2021 Fiscal Year Annual Research Report
Establishment of a comprehensive assessment method for biodiversity and ecosystem services in paddy ecosystems based on environmental DNA analysis
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21H02219
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | National Agriculture and Food Research Organization |
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Principal Investigator |
馬場 友希 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境研究部門, 上級研究員 (70629055)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 健二 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境研究部門, 上級研究員 (10370511)
片山 直樹 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境研究部門, 主任研究員 (10631054)
山本 哲史 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境研究部門, 研究員 (10643257)
山迫 淳介 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 植物防疫研究部門, 主任研究員 (20748959)
大久保 悟 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境研究部門, グループ長補佐 (30334329)
池田 浩明 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境研究部門, 再雇用職員 (50343827)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 環境DNA / メタバーコーディング / 採水 / MiFish / MiBird / 水田生態系 / 生物多様性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、水田で採水調査を実施し、得られた水サンプルを対象に環境DNAメタバーコーディング解析を行い、水田の生物多様性の把握を試みた。
栃木県上三川町において、有機栽培水田5筆、慣行栽培水田（除草剤・殺虫剤を使用）5筆、そして水源となる水路1箇所を含めた11箇所で水のサンプリングを行った。反復として各調査地点につき2箇所で採水を行った。採水は6月から8月上旬にかけて5回行った。得られた水サンプルを対象にDNA抽出を行い、鳥類と魚類のメタバーコーディングプライマー（MiBird、MiFish）を用いてPCRを行い、次世代シーケンサーにより塩基配列を解析した。解析によって得られた大量の鳥類・魚類の塩基配列について分子同定を行い、各調査地点で検出されたOTUの数を集計し整理した。
その結果、魚類では11種（447OTU）鳥類では7種（425OTU）が検出された。同時並行で実施した生物の捕獲・観察に基づく調査データと照らし合わせたところ、これらの環境DNAによって得られた種構成のデータは概ね現地の生物相を反映している事が分かった。
昆虫を対象としたDNA分析については、既存のプライマーを用いて予備的な分析を行ったところ、検出される分類群が極めて幅広く、さらに一部の水田に代表的な分類群（トンボ類・水生カメムシ類）を検出できないことが分かった。この弱点を補うべく、データベースに登録済の配列情報を用いて、トンボ類を対象としたプライマーの開発を行った。このプライマーで実際に水田のトンボ相を把握できるか今後検討を行う。
以上のように、環境DNAにより水田の鳥類・魚類相について妥当性の高い結果が得られた。今後、これらのデータを基に種構成の時空間的変動および農法の異なる水田間における生物相の違いについて解析を行う。
これらの成果の一部を基に第69回生態学会大会にてポスター発表を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
一年目の目標は主に水田における環境DNAのサンプリング・検出技術の確立・参照配列の整備およびDNAデータの取得であったが、目標通り、現地の生物相と整合性の高い鳥類・魚類群集データを得ることができた。昆虫に関しては塩基配列の分析は実施できていないが、DNA自体はすでに抽出済みであり、既存のプライマーの弱点を補うべく新たなプライマーの開発も行ったため、進捗上大きな問題はない。また予備的ではあるが、クモの網に付着した環境DNAを用いた陸域の生物多様性の評価についても着手した。そのため、概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
環境DNA解析によって得られた生物群集データを基に、種構成や種多様性の時空間変動を明らかにするとともに、有機栽培水田と慣行栽培水田の比較を通じて、農法が生物相に与える影響について検討する。またクモの網に付着した環境DNAを利用して、陸域の生物多様性評価も試みる。
水検体のサンプリングデザインに関して、一圃場の生物相を把握する上で、採水地点が2箇所で十分かどうかは検討の余地がある。そのため、次年度はより圃場内の調査努力量（サンプリング地点）を増やした野外調査を実施し、より適切なサンプリングデザインを模索する。また、水田は季節によって生物相もダイナミックに変化するため、採水に基づく分析では一時的な生物相しか把握できない可能性がある。そのため、より長期的な生物相の変化を捕捉するアプローチとして、水田にDNAの吸着性が高い物体を一定期間放置し、DNAを物体に吸着させる手法（パッシヴサンプリング）も試みる予定である。
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