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Development of environmental DNA technology for estimating the distribution of marine fishes and monitoring its seasonal changes

Research Project

Project/Area Number 21K14899
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 40030:Aquatic bioproduction science-related
Research InstitutionTohoku University (2022)
Kyoto University (2021)

Principal Investigator

Murakami Hiroaki  東北大学, 農学研究科, 助教 (60880721)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords環境DNA / マアジ / カタクチイワシ / 魚類生態学 / 魚類多様性 / 水産資源 / 分布推定 / リアルタイム定量PCR / 資源量推定 / 魚類生態 / メタバーコーディング / 多様性 / 海産魚
Outline of Research at the Start

近年、環境DNAが生態調査に活用されているが、海域では物理化学的な要因が環境DNAの動態に複雑に影響すると考えられ、応用例は少ない。本研究では、マアジとカタクチイワシの舞鶴湾における環境DNA濃度をミトコンドリアの短鎖・長鎖・核DNA領域という3種類のDNAマーカーを用いて定量し、魚群探知機で推定される分布と比較することで、従来よりも精度の高い分布・生物量の推定調査手法を確立する。また、湾内に生息する全魚種を対象に環境DNA濃度を定量し、その量的変化と分布の季節変化を明らかにすることで、沿岸性魚類の年間を通した生息場の移動や生物量の変化を推定する。

Outline of Final Research Achievements

We quantified environmental DNA (eDNA) concentration of jack mackerel and Japanese anchovy in 100 points placed at 400 m intervals in Maizuru Bay. The sampling layers were surface, middle, and bottom, and the eDNA markers were short-DNA, long-DNA in mitochondria DNA, and nuclear DNA (ITS1).
The eDNA concentration of short-DNA of jack mackerel was high in the surface layer in the west Bay and the bottom layer in the East Bay and was high in the surface layer in all bays for Japanese anchovy. These characteristic vertical distributions matched well with those of both species estimated by the echo sounder. In addition, there was a positive correlation between the echo intensity and eDNA in the east bay. Furthermore, the difference in the distribution and concentration of eDNA is shown on the markers for eDNA.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

水産資源の持続的な利用のためには、その資源量や分布を正確に把握することが不可欠である。環境DNAは、従来の手法に比べ低労力で、環境にやさしい手法である。
本研究では、マアジとカタクチイワシという水産重要種の湾内の鉛直分布を本手法で推定できることを明らかにし、また水平方向の分布も市場のノイズや魚の生態を考慮した上で行うことの重要性を示した。今後、本手法を持ちいた水産資源の詳細な分布の解明やその資源量の推定において、その有効性と課題点を検証することができた。

Report

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

    (9 results)

All 2022 2021

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Dispersion and degradation of environmental DNA from caged fish in a marine environment2022

    • Author(s)
      村上 弘章、尹 錫鎭、笠井 亮秀、源 利文、山本 哲史、坂田 雅之、堀内 智矢、澤田 英樹、近藤 倫生、山下 洋、益田 玲爾
    • Journal Title

      NIPPON SUISAN GAKKAISHI

      Volume: 88 Issue: 4 Pages: 206-206

    • DOI

      10.2331/suisan.133

    • ISSN
      0021-5392, 1349-998X
    • Year and Date
      2022-07-15
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] Analysis of the Persistence and Particle Size Distributional Shift of Sperm-Derived Environmental DNA to Monitor Jack Mackerel Spawning Activity2022

    • Author(s)
      Tsuji Satsuki、Murakami Hiroaki、Masuda Reiji
    • Journal Title

      Environmental Science & Technology

      Volume: 56 Issue: 15 Pages: 10754-10763

    • DOI

      10.1021/acs.est.2c01904

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] An efficient early‐pooling protocol for environmental <scp>DNA</scp> metabarcoding2022

    • Author(s)
      Ushio Masayuki、Furukawa Saori、Murakami Hiroaki、Masuda Reiji、Nagano Atsushi J.
    • Journal Title

      Environmental DNA

      Volume: 4 Issue: 6 Pages: 1212-1228

    • DOI

      10.1002/edn3.337

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Seasonal changes in the distribution of black sea bream Acanthopagrus schlegelii estimated by environmental DNA2022

    • Author(s)
      Sasano Sachia、Murakami Hiroaki、Suzuki Keita W.、Minamoto Toshifumi、Yamashita Yoh、Masuda Reiji
    • Journal Title

      Fisheries Science

      Volume: 88 Issue: 1 Pages: 91-107

    • DOI

      10.1007/s12562-021-01572-z

    • NAID

      40022822024

    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Environmental DNA emission by two carangid fishes in single and mixed-species tanks2021

    • Author(s)
      Murakami Hiroaki、Masuda Reiji、Yamamoto Satoshi、Minamoto Toshifumi、Yamashita Yoh
    • Journal Title

      Fisheries Science

      Volume: 88 Issue: 1 Pages: 55-62

    • DOI

      10.1007/s12562-021-01565-y

    • NAID

      40022821990

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 環境DNAメタバーコーディング解析で読み解く京都府由良川の魚類相の季節変化2022

    • Author(s)
      村上 弘章 (東北大農), 笹野 祥愛 (京大フィールド研・現水産機構), 益田 玲爾 (京大フィールド研), 山下 洋 (京大フィールド研), 笠井 亮秀 (北大院水産)
    • Organizer
      環境DNA学会「あなたが主役のワークショップ. 2022」
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Substantial seasonal intrusion of marine fish species elucidated by environmental DNA metabarcoding in Yura River, Kyoto2022

    • Author(s)
      Hiroaki Murakami, Sachia Sasano, Reiji Masuda, Yoh Yamashita, Akihide Kasai
    • Organizer
      Tohoku University & OIST 3rd Joint Workshop on Biodiversity: From Genes and Species to Ecosystem Services and Resilience
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 環境DNAを用いた魚類生態と多様性の解明2022

    • Author(s)
      村上弘章
    • Organizer
      総合地球環境学研究所IS 分断された海と森をつなぎ直し流域圏の豊かな自然・社会文化を取り戻す -共有できる経験・価値を軸にした協働方法- 2022年度気仙沼ワークショップ
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 環境DNA濃度で読み解く 京都府 由良川のスズキ Lateolabrax japonicusの分布と季節回遊2021

    • Author(s)
      村上弘章, 笹野 祥愛, 益田 玲爾, 笠井 亮秀, 山下 洋
    • Organizer
      環境DNA学会第4回大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-01-30  

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