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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Ancient DNA analysis of ice cores reveals cyanobacterial community changes

Research Project

Project/Area Number 21H03588
Research InstitutionUniversity of Yamanashi

Principal Investigator

瀬川 高弘  山梨大学, 大学院総合研究部, 講師 (90425835)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 竹内 望  千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (30353452)
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)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywordsアイスコア / シアノバクテリア / 古代DNA
Outline of Annual Research Achievements

寒冷環境に適応した特殊なシアノバクテリアが氷河上で増殖し、雪氷表面を暗色化することが、現在世界各地で進む氷河縮小の大きな要因となっている。低温環境のためDNAが高度に保存されているアイスコア試料から古代 DNAを解析することで、最終氷期以降の気候変動に対するシアノバクテリアの群集構造や集団動態を解明することを目的としている。
中央アジアキルギス天山から掘削されたアイスコア試料を用いてDNA分析をおこなった。アイスコア中に含まれる微生物は極めて少なく、また非常に短く断片化しているため、本アイスコア試料の微量・短鎖DNAに特化したDNA抽出手法の確立をおこなった。コンタミネーションを防ぐためにクリーンルーム内にてDNA分析をおこなった。アイスコア試料表面に付着した微生物の混入を防ぐため、これまで独自に開発したアイスコア融解装置を用いて、アイスコア試料内部のみを無菌的に採取した。無菌的に採取したアイスコア内部の試料から、考案したDNA抽出手法を用いてDNA抽出をおこなった。 16S rRNA遺伝子やITS2領域に対してPCR増幅をおこない、次世代シークエンサーを用いて塩基配列の取得をおこなった。また、ネガティブコントロール(ブランクテスト)からの分析を同時に行うことで、分析の過程でコンタミネーションが起きていないかのチェックをおこない、アイスコア試料から解読した塩基配列の信頼性の確認をおこなった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

アイスコア中の断片化した微量DNAを解析する技術の開発を進め、とりわけコンタミネーションを抑えながら高収率なDNA抽出手法の実験や、古代DNA配列からの系統組成と遺伝子機能組成を推定するための先端的プロトコールの確立を重点的におこなった。
クリーンルーム内にてアイスコア試料内部のみを無菌的に採取した。構築したDNA抽出手法を用いて、アイスコアから無菌的にDNA抽出をおこなった。16S rRNA遺伝子やITS2領域をPCR増幅して、次世代シークエンサーによる塩基配列の取得をおこなった。現在、得られた塩基配列のデータから情報解析を行っている。

Strategy for Future Research Activity

中央アジアキルギス天山から掘削されたアイスコア試料を用いて、最終氷期以降を主要な分析範囲年代として、約10サンプルの時系列試料からDNA解析をおこなう。アイスコア試料表面に付着した微生物の混入を防ぐため、これまで独自に開発したアイスコア融解装置を用いて、クリーンルームにてアイスコア試料内部のみを無菌的に採取する。アイスコア中に含まれる微生物は極めて少なく、また非常に短く断片化しているため、市販試薬によるDNA抽出が困難である。そのため微量・短鎖DNAに特化した手法でアイスコアからDNA抽出をおこない、16S rRNA遺伝子やITS2領域のPCR増幅およびショットガンメタゲノムライブラリーの作成をおこない、イルミナ社の次世代シークエンサーを用いてゲノム配列の取得をおこなう。シークエンスした古代メタゲノム配列データを、高速に配列類似性を検索し、近縁な系統及び遺伝子機能の推定を行う。

  • Research Products

    (12 results)

All 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 6 results) Presentation (5 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Copenhagen(デンマーク)

    • Country Name
      DENMARK
    • Counterpart Institution
      University of Copenhagen
  • [Journal Article] Metagenomics reveals global-scale contrasts in nitrogen cycling and cyanobacterial light-harvesting mechanisms in glacier cryoconite2022

    • Author(s)
      Murakami Takumi、Takeuchi Nozomu、Mori Hiroshi、Hirose Yuu、Edwards Arwyn、Irvine-Fynn Tristram、Li Zhongqin、Ishii Satoshi、Segawa Takahiro
    • Journal Title

      Microbiome

      Volume: 10 Pages: 1-14

    • DOI

      10.1186/s40168-022-01238-7

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Cryoconite ? From minerals and organic matter to bioengineered sediments on glacier's surfaces2022

    • Author(s)
      Rozwalak Piotr、Podkowa Pawel、Buda Jakub、Niedzielski Przemyslaw、Kawecki Szymon、Ambrosini Roberto、Azzoni Roberto S.、Baccolo Giovanni、Ceballos Jorge L.、Cook Joseph、Di Mauro Biagio、Ficetola Gentile Francesco、Franzetti Andrea、他18名、Takeuchi Nozomu、Zawierucha Krzysztof
    • Journal Title

      Science of The Total Environment

      Volume: 807 Pages: 150874~150874

    • DOI

      10.1016/j.scitotenv.2021.150874

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Morphological and spectroscopic analysis of snow and glacier algae and their parasitic fungi on different glaciers of Svalbard2021

    • Author(s)
      Fiolka Marta J.、Takeuchi Nozomu、Sofinska-Chmiel Weronika、Wojcik-Mieszawska Sylwia、Irvine-Fynn Tristram、Edwards Arwyn
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Pages: .

    • 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 snowfields2021

    • Author(s)
      Hotaling Scott、Lutz Stefanie、Dial Roman J.、Anesio Alexandre M.、Benning Liane G.、Fountain Andrew G.、Kelley Joanna L.、McCutcheon Jenine、Skiles S. McKenzie、Takeuchi Nozomu、Hamilton Trinity L.
    • Journal Title

      Earth-Science Reviews

      Volume: 220 Pages: 103728~103728

    • 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, Japan2021

    • Author(s)
      Nakashima Tomomi、Uetake Jun、Segawa Takahiro、Prochazkova Lenka、Tsushima Akane、Takeuchi Nozomu
    • 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 Cores2021

    • Author(s)
      Fujita Koji、Matoba Sumito、Iizuka Yoshinori、Takeuchi Nozomu、Tsushima Akane、Kurosaki Yutaka、Aoki Teruo
    • Journal Title

      Earth and Space Science

      Volume: 8 Pages: .

    • DOI

      10.1029/2020EA001590

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [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] 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] An attempt to reconstruct air temperature in the past using DNA information in ice core samples on Gregoriev Glacier, Kyrgyz Tienshan2021

    • Author(s)
      Takahiro Segawa, Koji Fujita, Ayumi Akiyoshi, Nozomu Takeuchi
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合大会

URL: 

Published: 2023-12-25  

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