氷河掘削試料中の花粉DNA解読とその遺伝情報を用いた中央アジア半乾燥域の環境復元

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K00529
• Research Institution: National Institute of Polar Research
• Principal Investigator: 中澤 文男 国立極地研究所, 研究教育系, 助教 (80432178)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 氷河 / 花粉 / DNA / アイスコア / ロシア・アルタイ山脈

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、1）中央アジア半乾燥域の山岳氷河に封じ込められた、極めて保存状態の良好な化石花粉を材料として、過去13,000 年間に渡る化石花粉のDNA 分析を、高時間分解能・連続で実施すること、2）分析により取得される遺伝情報から化石花粉の種を同定し、3）未だ不明な点が多い中央アジア半乾燥域の過去の植生や気候・環境について、従来の花粉分析を超える詳細な復元を試みることにある。
キルギス天山山脈グリゴレア氷河で掘削されたアイスコアについて、H28年度に花粉濃度を調べたところ、想定していたよりも少なく、概算であるが10 mLあたり数粒～数十粒であった。そこでH29年度は、雪氷試料から花粉粒を効率良く捕集するために、誘電泳動（Dielectrophoresis: DEP）法を利用した花粉粒補足システムの検討を開始した。本研究で検討しているDEP法は、細胞・微生物固有の電気特性を利用して、液体中にある細胞や細菌のみを微小電極上に補足し、ダストのような夾雑物と分離することが可能となる。ロシアの山岳氷河で採取された氷の融解試料1 mLを使用してDEP法での予備実験を行ったところ、菌様の粒子を補足することに成功した。今後は導入量を数10 mLに増やし、花粉の補足についても補足率の確認等を行う予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

H28年度は、キルギス天山山脈グリゴレア氷河で掘削されたアイスコア試料の切り出しをおこなった。放射性炭素年代測定によって、既に氷の年代が推定されている4つの深度から氷試料を採取した。試料の年代は、5235～7180 14C B.P.であった。試料中に含まれる花粉数は比較的少なく、概算であるが10mLあたり数粒～数十粒であった。見つかった花粉種はトウヒ属のものが多く見られた。
H28年度の結果から、花粉粒を抽出するためには当初計画していたよりも多量の融解試料が必要となることがわかった。そこで本研究では、直径25 mmのフィルターをもちいて融解試料をろ過し、フィルター上に捕集された花粉を別の方法で再度捕集することにした。すなわちろ過済みのフィルターを50 mLの遠沈管にセットし、約10 mLの超純水を注ぎ、フィルター上の花粉を一旦はく離させる。次にDEP法を利用したシステムにはく離された花粉が含まれる水を導入し、花粉を補足するというアプローチを取ることにした。直径13 mmのフィルターに再度ろ過する方法も検討したが、夾雑物であるダスト等の微粒子が多いため、ろ過速度の低下や、顕微鏡観察がしづらいといった問題が生じた。実際に氷河氷の融解試料をもちいたDEP法の予備実験の結果は良好であり、菌様の粒子を補足するところまで成功している。

Strategy for Future Research Activity

H28年度は、数千年オーダーの化石花粉についても、既存の花粉1粒ずつの全ゲノム増幅法を、反応条件を僅かに変更することで、適用できることがわかった。しかしながら、想定していたよりも花粉濃度が低く、またダスト粒子等の夾雑物が多いため、試料から花粉粒を効率良く捕集する必要があることが課題として残った。H29年度に検討をおこなったDEP法はこの課題を解決すると考えられる。H30年度は、早期にDEP法を利用した花粉粒補足システムを導入し、さらに実験補佐員を雇用し、実験の高速化を目指す。花粉の同定に関しては、途中で作業が止まっていたトウヒ属花粉の種同定を再開する。

Causes of Carryover

（理由）花粉粒を効率良く捕集するために新しい手法を検討したため、補佐員の雇用ができなかった。

（使用計画）研究の遅れを取り戻すために、補佐員の雇用と、花粉粒の捕捉装置の購入に使用する予定である。