2019 Fiscal Year Research-status Report
環境DNAを利用した新たな水生昆虫種多様性解析手法の確立と季節変動の評価
| Project/Area Number |
18K13858
|
|---|
| Research Institution | University of Yamanashi |
|---|
Principal Investigator |
八重樫 咲子 山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (30756648)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 水生昆虫 / 環境DNA / DNAバーコーディング |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
水域に生息する生物の種多様性を調査するために、生物が水中へ放出している環境DNAを利用する調査手法が注目を集めている。従来行われてきた標本収集と形態同定に基づく調査では、調査に労力を要する上に、採集や種の同定が難しい種ではそれらを評価することが困難であった。しかし前述の環境DNAを利用すると、採水のみの簡単な調査で簡単に生息する生物の種多様性を評価することができる可能性がある。
環境DNA用いた網羅的な水圏生物の種多様性の評価には、次世代DNAシーケンス解析を利用したDNAメタバーコーディング解析がよく用いられている。この手法では魚類を対象とした場合には、採集された魚種と環境DNAで検出されたものは概ね一致することが知られている。一方で水生昆虫を対象とした場合には、環境DNAから水生昆虫DNAをPCR増幅する際の不備と、水生昆虫のDNA情報の少なさゆえに、効果的な種多様性評価が難しい状況である。
そこで本研究では、水生昆虫を対象とした環境DNAメタバーコーディングを利用した種多様性評価手法を構築することを目的としている。まず、研究対象流域内で季節ごとの定期的な環境DNAと水生昆虫の採集を行う。次に、水生昆虫のDNAの塩基配列を解読し、DNAデータベースを整備する。続いて環境DNA中の水生昆虫由来のDNAを効果的にPCR増幅する手法を検討する。そして、次世代シーケンサーを用いた環境DNAモニタリングから水生昆虫の種多様性を明らかにする。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1年目は富士川水系で定期的に水生昆虫と環境DNAの採集を行った。形態同定に基づく底生動物の種多様性を比較したところ、ダム下流域ではダムの影響がない調査地点よりも底生動物の種多様性が低下する傾向が確認された。
2年目には調査流域のうちダムが存在する河川の上下流域と、ダムが存在しない河川の上下流域で環境DNAに基づく種多様性評価を行った。環境DNAで検出された分類群数はダムあり河川の上下流の差はダムなし河川の上下流の差より小さかった。これは形態同定に基づく結果と異なり、環境DNAベースの調査ではダムによる影響は小さいことを意味する。ただし、検出できた分類群数は環境DNAの方が形態同定より少なかったことから、環境DNAによる調査では少ない情報量でダム影響が評価されている可能性がある。また、台風による出水の前後で環境DNAメタバーコーディングを行った。台風による出水前と後では検出できる分類群が変動することがわかった。出水の前で検出されていた水生昆虫種は出水後には検出数が減少した。その一方で、出水後には陸上昆虫種や、出水前には見られなかった水生昆虫種が検出できた。これは陸上からの有機物の流入や川底に沈殿した有機物の巻き上げが関連していると考えられる。最後に、昆虫種検出のために複数のDNA領域の環境DNAメタバーコーディング解析を行った。その結果、従来利用されているCOI領域のプライマーでは昆虫DNA以外の配列が大多数を占める結果となった。一方で、他の領域では昆虫DNAの検出数を高めることができた。しかし、COI領域を利用した場合にはより細かい同定ができたが、他領域では目・科・属にとどもまるものが多かった。これらの領域を利用するためにはDNAデータベースの拡充が課題となる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
３年目は2年目に引き続いて、これまでに採取した環境DNAの分析を進める。これまでに流域全体から年4回、環境DNAと水生昆虫を採取した。水生昆虫を対象とした環境DNAメタバーコーディングを行い、環境DNAによる検出状況と水生昆虫の出現状況を比較することで、環境DNAの季節変動を評価する。
また、水生昆虫のDNAデータベースの拡充をすすめる。特に河川でよく見られるカゲロウ・カワゲラ・トビケラに注目し、各種のDNAを次世代DNAシーケンサーによるメタバーコーディングで一気に解読する。これにより水生昆虫DNAデータベースを拡充する。そして、水生昆虫を対象とした効果的なDNA分析手法を検討する。
|
