Evaluation of the integrity of captive populations and captive individuals of endangered species using genomic analysis

• Project/Area Number: 22K14910
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 39060:Conservation of biological resources-related
• Research Institution: Kyoto City Zoo
• Principal Investigator: 伊藤 英之 京都市動物園, 生き物・学び・研究センター, 研究教育係長(獣医師) (10779648)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: ゲノム解析 / エピゲノム解析 / 遺伝的多様性 / 希少動物 / 動物園 / ゲノムワイド / エピゲノム / 個体群管理

Outline of Research at the Start

本研究では、希少動物を対象に、ゲノムワイド解析（全ゲノム解析、ddRAD、MIG-seq）を実施し、遺伝子多型情報の集積・血統情報との統合を実施し、近親交配の影響の評価、有害形質・適応関連遺伝子特定を目指す。得られたデータをもとに個体群の将来予測を実施し、適切な遺伝管理を含んだ繁殖計画を立案する。また、新たな遺伝的管理の指標となりうるエピゲノム情報を集積し、遺伝的多型に依存しない表現型との関連性の解析、年齢推定方法の確立、健康・福祉指標としての有効性の検討を行い、適切な飼育管理および域内保全への貢献を目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、域外保全に求められる遺伝的管理の課題を解決するために、健全な飼育個体群の形成を目的に、①ゲノムワイド解析による分子遺伝学情報と血統登録情報と統合し、より適切な繁殖計画を立案する。また、新たな遺伝的管理の指標となりうるエピゲノムについて、②エピゲノム情報を集積し、表現型との関連性を解析し、遺伝管理及び域内保全への応用を目的としている。研究はグレビーシマウマ（Equus grevyi）とフンボルトペンギン（Spheniscus humboldti）を主な対象とするが、遺伝情報の整備についてはその他の希少動物についても実施する。
主な対象種であるグレビーシマウマとフンボルトペンギンにおいて、ロングリードシーケンスとショートリードシーケンスを用いて、高精度なドラフトゲノムを作製した。また、当初計画の対象種に加えて、ヤブイヌ（Speothos venaticus）においてもドラフトゲノムを作製した。飼育個体群の遺伝的多様性の解析（2023年度以降も継続）については、グレビーシマウマ5個体、フンボルトペンギン2個体、ヤブイヌ4個体の全ゲノム配列を取得した。また、国内で遺伝情報の少ないニシゴリラ（Gorilla gorilla）、アジアゾウ（Elephas maximus）エピゲノム解析については、生育ステージの異なるフンボルトペンギン3個体において全ゲノムバイサルファイトシーケンスを実施し、加齢によるメチル率の変化について解析した。
さらに、グレビーシマウマの遺伝情報を基に作成したマイクロサテライトマーカーを用いて、サバンナシマウマ（Equus quagga）において、亜種判別・雑種判別の可否について検討した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

試料収集はやや遅れているが、新たに共同研究を開始したことにより、バイオインフォマティクス解析を想定以上に進捗させることができた。

Strategy for Future Research Activity

解析個体数を増やすとともに、遺伝子多型やメチル化率と飼育データや診療データとの関連性について解析を進める。

Research Products

• [Journal Article] Age estimation based on blood DNA methylation levels in brown bears (2023)
  • Author(s): Nakamura Shiori、Yamazaki Jumpei、Matsumoto Naoya、Inoue‐Murayama Miho、Qi Huiyuan、Yamanaka Masami、Nakanishi Masanao、Yanagawa Yojiro、Sashika Mariko、Tsubota Toshio、Ito Hideyuki、Shimozuru Michito
  • Journal Title: Molecular Ecology Resources Volume: - Issue: 6 Pages: 1211-1225
  • DOI: 10.1111/1755-0998.13788
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparison of the Genetic Diversity of the Captive and Wild Populations of the Tsushima Leopard Cat Using a GRAS-Di Analysis (2022)
  • Author(s): Ito Hideyuki、Nakajima Nobuyoshi、Onuma Manabu、Inoue-Murayama Miho
  • Journal Title: Animals Volume: 12 Issue: 11 Pages: 1464-1464
  • DOI: 10.3390/ani12111464
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] アミメキリンの体重変化－京都市動物園の飼育個体の記録－ (2022)
  • Author(s): 高木直子，岡部光太，河村あゆみ，福泉洋樹，松永雅之，伊藤英之
  • Journal Title: 動物園水族館水族館雑誌 Volume: 64 Pages: 18-22
  • Peer Reviewed
• [Presentation] マイクロサテライトマーカーを用いたサバンナシマウマの亜種判別 (2022)
  • Author(s): 伊藤 英之，小林 宏美，Arne Ludwig，村山 美穂
  • Organizer: 第28回日本野生動物医学会大会
• [Presentation] The project for ex situ conservation of endangered wildlife, Tsushima leopard cat (2022)
  • Author(s): Hideyuki Ito, Mayako Fujihara, Kodzue Kinoshita, Satoshi Kusuda, Ryoma Otsuka Takehito Kaneko, Takashi Nagamine, Manabu Onuma, Yumiko Nakaya, Takaharu Kawashima, Nobuyoshi Nakajima, Miho Inoue-Murayama
  • Organizer: 30th South East Asian Zoos Association conference
  • Int'l Joint Research