A method for identifying taxonomy of plants and animals in metagenomic samples

Research Project

Project/Area Number	23K17514
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 3:History, archaeology, museology, and related fields
Research Institution	The Graduate University for Advanced Studies
Principal Investigator	澤藤りかい総合研究大学院大学, 統合進化科学研究センター, 日本学術振興会特別研究員(CPD) (50814612)
Project Period (FY)	2023-06-30 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000) Fiscal Year 2024: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000) Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Keywords	古代DNA / メタゲノム / 歯石 / 土壌 / 文化財
Outline of Research at the Start	本研究では、古代のメタゲノムサンプル（歯石・土壌など様々な生物のゲノムを含む試料）から動植物の分類群の確実な同定を行う。特に動植物に関しては、食物や環境など得られる情報が多い一方で、確実な分類群の同定は現段階で難しい側面がある。DNAの濃縮を組み合わせ、古代DNAの特徴（デアミネーション）を確認することで、動物・植物の確実な同定を行い、花粉分析や炭化物の種同定と同程度の信頼性を持つ種同定を目指す。また、この手法を様々な試料に応用することで、食物や古環境のより詳細な復元が可能になり、考古学や文化財科学、人類学などの分野に貢献できると考えられる。
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は、古代のメタゲノムサンプル(歯石・土壌など様々な生物のゲノムを含む試料)から動植物の分類群の確実な同定を行うことである。特に動植物に関しては、食物や環境など得られる情報が多い一方で、確実な分類群の同定は現段階で難しい側面がある。DNAの濃縮を組み合わせ、動物・植物の確実な同定を行い、かつ古代DNAの特徴(デアミネーション)を確認することで、より精度の高い情報が得られる。また、この手法を様々な試料に応用することで、考古学や文化財科学、人類学などの分野に貢献できると考えられる。本年度は特に歯石・土壌のメタゲノムサンプルの古代DNAに関して、主にショットガンデータの動植物同定のパイプラインの検討を行った。refseqなどのミトコンドリア・葉緑体ゲノムのデータベースを用い、同時にバクテリアのデータベース(GTDBなど)も用い、全てまとめた一つのデータベースを作成し、その配列データベースをインデックス化しbowtie2でアライメントを行った。このような操作を行うことで、バクテリアなど動植物以外の誤同定を防ぎ、偽陽性を減らすことができた。またkrakenなどk-merベースの生物種同定法は偽陽性が高く、あまり信頼性が高い結果が得られないことも分かった。今後はデータベースを核ゲノムへと広げ、またターゲットキャプチャを用いることで、より効率的かつ網羅性の高い動植物同定法を作成していく。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason おおむね予定通りの進行であり、解析手法も問題なく施行できている。
Strategy for Future Research Activity	今後は動植物のターゲットキャプチャの解析を進めていく予定である。