2023 Fiscal Year Annual Research Report

日本沿岸海域の時系列環境DNAデータベースに基づく魚類生態の解明

Research Project

Project/Area Number	23H02287
Allocation Type	Single-year Grants
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	吉武和敏東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (50646552)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	星野浩一国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産技術研究所(長崎), 室長 (10649809) 後藤亮千葉県立中央博物館, その他部局等, 研究員(移行) (10769897) 宮正樹千葉県立中央博物館, その他部局等, 研究員(移行) (30250137) 黒川忠英国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産資源研究所(釧路), 研究員(再雇用) (50372032) 北島聡国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産資源研究所(横浜), 主任研究員 (50568045) 田所和明国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産資源研究所(塩釜), 主幹研究員 (70399575) 長井敏国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産技術研究所(長崎), 主幹研究員 (80371962) 渡辺剛国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産資源研究所(釧路), 主任研究員 (80895920)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2026-03-31
Keywords	D-loop / HaCeD-Seq / Mitosearch / MiFish
Outline of Annual Research Achievements	- 魚類D-loopを汎用的に増幅することが可能なユニバーサルプライマーを設計し、水槽内15種類中5種類を検出した。検出された魚類は採水場所に近い表層に遊泳している種類であった。 - 実際の海のサンプルからD-loopを増やそうとしても非特異的なバクテリア由来のスメアに埋もれるが、ビオチン化したプローブでD-loopを濃縮することでD-loopのバンドが濃縮されることを確認。 - 紋別のオホーツクタワー付近で採水された10年分約600サンプルを、MiFishプライマーでPCRしてNGSでシーケンスを行った。シーケンス結果として、北海道に生息すると思われる魚を多数検出することができたが、牛、ヒト、豚といった魚ではない生物も検出されてしまっており、それらの生物が混入したステップを検証する必要がある。 - Mitosearchデータベースで、従来は1万件程度までしか素早く表示できていなかったが、データが100万件あっても実用的な速度で表示できるように、データ構造の最適化やアルゴリズムを改良した。 - D-loopのリファレンス配列の拡充としては、千葉県立中央博物館が所有している77個体の低カバレッジのショットガンシーケンスを行うことで、ミトコンドリア全長を決定することができた。 - モデル海域におけるHaCeD-Seq法の検証としては、釧路市沿岸の海水をろ過したeDNAを用いて、本研究に適したeDNA採取用のフィルターの検証を行った。また、実際の海水からD-loopが検出可能であることを確認した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 研究計画で1年目はeDNAビッグデータの収集、網羅的に魚種ごとの個体数を推定可能な手法の開発、D-loopのリファレンス配列の拡充、モデル海域におけるHaCeD-Seq法の検証を実施することが計画されていた。 eDNAビッグデータの収集については、公共データベースに登録されたMiFishデータの登録が加速したこともあり、1万件以上のデータを入手することができた。また、過去にメタゲノム解析用に紋別市のオホーツクタワー付近で採取された10年間で約600個のeDNAサンプルを提供して頂き、MiFishによる魚類組成の判定を行った。網羅的に魚種ごとの個体数を推定するための手法開発として、魚類D-loopを汎用的に増幅することが可能なユニバーサルプライマーを設計し、水槽内15種類中5種類を検出した。検出された魚類は採水場所に近い表層に遊泳している種類であり、表層を遊泳している魚種についてはほぼすべてを検出できた。 D-loopのリファレンス配列の拡充としては、千葉県立中央博物館が所有している77個体の低カバレッジのショットガンシーケンスを行うことで、ミトコンドリア全長を決定することができた。モデル海域におけるHaCeD-Seq法の検証としては、釧路市沿岸の海水をろ過したeDNAを用いて、本研究に適したeDNA採取用のフィルターの検証を行った。また、実際の海水からD-loopが検出可能であることを確認した。
Strategy for Future Research Activity	2年目は当初の研究計画通り、引き続きeDNAビッグデータの収集、D-loopのリファレンス配列の拡充、モデル海域におけるHaCeD-Seq法の検証を行いつつ、魚類生態の解明と海域全体の個体数を推定する数理モデルの構築に着手する。昨年度千葉県房総半島沿岸、岩手県大槌湾、北海道紋別市沿岸の時系列データを入手することができたため、今年度はeDNAデータから魚類生態の新しい知見を解明できるのではないかと期待している。