Multi-profiling of Jomon people's nutrition, hygiene, and health status by coprolite genome analysis

• Project/Area Number: 21K19289
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 45:Biology at organismal to population levels and anthropology, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Oota Hiroki 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (40401228)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梅崎 昌裕 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (30292725) ; 澤藤 りかい 総合研究大学院大学, 先導科学研究科, 日本学術振興会特別研究員(CPD) (50814612) ; 和久 大介 東京農業大学, 国際食料情報学部, 助教 (60793578) ; 熊谷 真彦 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 高度分析研究センター, 主任研究員 (80738716)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2021: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
• Keywords: 糞石 / ゲノム / DNAキャプチャー法 / NGS / 古環境 / 超微量DNA / 環境DNA / 生態 / 古代ゲノム / 植物性摂食物 / キャプチャーシークエンス法 / キャプチャー・ベイト / 種同定用データベース / 糞便ゲノム / multi-profiling / 縄文人 / 摂食物 / 次世代シークエンサー

Outline of Research at the Start

古人骨ゲノム解析および現代人糞便ゲノム解析の技術を融合し糞石ゲノム解析の技術的を確立する。縄文人および弥生人の栄養・衛生・健康状態を多角的に描き出すこと（multi-profiling）を目的とし、3つの課題「Task I　キャプチャー・ベイトのデザイン」「Task II　種同定用データベースの構築」「Task III　糞石ゲノム評価法の確立」に取り組む。確立された技術を用いて縄文~弥生時代の遺跡から出土した糞石のゲノム解析に挑戦する。

Outline of Final Research Achievements

In this study, we worked on the development and improvement of the technology for extracting DNA from coprolites and performing genome analysis using next generation sequencers. Previously, we have performed the PCR amplicon sequencing method, and identified DNAs derived from plant foods at the "family" or "genus" level. To improve it to identify at the “species” level, we applied the DNA capture method. A certain level of DNA concentration is required for DNA capture, but in the case of coprolites, the amount of DNA obtained was remarkably small. We have achieved this by optimizing the conditions specifically for such ultra-small amounts of DNA.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

環境（湖沼や河川の水、空気、土壌）中に存在するDNAを分析する技術（環境DNA分析）は、生態系における個体数や生物分布の把握などの情報を得る目的で、広く応用さている。私たちの研究グループは過去10年以上、古人骨DNA分析に取り組んできたが、糞石に残存するDNAは、より微量で難易度が高い。糞石は過去の生物の糞便であるが、ほぼ土壌と同化しており、いわば古代環境DNA分析である。この技術は学術的な応用範囲は広く、目に見える形で生物遺物が残っていないような古い時代の堆積土壌などのDNA分析などへも応用も可能である。過去の環境のゲノム情報は、現在の環境を知るリファレンスとしても重要な意味を持つ。

Research Products

• [Int'l Joint Research] コペンハーゲン大学(デンマーク)
• [Journal Article] Complete mitochondrial genome sequencing reveals double-buried Jomon individuals excavated from the Ikawazu shell-mound site were not in a mother–child relationship (2022)
  • Author(s): D. Waku, K. Koganebuchi, T. Gakuhari, M. Yoneda, O. Kondo, T. Masuyama, Y. Yamada*, H. Oota*
  • Journal Title: Anthropological Science Volume: 130 Issue: 1 Pages: 39-45
  • DOI: 10.1537/ase.220129
  • ISSN: 0918-7960, 1348-8570
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Genetic variation of olfactory receptor gene family in a Japanese population (2022)
  • Author(s): Akhtar, M. S., Ashino, R., Oota, H., Ishida, H., Niimura, Y., Touhara, K., Melin, A. D. and Kawamura, S.
  • Journal Title: Anthropological Science Volume: 130 Issue: 2 Pages: 93-106
  • DOI: 10.1537/ase.211024
  • NAID: 130008143258
  • ISSN: 0918-7960, 1348-8570
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Triangulation supports agricultural spread of the Transeurasian languages (2021)
  • Author(s): Martine Robbeets. et. al
  • Journal Title: NATURE Volume: 599 Issue: 7886 Pages: 616-621
  • DOI: 10.1038/s41586-021-04108-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Whole-Genome Sequencing of a 900-Year-Old Human Skeleton Supports Two Past Migration Events from the Russian Far East to Northern Japan (2021)
  • Author(s): Sato Takehiro、Adachi Noboru、Kimura Ryosuke、Hosomichi Kazuyoshi、Yoneda Minoru、Oota Hiroki、Tajima Atsushi、Toyoda Atsushi、Kanzawa-Kiriyama Hideaki、Matsumae Hiromi、Koganebuchi Kae、Shimizu Kentaro K、Shinoda Ken-ichi、Hanihara Tsunehiko、Weber Andrzej、Kato Hirofumi、Ishida Hajime
  • Journal Title: Genome Biology and Evolution Volume: 13 Issue: 9 Pages: 192-192
  • DOI: 10.1093/gbe/evab192
  • NAID: 120007170565
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Exploring correlations in genetic and cultural variation across language families in Northeast Asia. (2021)
  • Author(s): H. Matsumaea*, P. Ranacher*, P. E. Savage*, D. E. Blasig, T. E. Curriej, K. Kognebuchi, N. Nishidal, T. Sato, H. Tanabe, A. Tajima, S. Browno, M. Stoneking, K. K. Shimizua, H. Oota*, and B. Bickel*
  • Journal Title: Science Advances Volume: 7(34) Issue: 34 Pages: 9223-9223
  • DOI: 10.1126/sciadv.abd9223
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An analysis of the demographic history of the risk allele R4810K in RNF213 of moyamoya disease. (2021)
  • Author(s): K. Koganebuchi, K. Sato, K. Fujii, T. Kumabe, K. Haneji, T. Toma, H. Ishida, K. Joh, H. Soejima, S. Mano, M. Ogawa, H. Oota
  • Journal Title: Annals of Human Genetics Volume: 1-12 Issue: 5 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1111/ahg.12424
  • NAID: 120007168800
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Our ongoing projects based on ancient genome: coprolite, iPS, and transcriptome of Jomon people (2022)
  • Author(s): Hiroki Oota
  • Organizer: SEBES Seminar in Zurich Univ.
  • Invited
• [Presentation] 縄文糞石のDNAメタバーコーディングによる植物性摂食物の同定 (2022)
  • Author(s): 熊谷真彦、谷野彰勇、若林賢、塩野貴之、高木世里、片岡新、鵜野愛美、稲田健一、鯵本眞友美、和久大介、覚張隆史、澤藤りかい、小金渕佳江、勝村啓史、小川元之、米田穣、太田博樹
  • Organizer: 第76回日本人類学会大会・第38回日本霊長類学会大会連合大会
• [Presentation] 糞石からの古代摂食物の同定を目指したDNAキャプチャー・シーケンシング法の検討 (2022)
  • Author(s): 藤木雅、小金渕佳江、渡辺裕介、澤藤りかい、石田貴文、熊谷真彦、太田博樹
  • Organizer: 第76回日本人類学会大会・第38回日本霊長類学会大会連合大会
• [Presentation] Genome of Jomon people and peopling history of East Eurasians (2021)
  • Author(s): Hiroki Oota
  • Organizer: Genome Concept Centennial Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Jomon genome analysis verifying “Northern” or “Southern” route into East Eurasia from Africa (2021)
  • Author(s): 太田博樹
  • Organizer: 日本進化学会第23回オンライン大会
  • Invited
• [Presentation] 古代ゲノム解読によるサピエンス全史 (2021)
  • Author(s): 太田博樹
  • Organizer: 第28回多文化間精神医学会・学術総会「ポスト・コロナ時代の異世代間コミュニケーションと多文化共生」特別講演会
  • Invited
• [Presentation] 縄文人糞石を用いたマイクロバイオーム解析 (2021)
  • Author(s): 西村瑠佳、谷野彰勇、鯵本眞友美、稲田健一、勝村啓史、小川元之、小金渕佳江、和久大介、熊谷真彦、杉本竜太、太田博樹、井ノ上逸郎
  • Organizer: 日本進化学会第23回東京大会
• [Book] 古代ゲノムから見たサピエンス史 (2023)
  • Author(s): 太田 博樹
  • Total Pages: 272
  • Publisher: 吉川弘文館
  • ISBN: 4642059652
• [Book] 科学で読みとく縄文社会 (2022)
  • Author(s): 高橋 龍三郎
  • Total Pages: 216
  • Publisher: 同成社
  • ISBN: 9784886218865
• [Book] 人間の本質にせまる科学 (2021)
  • Author(s): 井原 泰雄、梅﨑 昌裕、米田 穣
  • Total Pages: 296
  • Publisher: 東京大学出版会
  • ISBN: 4130622285
• [Remarks] ゲノム人類学研究室
  • URL: http://www.bs.s.u-tokyo.ac.jp/~genomeanthro/