2019 Fiscal Year Annual Research Report
環境ＤＮＡの正体や動態に関する知見の集積、および放出後時間推定手法の開発
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18J20979
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
徐 寿明 神戸大学, 人間発達環境学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 環境DNA |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの環境DNA研究のほとんどは、100-150 bp程度の短鎖ミトコンドリアDNAのみを対象とするものに留まってきた。一方、核DNAマーカーの有用性も近年示唆されつつあり、その性質や動態などの基礎的な知見の蓄積が将来的に必要となることが期待される。本研究では、テーマ１を拡張し、海産魚のマアジ (Trachurus japonicus) の核およびミトコンドリアに由来する環境DNAの放出・分解・粒子径サイズ分布を網羅的に比較した。これまでの主な研究状況は以下の通りである。(1) マアジの核rRNA遺伝子のITS1領域に種特異的な検出系の作製に成功した、(2)ミトコンドリアよりも核に由来する環境DNAの方が、分解率は高い傾向にあった、(3) 核に対するミトコンドリア環境DNAの放出率の比率は、当歳魚よりも一歳魚で低下した、(4) 核・ミトコンドリアで共通して、時間経過に伴い環境DNAの粒子径サイズ分布は、より小さいサイズ画分へシフトした。
本研究の意義は、マクロ生物を対象とした環境DNA技術においてほとんど着目されてこなかった核DNAが、環境DNAの検出/非検出および量に関する不確実性の緩和のための鍵となりうることを示したことにある。(3) の結果は成長・加齢に伴う細胞内ミトコンドリアDNA量の減少が、生体内だけでなく環境中においても反映されうることを示している。すなわち、これまでの環境DNA技術で頻繁に用いられてきたミトコンドリアDNAマーカーには、齢や成長段階に関連した生物量推定バイアスが含まれうること、そしてこれら2種類の環境DNAの組合せが個体群の齢や成長段階の推定につながることを、本研究は世界で初めて示すことに成功した。これらの成果は、環境DNAの性質および動態に関する知見を含めた、本技術の応用のための基礎となる環境DNA情報の拡充に大きく貢献する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画では、テーマ１ではミトコンドリアに由来する環境DNAのみを対象としていた。しかし、本研究とは別の研究で設計していた核DNAマーカーを、本テーマで得た水槽サンプルに適用したことにより、核とミトコンドリアの間での魚類環境DNAの性質・動態の網羅的な比較が可能になっただけでなく、環境DNA技術に基づく魚類の齢推定の可能性を示唆することができた。加えて、当初の計画に基づく実験結果とこれら新たな実験結果は、計3編の国際査読誌に掲載され、環境DNAの性質・動態に関する研究成果を世界に先駆けて挙げることに成功すると共に、環境DNA技術を真に生物モニタリングに有用な手法へと将来的に発展させるためのアイデアを得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
核およびミトコンドリアに由来する環境DNAを組み合わせることで、水サンプルから個体群の齢を推定できる可能性が生まれた。今後、本アイデアに加え、加齢との関連遺伝子 (mRNA) も対象とすることで、環境DNA・RNA技術に基づく個体群齢推定手法を確立させる。これにより、集団の齢・サイズ構成を考慮した従来よりも詳細な種分布・生物量推定が期待でき、個体群動態やその生活史の理解だけでなく、持続的な水産資源の保護管理に大きく貢献できる。
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[Presentation] Effect of water temperature and fish size on environmental DNA shedding, degradation, and size distribution.2019
Author(s)
Jo, T., Murakami, H., Yamamoto, S., Masuda, R., & Minamoto, T.
Organizer
Aquaculture 2019
Int'l Joint Research
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