堆積物DNAによる過去復元を用いた環境変化に伴う食物網動態の解明

• Project/Area Number: 22K15183
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 45040:Ecology and environment-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 坂田 雅之 北海道大学, 農学研究院, 助教 (90909904)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 環境DNA / 過去復元 / 湖沼 / 魚類

Outline of Research at the Start

1年に1層形成される年縞という高度な経時シグナルを堆積物にもつ福井県の水月湖において、堆積物コアを採取し、そこに含まれる環境DNA（環境中に放出された個体外DNA）を用いて、環境変化にともなう過去から現在に至る様々な生物とその生物間の関係の変化を探る。

Outline of Annual Research Achievements

淡水生態系における食物網構造の変動過程について、湖底の堆積物から過去の生物情報を復元し、人為活動にともなう湖沼食物網の長期変動を記述し、環境変動に対する応答を明らかにすることを目的としている。2023年度には2022年度に採取したサンプルからDNA抽出、解析を行うべく検討を行なった。これまでに使用していたDNA抽出キットが終売になったことを受け、代替可能な方法を探索し、新たに堆積物・土壌からDNAを抽出する方法を確立した。加えて対象種である淡水魚、汽水魚に関連する検出系の設計を行なった。ここでは対象の湖沼が過去から現在にかけて汽水環境と淡水環境を繰り返してきたことから、それらに対応した魚類を選定し検出系の設計・確立、また、利用可能な検出系の選定とデータベースの確認を行なった。さらに、関連する堆積物の環境DNAに関する国際共同研究に携わり、世界中の同分野の研究者と議論を行い、その成果はReview論文として公開されている。
また、年内には複数の国内外の学会大会に参加し、堆積物環境DNAに関する知見の集積とそのまとめを発表すると共に情報収集を行った。国際大会では堆積物環境DNAを用いた過去復元に関する成果発表を行い、結果やこの分野の展望について議論を行った。特に、ドイツで開催されたsedimentary DNA society（堆積物DNAに関する国際学会）では世界各地の同分野の専門家に成果発表をするとともに議論を行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

2023年度は堆積物からの抽出法の確立（これまでの方法の代替手法）とPCRでの検出に必要な検出系の作成を行なった。その結果、代替方法であってもこれまでの手法と遜色なくDNAが検出可能であることがわかった。また、堆積物DNAの研究者と魚類の環境DNAに関するこれまでの課題共有と解決策に関する議論を行なった。検出方法自体の検討についても国際会議で情報収集を行い、一定の目処がたった。

Strategy for Future Research Activity

2024年度は早急に堆積物サンプルからDNAを抽出するとともに、ウナギ・スズキといった汽水環境に関する魚類、また、コイなどの淡水魚に関する定量PCRを行い時系列変化を観測する。加えて、研究協力者と、プランクトンのデータを共有し、栄養段階縦断的な解析及び環境変化に応じた変動を解析する。

Research Products

• [Journal Article] Detection of fish sedimentary <scp>DNA</scp> in aquatic systems: A review of methodological challenges and future opportunities (2023)
  • Author(s): Huston GP、Lopez MLD、Cheng Y、King L、Duxbury C、Picard M、Thomson‐Laing G、Myler E、Helbing CC、Kinnison MT、Saros JE、Gregory‐Eaves I、Monchamp Marie‐E、Wood SA.、Armbrecht L、Ficetola GF、Kurte L、VonEggers J、Brahney J、Parent G、Sakata MK.、Doi H、Capo E
  • Journal Title: Environmental DNA Volume: 5 Issue: 6 Pages: 1449-1472
  • DOI: 10.1002/edn3.467
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An efficient environmental DNA detection method for rare species: a case study of a small salamander (Hynobius boulengeri) (2023)
  • Author(s): Sakata Masayuki K.、Takeshita Daiki、Nishizawa Ryohei、Sato Takuya、Minamoto Toshifumi
  • Journal Title: Analytical Sciences Volume: 39 Issue: 5 Pages: 721-728
  • DOI: 10.1007/s44211-023-00289-6
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 堆積物・土壌環境DNAの概要と紹介 (2023)
  • Author(s): 坂田雅之
  • Organizer: 環境DNA学会
• [Presentation] Fish population dynamics in Lake Akan associated with eutrophication reconstructed by sedimentary DNA. (2023)
  • Author(s): SakataM. K., Kuwae M., Ohtsuki H., Wakana I., Minamoto T., Urabe J.
  • Organizer: The eDNA Society International Meeting 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fish population dynamics in Lake Akan associated with eutrophication reconstructed by sedimentary DNA. (2023)
  • Author(s): SakataM. K., Kuwae M., Ohtsuki H., Wakana I., Minamoto T., Urabe J.
  • Organizer: SedaDNA Meeting Potsdam 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 堆積物中に含まれる環境DNAの応用可能性 (2022)
  • Author(s): 坂田雅之
  • Organizer: 環境DNA学会
• [Presentation] 堆積物環境DNAによる琵琶湖魚類の過去復元 (2022)
  • Author(s): 坂田雅之, 槻木玲美, 加三千宣, 土居秀幸, 源利文
  • Organizer: 日本陸水学会
• [Presentation] Environmental DNA in lake sediment provides fish information on reconstructing past fauna in lake ecosystems (2022)
  • Author(s): Sakata M. K., Tsugeki N., Kuwae M., Doi H., Minamoto T
  • Organizer: British Ecological Sciety Annual Meeting 2022
  • Int'l Joint Research