ロングリード次世代シーケンサーを用いた湖沼のシアノバクテリアモニタリングの高度化

• 研究課題/領域番号: 19K15860
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分39060:生物資源保全学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人国立環境研究所
• 研究代表者: 山口 晴代 国立研究開発法人国立環境研究所, 生物多様性領域, 主任研究員 (20722672)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: アオコ / シアノバクテリア / 次世代シーケンサー / 藻類 / モニタリング

研究開始時の研究の概要

シアノバクテリアは湖沼の重要な一次生産者である一方で、有毒種を含むことから、その動態を常に監視することが必要である。本研究では、霞ヶ浦をモデル湖沼として、そこに生息するシアノバクテリアの動態を、USB型ロングリード次世代シーケンサーMinIONを用いたメタバーコーディング解析で明らかにする。メタバーコーディング解析には培養株由来のリファレンス配列が整備されている全長16S rRNA遺伝子を用いる。本研究により、有毒種に対するリスク管理に貢献しうる簡便で精度の高い新規モニタリング法の確立を目指す。

研究成果の概要

シアノバクテリアは湖沼の重要な一次生産者である一方、有毒種を含むことから、その動態を常に監視することが必要である。本研究では、霞ヶ浦をモデル湖沼として、そこに生息するシアノバクテリアの動態を、USB型ロングリード次世代シーケンサーMinIONを用いたメタバーコーディング解析で明らかにすることを目的とした。解析の結果、最新のQ20+キットを用いた場合、16S rRNA配列のほぼ全長を得ることができ、また、ショートリードの次世代シーケンサーで得られる組成と類似した結果を出すことが確かめられた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

シアノバクテリアの種のマーカー遺伝子として今も16S rRNA配列のほぼ全長配列が使われている。しかし、環境DNA解析ではショートリードの次世代シーケンサーが使われることが主であり、ショートリードの次世代シーケンサーでは、16S rRNA配列の部分配列しか得られず、高度な種同定をすることが難しかった。そこで、本研究ではUSB型ロングリード次世代シーケンサーMinIONを用いたメタバーコーディング解析を実施し、いくつかの問題点は残るものの環境DNA解析でも16S rRNA配列のほぼ全長配列を使って、より解像度の高い解析を実施することができた。

研究成果

• [雑誌論文] Genome sequencing of the NIES Cyanobacteria collection with a focus on the heterocyst-forming clade. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuu Hirose, Yoshiyuki Ohtsubo, Naomi Misawa, Chinatsu Yonekawa, Nobuyoshi Nagao, Yohei Shimura, Takatomo Fujisawa, Yu Kanesaki, Hiroshi Katoh, Mitsunori Katayama, Haruyo Yamaguchi, Hirofumi Yoshikawa, Masahiko Ikeuchi, Toshihiko Eki, Yasukazu Nakamura, Masanobu Kawachi
  • 雑誌名: DNA research 巻: 28 号: 6
  • DOI: 10.1093/dnares/dsab024
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Annamia dubia sp. nov. with a description of a new family, Geminocystaceae fam. nov. (Cyanobacteria) (2021)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Tuji, Haruyo Yamaguchi, Takafumi Kataoka, Mayumi Sato, Tomoharu Sano, Yuko Niiyama
  • 雑誌名: Fottea 巻: 21 号: 1 ページ: 100-109
  • DOI: 10.5507/fot.2021.003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] アオコ形成シアノバクテリア Microcystis 属におけるゲノム解析の研究動向と環境遺伝子モニタリング (2020)
  • 著者名/発表者名: 山口晴代
  • 雑誌名: 水環境学会誌 巻: 43 ページ: 346-349
• [雑誌論文] Genomic characteristics of the toxic bloom-forming cyanobacterium Microcystis aeruginosa NIES-102 (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi H., Suzuki S., Osana Y., Kawachi M.
  • 雑誌名: Journal of Genomics 巻: 8 ページ: 1-6
  • DOI: 10.7150/jgen.40978
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Draft genome sequences of four Microcystis aeruginosa strains (NIES-3787, NIES-3804, NIES-3806, and NIES-3807) isolated from Lake Kasumigaura, Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi H., Suzuki S., Kawachi M.
  • 雑誌名: Microbiology Resource Announcements 巻: 9 号: 14
  • DOI: 10.1128/mra.00052-20
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Draft Genome Sequences of Three Filamentous Cyanobacterial Strains, Dolichospermum planctonicum NIES-80, Planktothrix agardhii NIES-905, and Sphaerospermopsis reniformis NIES-1949 (2019)
  • 著者名/発表者名: Suzuki S., Yamaguchi H., Kawachi M.
  • 雑誌名: Microbiology Resource Announcements 巻: 8 号: 43 ページ: 00605-19
  • DOI: 10.1128/mra.00605-19
  • 査読あり / オープンアクセス
• [備考] 環境儀「アオコの実像 シアノバクテリアの遺伝子解析からわかること」
  • URL: https://www.nies.go.jp/kanko/kankyogi/73/02-03.html