南極に保存された古代試料のゲノム解析による氷期サイクルの生物相変遷

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H04139
• Research Institution: National Institute of Polar Research
• Principal Investigator: 本山 秀明 国立極地研究所, 研究教育系, 教授 (20210099)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 瀬川 高弘 山梨大学, 大学院総合研究部, 講師 (90425835) ; 森 宙史 国立遺伝学研究所, 情報研究系, 准教授 (40610837) ; 米澤 隆弘 東京農業大学, 農学部, 准教授 (90508566) ; 伊村 智 国立極地研究所, 研究教育系, 教授 (90221788) ; 竹内 望 千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (30353452) ; 本郷 裕一 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (90392117)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 古代DNA / アイスコア / メタゲノム / 微生物群集 / ミイラアザラシ

Outline of Annual Research Achievements

低温環境のためDNAが極めて高度に保存されている南極を対象とし，アイスコアや大型動物遺体などの古代試料由来の古代DNAを解析した．南極ドームふじアイスコアについては4試料からDNAを分析した．クリーンルーム内にてアイスコア融解装置を用いて氷試料内部のみを無菌的に採取しDNAを抽出した．構築した手法を用いてゲノムDNAライブラリーの作成，次世代シーケンサーによるゲノム配列の取得，およびゲノム情報解析により微生物解析を行った．また，南極域の動物の集団動態の最終氷期以降の環境変動による影響を解明するため，環境変動の影響を受けやすい食物連鎖の頂点を占める大型肉食動物のゲノム解析を行った．昨年度に続き，昭和基地周辺のスカルブスネスとラングホブデで採取したミイラ化したアザラシ遺体，および極地研の標本室に保管されていたマクマード基地周辺で採取されたミイラ化したアザラシ遺体を用いて古代DNA解析のバイオインフォマティクス解析などを進めた． 8個体のゲノムデータのうち，read depth ≥ 10のサイトを対象に解析を行い、参照配列と比較して6,758,086のSNPが得られた．SNPの情報に基づきProbabilistic PCA法により個体間の関係を推定すると地理的に離れたマクマードの個体は昭和基地周辺から採取された個体群に内包された．このことは，ウェッデルアザラシは南極大陸沿岸部全域に分布しているが，その遺伝的構造は非常に弱く，地理的な分化は見られないことを示唆している．その一方で，ゲノム全域で10万塩基対ごとに集団動態や淘汰の指標となるTajima’s Dを推定したところ正の値に大きく傾き、ウェッデルアザラシはかつては強い分集団構造を維持していたことが示唆された．本研究の結果から，ウェッデルアザラシは遺伝的分化と集団間の交雑という複雑な集団動態史を持つことが推測された．

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Soluble salts in deserts as a source of sulfate aerosols in an Antarctic ice core during the last glacial period. (2022)
  • Author(s): Ryu Uemura, Kosuke Masaka, Yoshinori Iizuka, Motohiro Hirabayashi, Hitoshi Matsui, Risei Matsumoto, Miki Uemura, Koji Fujita, Hideaki Motoyama
  • Journal Title: Earth and Planetary Science Letters Volume: 578 Pages: -
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2021.117299
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metagenomics reveals global-scale contrasts in nitrogen cycling and cyanobacterial light-harvesting mechanisms in glacier cryoconite (2022)
  • Author(s): Takumi Murakami, Nozomu Takeuchi, Hiroshi Mori, Yuu Hirose, Arwyn Edwards, Tristram Irvine-Fynn, Zhongqin Li, Satoshi Ishii, Takahiro Segawa
  • Journal Title: Microbiome Volume: 10 Pages: -
  • DOI: 10.1186/s40168-022-01238-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spatial Distribution of Unique Biological Communities and Their Control Over Surface Reflectivity of the Stanley Glacier, Uganda (2022)
  • Author(s): Jun Uetake, Denis Samyn, Simon Anguma, Nozomu Takeuchi
  • Journal Title: Frontiers in Earth Science Volume: 10 Pages: -
  • DOI: 10.3389/feart.2022.740998
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Global Simulation of Snow Algal Blooming by Coupling a Land Surface and Newly Developed Snow Algae Models (2022)
  • Author(s): Y. Onuma, K. Yoshimura, N. Takeuchi
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Biogeosciences Volume: 127 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2021jg006339
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cryoconite - From minerals and organic matter to bioengineered sediments on glacier's surfaces (2022)
  • Author(s): Piotr Rozwalak, Pawel Podkowa, Jakub Buda, Przemyslaw Niedzielski, Szymon Kawecki, Roberto Ambrosini, Roberto S. Azzoni, Giovanni Baccolo, Jorge L. Ceballos, Joseph Cook, Nozomu Takeuchi 他(全33名）
  • Journal Title: Science of The Total Environment Volume: 807 Pages: 150874
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.150874
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Antarctic surface temperature and elevation during the Last Glacial Maximum (2021)
  • Author(s): Christo Buizert, T. J. Fudge, William H. G. Roberts, Eric J. Steig, Sam Sherriff-Tadano, Catherine Ritz, Eric Lefebvre, Jon Edwards, Kenji Kawamura, Ikumi Oyabu, Hideaki Motoyama, 他（全42名）
  • Journal Title: Science Volume: 372 (6546) Pages: 1097-1101
  • DOI: 10.1126/science.abd2897
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Variations in mineralogy of dust in an ice core obtained from northwestern Greenland over the past 100 years (2021)
  • Author(s): Nagatsuka, N., Goto-Azuma, K., Tsushima, A., Fujita, K., Matoba, S., Onuma, Y., Dallmayr, R., Kadota, M., Hirabayashi, M., Ogata, J., Ogawa-Tsukagawa, Y., Kitamura, K., Minowa, M., Komuro, Y., Motoyama, H., and Aoki, T.
  • Journal Title: Clim. Past Volume: 17 Pages: -
  • DOI: 10.5194/cp-17-1341-2021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-resolution 10Be and 36Cl data from the Antarctic Dome Fuji ice core (~100 years around 5480 BCE): An unusual grand solar minimum occurrence? (2021)
  • Author(s): Kanzawa, K., Miyake, F., Horiuchi, K., Sasa, K., Takano, K., Matsumura, M., Takahashi, T., Motizuki, Y., Takahashi, K., Nakai, Y., Ohtani, K., Tada, Y., Ochiai, Y., Motoyama, H., Matsuzaki, H., Yamazaki, A., Muramatsu, Y. and Yamagata, Y,
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Space Physics Volume: 126 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2021JA029378
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Morphological and spectroscopic analysis of snow and glacier algae and their parasitic fungi on different glaciers of Svalbard (2021)
  • Author(s): Marta J. Fiolka, Nozomu Takeuchi, Weronika Sofinska-Chmiel, Sylwia Wojcik-Mieszawska, Tristram Irvine-Fynn, Arwyn Edwards
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Pages: 21785
  • DOI: 10.1038/s41598-021-01211-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Biological albedo reduction on ice sheets, glaciers, and snowfields (2021)
  • Author(s): Scott Hotaling, Stefanie Lutz, Roman J. Dial, Alexandre M. Anesio, Liane G. Benning, Andrew G. Fountain, Joanna L. Kelley, Jenine McCutcheon, S. McKenzie Skiles, Nozomu Takeuchi, Trinity L. Hamilton
  • Journal Title: Earth-Science Reviews Volume: 220 Pages: 103728
  • DOI: 10.1016/j.earscirev.2021.103728
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spatial and Temporal Variations in Pigment and Species Compositions of Snow Algae on Mt. Tateyama in Toyama Prefecture, Japan. (2021)
  • Author(s): Tomomi Nakashima, Jun Uetake, Takahiro Segawa, Lenka Prochazkova, Akane Tsushima, Nozomu Takeuchi
  • Journal Title: Frontiers in plant science Volume: 12 Pages: -
  • DOI: 10.3389/fpls.2021.689119
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Physically Based Summer Temperature Reconstruction From Melt Layers in Ice Cores (2021)
  • Author(s): Koji Fujita, Sumito Matoba, Yoshinori Iizuka, Nozomu Takeuchi, Akane Tsushima, Yutaka Kurosaki, Teruo Aoki
  • Journal Title: Earth and Space Science Volume: 8 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2020EA001590
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Geothermal flux beneath the Antarctic Ice Sheet derived from measured temperature profiles in deep boreholes (2020)
  • Author(s): Talalay, P., Li, Y., Augustin, L., Clow, G., Hong, J., Lefebvre, E., Markov, A., Motoyama, H., and Ritz, C.
  • Journal Title: The Cryosphere Volume: 14 Pages: 4021-4037
  • DOI: 10.5194/tc-14-4021-2020
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 南極ドームふじ基地における第2 期氷床深層コア掘削 (2020)
  • Author(s): 本山秀明、高橋昭好、田中洋一、新堀邦夫、宮原盛厚、吉本隆安、藤井理行、鈴木利孝、古川晶雄、李 院生、鄭 址雄、他（全35名）
  • Journal Title: 南極資料 Volume: 64 Pages: 284-329
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Deep ice core drilling to a depth of 3035.22 m at Dome Fuji, Antarctica in 2001?07 (2020)
  • Author(s): Motoyama, H., Takahashi, A., Tanaka, Y., Shinbori, K., Miyahara, M., Yoshimoto, T., Fujii, Y., Furusaki, A., Azuma, N., Ozawa, Y., Kobayashi, A. and Yoshise, Y.
  • Journal Title: Annals of Glaciology Volume: - Pages: 1-11
  • DOI: 10.1017/aog.2020.84.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 氷床コア深層掘削機の電装部の開発－プロトタイプ機の作成と掘削実験での動作確認－ (2021)
  • Author(s): 高田守昌、本山秀明、大谷昌央
  • Organizer: 雪氷研究大会（2021・千葉-オンライン）
• [Presentation] アラスカ・グルカナ氷河における雪氷藻類に寄生するツボカビの感染率 (2021)
  • Author(s): 小林綺乃，竹内望，鏡味麻衣子
  • Organizer: 雪氷研究大会
• [Presentation] Estimation of outcrops of soluble ions and mineral dust from ablating ice surface of a glacier based on an ice core in Tien Shan Mountains, Central Asia. (2021)
  • Author(s): 陳耘傑，竹内望,李忠勤
  • Organizer: 雪氷研究大会
• [Presentation] 中央アジア・パミールアライ山域で掘削されたアイスコアの溶存化学成分 (2021)
  • Author(s): 瀬戸大貴，鋸屋遥香，竹内望，藤田耕史，川村賢二，對馬あかね，Vladimir Aizen
  • Organizer: 雪氷研究大会
• [Presentation] グリーンランド北西部カナック氷河消耗域の雪氷溶存化学成分 (2021)
  • Author(s): 竹内望，渡辺茜，石渡晃起，大沼友貴彦
  • Organizer: 雪氷研究大会
• [Presentation] 積雪中を垂直移動する雪氷微生物の日周期 (2021)
  • Author(s): 小野誠仁，薄羽珠ノ介，竹内望
  • Organizer: 雪氷研究大会
• [Presentation] 全球雪氷藻類モデルの開発と赤雪現象再現の試み (2021)
  • Author(s): 大沼友貴彦，芳村圭，竹内望
  • Organizer: 雪氷研究大会
• [Presentation] 北極域の氷河上で繁殖する雪氷藻類の色素構成比の空間分布 (2021)
  • Author(s): 對馬あかね，竹内望，高橋翼，小野誠仁，鬼沢あゆみ（中央大学）
  • Organizer: 雪氷研究大会
• [Presentation] 山形県月山の高山帯における赤雪の分布 (2021)
  • Author(s): 鈴木拓海，竹内望，小野誠仁
  • Organizer: 雪氷研究大会
• [Presentation] コロナ禍オンライン授業にむけた平松式雪の結晶作成実験のインターバル動画撮影 (2021)
  • Author(s): 竹内望
  • Organizer: 雪氷研究大会
• [Presentation] 山形県月山の積雪上で活動する有翅および無翅カワゲラの炭素・窒素安定同位体比による食性比較 (2021)
  • Author(s): 竹内 望，米地 梨紗子
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会
• [Presentation] 中央アジア，パミールアライ山域で掘削されたアイスコアの花粉および固体粒子分析 (2021)
  • Author(s): 竹内望，鋸屋遥香，藤田耕史，川村賢二，對馬あかね，Vladimir Aizen
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会
• [Presentation] 中央アジア・パミールアライ山脈アイスコアの安定同位体分析による水蒸気の起源の推定 (2021)
  • Author(s): 瀬戸 大貴，竹内 望，Vladimir Aizen，對馬 あかね，川村 賢二，藤田 耕史
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会
• [Presentation] 炭素窒素安定同位体比から推定するアラスカの氷河表面に堆積する有機物の形成過程 (2021)
  • Author(s): 高橋翼、小野誠仁、鬼沢あゆみ、竹内望
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会
• [Presentation] 山形県月山の積雪に現れる雪氷藻類による彩雪現象の高度分布と季節変化 (2021)
  • Author(s): 鈴木拓海，竹内望
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会
• [Presentation] アラスカ・グルカナ氷河における雪氷藻類に寄生するツボカビに関する研究 (2021)
  • Author(s): 小林綺乃，竹内望 ，鏡味麻衣子
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会
• [Presentation] An attempt to reconstruct air temperature in the past using DNA information in ice core samples on Gregoriev Glacier, Kyrgyz Tienshan (2021)
  • Author(s): Takahiro Segawa, Koji Fujita, Ayumi Akiyoshi, Nozomu Takeuchi
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会
• [Presentation] 雪氷環境に適応した雪氷微生物の積雪内における垂直移動の日周期 (2021)
  • Author(s): 小野誠仁，薄羽珠ノ介，竹内望
  • Organizer: 日本陸水学会 第85回大会
• [Presentation] 富山県立山剱沢雪渓における秋季の雪氷藻類による彩雪現象 (2021)
  • Author(s): 鈴木拓海，高橋翼，瀬戸大貴，薄羽珠ノ介，竹内望
  • Organizer: 日本山の科学会秋季研究大会