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Genomic Information Reveals Environmental Responses of Riverine Organisms: Conservation Focusing on Natural Selection and Functional Diversity

Research Project

Project/Area Number 23K22897
Project/Area Number (Other) 22H01627 (2022-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 22060:Environmental systems for civil engineering-related
Research InstitutionEhime University

Principal Investigator

渡辺 幸三  愛媛大学, 沿岸環境科学研究センター, 教授 (80634435)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 竹門 康弘  大阪公立大学, 国際基幹教育機構, 客員研究員 (50222104)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Keywords河川 / 進化 / 生物多様性 / 次世代シークエンサー / 遺伝子 / ゲノム / 環境
Outline of Research at the Start

本研究では、河川底生動物のゲノムワイドの塩基配列情報を解析し,種・個体群レベルおよび群集レベルの環境応答を正確に定量するすることで、以下の三つを学術的「問い」に応える。
問1 ゲノムから選択性遺伝子座を探索し,それらに影響する環境因子を見つけられるか?
問2 選択性遺伝子座情報を活用して種の生息場適性モデルの予測精度を高められるか?
問3 生物群集の機能的多様性を高める河川環境条件とは?

Outline of Annual Research Achievements

研究項目2:選択性遺伝子座のゲノムワイド検索
愛媛県肱川流域の上流から下流に分布する60地点から採取したヒゲナガカワトビケラ、チャバネヒゲナガカワトビケラ、ウルマーシマトビケラの3種を対象にして,個体ごとにDNAを抽出した。次世代シークエンサーを用いたDouble digest restriction-site associated DNA (ddRAD)解析で、これら3種からもっとも効率的にゲノムをより網羅的にカバーする遺伝情報を取得するためにもっとも適した制限酵素(ゲノムをランダムに切断するための酵素)のペアを20ペアの中から選んだ。この最適な制限酵素ペアを使って、各個体を認識するインデックス配列をDNA断片に付加したddRADライブラリーを作成した。また、一部のサンプルは形態学的同定では不十分であったため、抽出したDNAを使って昆虫のDNAバーコーディングで頻繁に用いられるCOI領域を対象にサンガーシークエンシング解析も行い、DNAバーコーディング法で解析をした。

研究項目3:生息場適性モデルの開発
各地点の環境変数から各種の個体群密度の空間分布を予測する生息場適性モデルの作成に着手した。この生息場適性モデルでは、環境変数を教師データとする機械学習を用いるため、現地で観測した環境変数データに加えて、水文流出モデルに基づいて、各地点の濁度、水温(日最高、最低、平均)、流速、水深を予測するサブモデルを作成した。60地点のうち代表的な8地点の観測データを取得し、サブモデルの予測精度を検証し、適切な精度のサブモデルを作成できたことが確認できた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

研究項目2(選択性遺伝子座のゲノムワイド検索)においては、次世代シークエンサーを用いたddRAD解析のライブラリー作成を完了した。次年度中にはddRAD解析は完了させられる目途が立った。

研究項目3(生息場適性モデルの開発)では、ddRAD解析による遺伝子頻度データを取得できたら、生息場適性モデルを完成できるめどがたった。


以上の理由から、概ね順調に進展していると判断できる。

Strategy for Future Research Activity

研究項目2(選択性遺伝子座のゲノムワイド検索)においては、次世代シークエンサーを用いたddRAD解析を完了させる。また、メタゲノム解析で5地点から得たデータのバイオインフォマティクス解析を完了させる。

研究項目3(生息場適性モデルの開発)では、各地点の環境変数から各種の個体群密度の空間分布を予測する生息場適性モデルを完成させる。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2023 2022

All Journal Article (13 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Peer Reviewed: 13 results,  Open Access: 11 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] Short-term influences of flow alteration on microbial community structure and putative metabolic functions in gravel bar hyporheic zones2023

    • Author(s)
      Doloiras-Larano Arnelyn D.、Serrana Joeselle M.、Takahashi Shinji、Takemon Yasuhiro、Watanabe Kozo
    • Journal Title

      Frontiers in Environmental Science

      Volume: 11 Pages: 125561-125561

    • DOI

      10.3389/fenvs.2023.1205561

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Genome-wide detection of Wolbachia in natural Aedes aegypti populations using ddRAD-Seq2023

    • Author(s)
      Muharromah, A. F., Reyes, J., Kagia, N., Watanabe, K.
    • Journal Title

      Frontiers in Cellular and Infection Microbiology

      Volume: 13 Pages: 1252656-1252656

    • DOI

      10.3389/fcimb.2023.1252656

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Haplotype-level metabarcoding of freshwater macroinvertebrate species: a prospective tool for population genetic analysis2023

    • Author(s)
      Joeselle M. Serrana, Kozo Watanabe
    • Journal Title

      PLoS ONE

      Volume: 18(7) Issue: 7 Pages: e0289056-e0289056

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0289056

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Contrasting adaptive genetic consequences of stream insects under changing climate2023

    • Author(s)
      Nukazawa Kei、Chiu Ming-Chih、Kazama So、Watanabe Kozo
    • Journal Title

      Science of The Total Environment

      Volume: 872 Pages: 162258-162258

    • DOI

      10.1016/j.scitotenv.2023.162258

    • Related Report
      2023 Annual Research Report 2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] ?The first record of Chaoborus punctipennis (Say, 1823), an invasive phantom midge (Diptera, Chaoboridae), in Japan2023

    • Author(s)
      Jukka Salmela, Keita Kuroda, Kota Ishimaru, Kozo Watanabe and Levente-Peter Kolcsar
    • Journal Title

      BioInvasions Records

      Volume: 12 (1) Issue: 1 Pages: 124-135

    • DOI

      10.3391/bir.2023.12.1.11

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] New records for the Western Balkans cranefly fauna (Diptera, Tipuloidea) with the description of a new Baeoura Alexander (Diptera, Limoniidae)2023

    • Author(s)
      Levente-Peter Kolcsar, Micha Camiel d’Oliveira, Wolfram Graf, Clovis Quindroit, Kozo Watanabe, Marija Ivkovi
    • Journal Title

      ZooKeys

      Volume: 1157 Pages: 1-42

    • DOI

      10.3897/zookeys.1157.98997

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Contribution to the knowledge of Cylindrotomidae, Pediciidae and Tipulidae (Diptera: Tipuloidea): first records of 86 species from various European countries2023

    • Author(s)
      Levente-Peter Kolcsar et al.
    • Journal Title

      Diversity

      Volume: 15(3) Issue: 3 Pages: 336-336

    • DOI

      10.3390/d15030336

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Environmentally mediated gene flow and genetic drift have unequal importance in influencing genetic structure across landscapes2023

    • Author(s)
      Ming-Chih Chiu, Kei Nukazawa, Vincent H. Resh, Kozo Watanabe
    • Journal Title

      Journal of Biogeography

      Volume: 50(2) Issue: 2 Pages: 352-364

    • DOI

      10.1111/jbi.14537

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Spatial and phylogenetic structure of Alpine stonefly assemblages across seven habitats using DNA-species2023

    • Author(s)
      Maribet Gamboa, Joeselle Serrana, Yasuhiro Takemon, Michael T. Monaghan, and Kozo Watanabe
    • Journal Title

      Oecologia

      Volume: 201 Issue: 2 Pages: 513-524

    • DOI

      10.1007/s00442-023-05321-0

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Metabarcoding data of mitochondrial cytochrome c oxidase subunit 1 gene from bulk community of aquatic organisms collected from Nara Prefecture, Japan2022

    • Author(s)
      Kei Wakimura,Koji Inai,Kazumi Tanida,Kozo Watanabe,Mikio Kato
    • Journal Title

      Data in Brief

      Volume: 45 Pages: 108599-108599

    • DOI

      10.1016/j.dib.2022.108599

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Japanese species of Ormosia Rondani (Diptera, Limoniidae): revision of the subgenera Oreophila Lackschewitz and Parormosia Alexander2022

    • Author(s)
      Daichi Kato,Kozo Watanabe,Levente-Peter Kolcsar
    • Journal Title

      ZooKeys

      Volume: 1132 Pages: 127-162

    • DOI

      10.3897/zookeys.1132.86022

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effects of habitat heterogeneity on macroinvertebrate community structure at upstream and downstream of dams2022

    • Author(s)
      高橋 真司, 竹門 康弘, 大村 達夫, 渡辺 幸三
    • Journal Title

      Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. G (Environmental Research)

      Volume: 78 Issue: 7 Pages: III_115-III_123

    • DOI

      10.2208/jscejer.78.7_III_115

    • ISSN
      2185-6648
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spatially Varying Trophic Effects of Reservoir-Derived Plankton on Stream Macroinvertebrates Among Heterogeneous Habitats Within Reaches2022

    • Author(s)
      Shinji Takahashi,Yasuhiro Takemon,Tatsuo Omura,Kozo Watanabe
    • Journal Title

      Hydrobiologia

      Volume: 849 (11) Issue: 11 Pages: 2503-2520

    • DOI

      10.1007/s10750-022-04866-0

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Species-Genetic Diversity Correlations (SGDC) and Metaphylogeographic Analysis of Aquatic Insects Based on Bulk Community and eDNA Metabarcoding2023

    • Author(s)
      Logronio D. J., Chiu M., Larano A., Kolscar L.P., Serrana J., Watanabe K.
    • Organizer
      第6回環境DNA学会九州大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 天竜川におけるアユの産卵床分布の時空間変動に対する環境DNAの応答2023

    • Author(s)
      高橋真司、守屋翼、Arthien Pelingen、Clivaz Karim、Dan Joseph LOGRONIO、渡辺幸三、竹門康弘
    • Organizer
      第57回日本水環境学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ダム上下流河川の生息場構造異質性が 底生動物の群集構造へ及ぼす影響2022

    • Author(s)
      高橋 真司, 竹門 康弘, 大村 達夫, 渡辺 幸三
    • Organizer
      第59回環境工学研究フォーラム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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