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

• 研究課題/領域番号: 18J20979
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 生態・環境
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 徐 寿明 神戸大学, 人間発達環境学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円); 2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2018年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 環境DNA / 核DNA / 長鎖DNA / 粒子径サイズ / 生物多様性 / 資源管理 / FISH

研究実績の概要

１．これまでの研究を通して、「細胞膜に覆われた環境DNAはより大きなサイズ画分で検出されやすいと共に、 膜外からのDNA分解の影響を受けにくい」という仮説を立てた。この仮説を検証するために、異なる孔径サイズのフィルターで水槽水をろ過し、短鎖DNAに対する長鎖DNAの回収割合が孔径サイズ間でどのように変化するかを調べた。その結果、環境DNAの収量自体は小さな孔径サイズのフィルターの方が多い一方、短鎖環境DNAに対する長鎖環境DNAの回収割合は大きな孔径サイズのフィルターで高くなった。この結果は、上述の仮説を支持すると共に、特定のサイズおよび状態の環境DNAを選択的に回収することで、環境DNAから得られる情報を選別できる可能性を示唆した (Jo et al., 2020; Science of the Total Environment)。
２．環境DNAの分解率を推定した先行研究に基づくメタ解析を行い、環境DNAの分子学的・細胞学的状態 (膜内/外、核/ミトコンドリア、DNA 断片長など) とその残存性の関係、そしてそれらに対する環境条件の影響を調べた。その結果、フィルター孔径サイズ、対象遺伝子、水温、水質の4要因間の交互作用が、環境DNAの分解率と特に関連していることが分かった。また、マアジ (Trachurus japonicus) の環境DNA粒子径サイズ分布の時間変化を調べた水槽実験を再解析した結果、メタ解析と概ね似たような傾向を示した。これらから、環境DNAの分解プロセスをより良く理解するためには、環境要因の影響だけでなく、環境DNAの状態学的な知見も非常に重要であることが示唆された (Jo & Minamoto, in press; Molecular Ecology Resources)。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Utility of environmental DNA analysis for the effective monitoring of invasive fish species in reservoirs (2021)
  • 著者名/発表者名: Jo, T., Ikeda, S., Fukuoka, A., Inagawa, T., Okitsu, J., Katano, I., Doi, H., Nakai, K., Ichiyanagi, H., Minamoto, T.
  • 雑誌名: Ecosphere 巻: 未定
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Complex interactions between environmental DNA (eDNA) state and water chemistries on eDNA persistence suggested by meta‐analyses (2021)
  • 著者名/発表者名: Jo Toshiaki、Minamoto Toshifumi
  • 雑誌名: Molecular Ecology Resources 巻: 未定 号: 5 ページ: 1490-1503
  • DOI: 10.1111/1755-0998.13354
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spatiotemporal distribution of Flavobacterium psychrophilum and ayu Plecoglossus altivelis in rivers revealed by environmental DNA analysis (2021)
  • 著者名/発表者名: Tenma Hinako、Tsunekawa Koki、Fujiyoshi Riho、Takai Hajime、Hirose Masae、Masai Nanami、Sumi Kosuke、Takihana Yuta、Yanagisawa Sogen、Tsuchida Kota、Ohara Kenichi、Jo Toshiaki、Takagi Masaki、Ota Akiko、Iwata Hiroyoshi、Yaoi Yuichi、Minamoto Toshifumi
  • 雑誌名: Fisheries Science 巻: 未定 号: 3 ページ: 321-330
  • DOI: 10.1007/s12562-021-01510-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective collection of long fragments of environmental DNA using larger pore size filter (2020)
  • 著者名/発表者名: Jo Toshiaki、Murakami Hiroaki、Masuda Reiji、Minamoto Toshifumi
  • 雑誌名: Science of The Total Environment 巻: 735 ページ: 139462-139462
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.139462
  • NAID: 120006872998
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Seasonal monitoring of Hida salamander Hynobius kimurae using environmental DNA with a genus-specific primer set (2020)
  • 著者名/発表者名: Toshiaki Jo, Sei Tomita, Yukihiro Kohmatsu, Maslin Osathanunkul, Atushi Ushimaru, Toshifumi Minamoto
  • 雑誌名: Endang Species Res 巻: 43 ページ: 341-352
  • DOI: 10.3354/esr01073
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Estimating shedding and decay rates of environmental nuclear DNA with relation to water temperature and biomass (2019)
  • 著者名/発表者名: Jo T, Murakami H, Masuda R, Minamoto T
  • 雑誌名: Environmental DNA 巻: 2 (2) 号: 2 ページ: 140-151
  • DOI: 10.1002/edn3.51
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Particle size distribution of environmental DNA from the nuclei of marine fish. (2019)
  • 著者名/発表者名: Jo T, Arimoto M, Murakami H, Masuda R, Minamoto T
  • 雑誌名: Environmental Science & Technology 巻: 53 号: 16 ページ: 9947-9956
  • DOI: 10.1021/acs.est.9b02833
  • NAID: 120007002586
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 長鎖・核DNAおよび海水サンプルを対象とした塩化ベンザルコニウムの環境DNA保存効果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 徐寿明, 村上弘章, 益田玲爾, 源利文
  • 学会等名: 日本生態学会 第68回 岡山大会
• [学会発表] Performance of benzalkonium chloride (BAC) as the preservative of environmental DNA in seawater targeting longer and nuclear DNA fragments and fish community. (2021)
  • 著者名/発表者名: Jo. T.
  • 学会等名: Seattle-Kobe International Academic Collaboration Initiative (SKIACI) The 1st Workshop
• [学会発表] 環境DNAの状態依存的な残存性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 徐寿明, 源利文
  • 学会等名: 環境DNA学会第3回・個体群生態学会 第36回 仙台合同大会
• [学会発表] Effect of water temperature and fish size on environmental DNA shedding, degradation, and size distribution. (2019)
  • 著者名/発表者名: Jo, T., Murakami, H., Yamamoto, S., Masuda, R., & Minamoto, T.
  • 学会等名: Aquaculture 2019
  • 国際学会
• [学会発表] マアジの核およびミトコンドリアに由来する環境 DNA の 水温・バイオマス依存性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 徐寿明、有本美於、村上弘章、益田玲爾、源利文
  • 学会等名: 日本水産学会 令和元年度秋季大会
• [学会発表] マアジの核およびミトコンドリアに由来する環境 DNA の 粒子径サイズ分布 (2019)
  • 著者名/発表者名: 徐寿明、有本美於、村上弘章、益田玲爾、源利文
  • 学会等名: 日本分子生物学会 第 42 回年会
• [学会発表] 核とミトコンドリアに由来する環境 DNA の動態 (2019)
  • 著者名/発表者名: 徐寿明、有本美於、村上弘章、益田玲爾、源利文
  • 学会等名: 環境 DNA 学会 第 2 回神戸大会
• [学会発表] Visualizing environmental DNA using cytogenetics. (2019)
  • 著者名/発表者名: Jo, T., Murakami, H., Masuda, R., Ohmido, N., & Minamoto, T.
  • 学会等名: The 66th Annual Meeting of the Ecological Society of Japan
• [図書] 環境DNA (2021)
  • 著者名/発表者名: 一般社団法人 環境DNA学会、土居 秀幸、近藤 倫生
  • 総ページ数: 300
  • 出版者: 共立出版
  • ISBN: 9784320058163