kwok-Shing、Inoue Jun、Ahmed Sk Istiaque、Higuchi Tomihiko、Hyodo Susumu、Itoh Sachihiko、Komatsu Kosei、Saito Hiroaki、Ito Shin-ichi
  • Journal Title: Frontiers in Marine Science Volume: 10 Pages: 1121088-1121088
  • DOI: 10.3389/fmars.2023.1121088
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An environmental DNA metabarcoding survey reveals generic-level occurrence of scleractinian corals at reef slopes of Okinawa Island (2023)
  • Author(s): Nishitsuji Koki、Nagata Tomofumi、Narisoko Haruhi、Kanai Megumi、Hisata Kanako、Shinzato Chuya、Satoh Noriyuki
  • Journal Title: Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences Volume: 290 Issue: 1995 Pages: 20230026-20230026
  • DOI: 10.1098/rspb.2023.0026
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Species-specific patterns in spatio-temporal dynamics of juvenile chum salmon and their zooplankton prey in Otsuchi Bay, Japan, revealed by simultaneous eDNA quantification of diverse taxa from the same water samples. (2023)
  • Author(s): Yuki Minegishi, Marty Kwok-Shing Wong, Mako Nakao, Yuichiro Nishibe, Aiko Tachibana, Yoo-Jun Kim, Susumu Hyodo
  • Journal Title: Fisheries Oceanography Volume: 32 Issue: 3 Pages: 255-326
  • DOI: 10.1111/fog.12631
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evaluating the sampling effort for the metabarcoding‐based detection of fish environmental DNA in the open ocean (2023)
  • Author(s): Kawakami Tatsuya、Yamazaki Aya、Asami Maki、Goto Yuko、Yamanaka Hiroki、Hyodo Susumu、Ueno Hiromichi、Kasai Akihide
  • Journal Title: Ecology and Evolution Volume: 13 Issue: 3
  • DOI: 10.1002/ece3.9921
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] From rivers to ocean basins: The role of ocean barriers and philopatry in the genetic structuring of a cosmopolitan coastal predator (2023)
  • Author(s): Devloo‐Delva Floriaan、Burridge Christopher P.、... Susumu H., ... et al
  • Journal Title: Ecology and Evolution Volume: 13 Issue: 2
  • DOI: 10.1002/ece3.9837
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Genomic analysis of a reef‐building coral, <i>Acropora digitifera</i> , reveals complex population structure and a migration network in the Nansei Islands, Japan (2022)
  • Author(s): Tsuchiya Kojin、Zayasu Yuna、Nakajima Yuichi、Arakaki Nana、Suzuki Go、Satoh Noriyuki、Shinzato Chuya
  • Journal Title: Molecular Ecology Volume: 31 Issue: 20 Pages: 5270-5284
  • DOI: 10.1111/mec.16665
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of species‐specific multiplex real‐time PCR assays for tracing the small pelagic fishes of North Pacific with environmental DNA (2022)
  • Author(s): Wong Marty Kwok‐Shing、Nobata Shigenori、Ito Shin‐ichi、Hyodo Susumu
  • Journal Title: Environmental DNA Volume: 4 Issue: 3 Pages: 510-522
  • DOI: 10.1002/edn3.275
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Temperature modulation alters the gut and skin microbial profiles of chum salmon (Oncorhynchus keta) (2022)
  • Author(s): Ghosh Subrata Kumar、Wong Marty Kwok-Shing、Hyodo Susumu、Goto Shuji、Hamasaki Koji
  • Journal Title: Frontiers in Marine Science Volume: 9 Pages: 1027621-1027621
  • DOI: 10.3389/fmars.2022.1027621
• [Journal Article] Comparison of species-specific qPCR and metabarcoding methods to detect small pelagic fish distribution from open ocean environmental DNA (2022)
  • Author(s): Zeshu Yu,Shin Ichi Ito,Marty Kwok Shing Wong,Susumu Yoshizawa,Jun Inoue,Sachihiko Itoh,Ryuji Yukami,Kazuo Ishikawa,Chenying Guo,Minoru Ijichi,Susumu Hyodo
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 17 Issue: 9 Pages: 0273670-0273670
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0273670
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Two Hidden mtDNA-Clades of Crown-of-Thorns Starfish in the Pacific Ocean (2022)
  • Author(s): Yasuda Nina、Inoue Jun、Hall Michael R.、Nair Manoj R.、Adjeroud Mehdi、Fortes Miguel D.、Nishida Mutsumi、Tuivavalagi Nat、Ravago-Gotanco Rachel、Forsman Zac H.、Soliman Taha、Koyanagi Ryo、Hisata Kanako、Motti Cherie A.、Satoh Noriyuki
  • Journal Title: Frontiers in Marine Science Volume: 9 Pages: 831240-831240
  • DOI: 10.3389/fmars.2022.831240
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ORTHOSCOPE*: A Phylogenetic Pipeline to Infer Gene Histories from Genome-Wide Data (2021)
  • Author(s): Inoue Jun
  • Journal Title: Molecular Biology and Evolution Volume: 39 Issue: 1 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1093/molbev/msab301
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Novel Mitochondrial DNA Markers for Scleractinian Corals and Generic-Level Environmental DNA Metabarcoding (2021)
  • Author(s): Shinzato Chuya、Narisoko Haruhi、Nishitsuji Koki、Nagata Tomofumi、Satoh Noriyuki、Inoue Jun
  • Journal Title: Frontiers in Marine Science Volume: 8 Pages: 1-9
  • DOI: 10.3389/fmars.2021.758207
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Commentary on ORTHOSCOPE: A Web Tool for Genome Comparisons (2021)
  • Author(s): Inoue Jun
  • Journal Title: Journal of Genetics and Genomes Volume: 5 Pages: 1-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Spatiotemporal variability in the occurrence of juvenile Japanese jack mackerel Trachurus japonicus along coastal areas of the Kuroshio Current (2021)
  • Author(s): Ishikawa Kazuo、Watanabe Chikako、Kameda Takahiko、Tokeshi Tsutomu、Horie Hikari、Hashida Daisuke、Ookawa Toshiyuki、Takeda Takashi、Kuno Masahiro、Suzuki Yuki、Takamura Shozo、Fukumoto Ryousuke、Itoh Sachihiko
  • Journal Title: Fisheries Oceanography Volume: 00 Issue: 5 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1111/fog.12538
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Multiscale interactions within a cyclonic eddy (2024)
  • Author(s): S. Itoh, E. Tsutsumi, R. Inoue, T. Nagai and I. Yasuda
  • Organizer: Ocean Sciences Meeting 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] eDNA分析による沿岸から外洋への移行域における魚群の時空間的分布の解明。 (2024)
  • Author(s): 林元、平井惇也、余沢庶、Ahmed SI、王雪丁、矢部いつか、伊藤幸彦、樋口富彦、Wong MKS、井上潤、兵藤晋、伊藤進一
  • Organizer: 海と地球のシンポジウム2023
• [Presentation] 小型浮魚群集組成を用いた海洋DNAサンプリング手法の比較研究。 (2024)
  • Author(s): 王雪丁、余沢庶、Ahmed SI、林珍、王子欽、矢部いつか、伊藤幸彦、Wong MKS、井上潤、兵藤晋、樋口富彦、伊藤進一
  • Organizer: 海と地球のシンポジウム2023
• [Presentation] Comparing three surface sampling methods for fish species detection in eDNA metabarcoding: Can ship bottom intake samples substitute the conventional Niskin and bucket samples? (2024)
  • Author(s): Ahmed SI, Yu Z, Higuchi T, Inoue J, Wong MKS, Yoshizawa S, Itoh S, Komatsu K, Kawaguchi Y, Hyodo S, Ito SI, Tsutsumi E, Morroniello J
  • Organizer: 海と地球のシンポジウム2023
• [Presentation] 環境DNAを用いた黒潮流系における環境要因に関連した小型浮魚類の分布研究。 (2024)
  • Author(s): 余沢庶、黄國成、井上潤、樋口富彦、兵藤晋、伊藤幸彦、小松幸生、齊藤宏明、伊藤進一、Ahmed SI
  • Organizer: 海と地球のシンポジウム2023
• [Presentation] Oyashio-specific zooplankton survey by eDNA in coastal Sanriku of the Northeast Japan. (2023)
  • Author(s): Wong MKS, Minegishi Y, Nakao M, Nishibe Y Tachibana A, Kim YJ, Hyodo S
  • Organizer: The eDNA Society International Meeting 2023 - Moving from Knowledge into Practice.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A feasibility study of automated underwater sampling devices to analyze environmental and microbial DNA. (2023)
  • Author(s): Goto S, Fukuba T, Wong MKS, Minegishi Y, Hyodo S, Makabe-Kobayashi Y, Sugai Y, Hamasaki K
  • Organizer: The eDNA Society International Meeting 2023 - Moving from Knowledge into Practice.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fish Environmental RNA. (2023)
  • Author(s): 黄國成、網中結仁、兵藤晋
  • Organizer: 第47回日本比較内分泌学会大会及びシンポジウム(九州大会)
• [Presentation] 黒潮の環境DNAから青魚の分布特性を探る (2023)
  • Author(s): 伊藤進一、余沢庶、樋口富彦、Ahmed SI 、王雪丁、林元、Wong MKS、井上潤、兵藤晋
  • Organizer: OceanDNAテック2023
• [Presentation] Fish Environmental RNA (2023)
  • Author(s): Wong MKS, Aminaka Y, Takagi W, Hyodo S
  • Organizer: OceanDNAテック2023
• [Presentation] 環境DNA自動検出に向けたマルチプレックスqPCR (2022)
  • Author(s): 兵藤晋、黄國成、峰岸有紀
  • Organizer: OceanDNAテック2022
• [Presentation] 環境DNA自動モニタリングに向けた現場型サンプリング装置の実証試験 (2022)
  • Author(s): 後藤周史、福場辰洋、Wong MKS、峰岸有紀、兵藤晋、小林陽子、菅井洋太、濵﨑恒二
  • Organizer: 水産学会核酸研究会
• [Presentation] ORTHOSCOPE* ：ゲノムに存在する全遺伝子の歴史を推定する系統解析パイプライン (2022)
  • Author(s): 井上 潤
  • Organizer: Genome Concept Centennial Symposium
• [Presentation] 系統樹に基づいたゲノム比較。 (2022)
  • Author(s): 井上 潤
  • Organizer: 生命科学を支える分子系統学
  • Invited
• [Remarks] phyloSCOPE
  • URL: https://github.com/jun-inoue/phyloSCOPE