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2020 年度 実績報告書

水産資源生物の繁殖・被食・加入過程への環境DNAによるアプローチ

研究課題

研究課題/領域番号 19H03031
研究機関京都大学

研究代表者

益田 玲爾  京都大学, フィールド科学教育研究センター, 教授 (60324662)

研究分担者 源 利文  神戸大学, 人間発達環境学研究科, 准教授 (50450656)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワード環境DNA / 被食 / 繁殖 / 沿岸加入 / 水産資源生物
研究実績の概要

環境DNAとは,生物が環境中,特に水中に放出するDNAの総称であり,対象生物の在不在や生物量の推定に応用されつつある.本研究では,環境DNA技術をより高度化し,水産生物の産卵や被食,加入といった生活史イベントを検知する道を拓くとともに,その応用を試みることを目的とする.特に,繁殖時には多量の精子が放出されることから,核由来のDNAが多く検出されること,また被食時には新鮮な組織片が体外に放出されるのに伴い,長鎖のDNA断片が多く検出されることを予測し,これらについて検討した.
前年までに開発したマアジとカタクチイワシに続き,クロダイ,キジハタ,マナマコについて,ミトコンドリアと核のそれぞれを標的とするプライマーを作製し,種特異性を確認した.
カタクチイワシおよびキジハタの親魚水槽で,それぞれ産卵期に昼夜にわたる採水を行い,環境DNA分析に供するとともに,時刻ごとの産卵数を計数した.その結果,いずれの魚種についても,産卵に先立って核由来の環境DNAの大量放出が認められた.これは,産卵に先立っての放精を反映したものと考えられた.
受精卵から飼育したカタクチイワシの仔魚をマアジに捕食させたところ,捕食直後には目立った環境DNA放出は認められず,4時間後に初めて環境DNA量のピークが現れた.マアジはカタクチイワシを丸呑みして捕食する.このため,糞として排出されるタイミングで環境DNAが多量に検出されたものと推察された.
天然海域でキジハタの生息個体数を潜水目視により計数し,同時に採水して本種の環境DNAを定量した.調査測線ごとに見ると,目視個体数と環境DNA量に明瞭な相関は認められなかった.しかし,海藻の繁茂する岩礁域ではキジハタの目視個体数と環境DNA量が多く,繁茂しない砂泥域では両者は少ないという明瞭な結果が得られた.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

キジハタについて,前年に作製していたミトコンドリアを標的とするプライマーに加えて,核を標的とするプライマーを設計し,種特異性を確認した.これを,親魚水槽からの2時間ごとの採水に由来する環境DNAに適用したところ,核とミトコンドリアの比が産卵の直前に高まることが明らかとなった.これは,産卵前に多量の放精がなされたことを示唆している.
続いて,若狭湾沿岸の12地点で潜水し,各地点の10測線(各長さ50m,幅2m)におけるキジハタの個体数を目視により記録するとともに,採水試料を環境DNA分析に供した.その結果,調査測線ごとの比較では,目視個体数と環境DNA量の間に有意な相関は認められなかった.しかし,岩礁域と砂泥域との比較では,前者でのみキジハタを目視確認し,かつ環境DNAは前者が有意に多かった.このことから,環境DNAはハビタット間での生物量の比較を行う上で適していると考えられた.
京都府由良川と広島県太田川とで採水を行い,クロダイの河川への進入の季節変化を調べた.いずれの河川でも,本種の環境DNAは夏季には淡水域からも検出された.
マアジの飼育水槽から採水し,異なる目合のフィルターでろ過し,サイズ分画ごとに環境DNAを抽出し,長鎖および短鎖の環境DNAの含有量を比較した.その結果,長鎖のDNAを標的とした環境DNAは大きいサイズの分画に相対的に多く含まれるがわかった.長鎖環境DNAは,微生物等による分解が進んでおらず,自然界ではより近傍にいる個体を反映すると考えられる.このようなサイズ分画ごとに検出される環境DNAの特性を利用して,環境DNAに時空間の情報を付与する可能性が見出された.

今後の研究の推進方策

産卵に先行しての環境DNA放出について,水槽実験の結果を論文としてまとめる.あわせて,これを反映する事象が天然海域で認められることを確認する.このため,カタクチイワシやキジハタの産卵時期および産卵時刻にあわせて,天然海域において採水し,試料中の核DNA量の増大の有無を検討する.
被食に関しては,噛みつき型の捕食者の攻撃を受けた際,被食側は直後に多量の環境DNAを放出すると推定される.これについて水槽実験により確認する.
クロダイの河川進入に関しても,論文のとりまとめを進める.一方,沖合から沿岸へのクロダイの加入過程を環境DNAで検討した研究(投稿中)において,採水した試料は,他の魚種の加入過程を検討する材料ともなる.そこで,これらDNA試料を環境DNAメタバーコーディング分析に供する.これにより,沿岸加入過程を様々な魚種について季節ごとに精査することができる.調査海域である若狭湾由良川沖では,曳網による仔稚魚の分布調査が精力的に行われてきたため,それらの結果との照合も可能である.
クロダイの核DNAをターゲットとした環境DNAプライマーが,前年度末に完成した.これまでの調査から,若狭湾では6月にクロダイの産卵のピークがあることがわかっている.そこで,核とミトコンドリアDNAの比は6月に上昇することを予想して,経時採水試料についてDNA分析を行う.
マナマコに関しては,産卵時期に高頻度の採水を試み,環境DNAを抽出して,本種のミトコンドリアおよび核を標的としたプライマーによる分析を試みる.これにより,産卵のタイミングにあわせての核DNA放出の有無を確かめる.

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (14件) (うち査読あり 13件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] Determining an effective sampling method for eDNA metabarcoding: a case study for fish biodiversity monitoring in a small, natural river.2021

    • 著者名/発表者名
      Sakata MK, Watanabe T, Maki N, Ikeda K, Kosuge T, Okada H, Yamanaka H, Sado T, Miya M, Minamoto T
    • 雑誌名

      Limnology

      巻: 22 ページ: 221-235

    • DOI

      10.1007/s10201-020-00645-9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Distribution of Japanese eel Anguilla japonica revealed by environmental DNA.2021

    • 著者名/発表者名
      Kasai A, Yamazaki A, Ahn H, Yamanaka H, Kameyama S, Masuda R, Azuma N, Kimura S, Karaki T, Kurokawa Y, Yamashita Y
    • 雑誌名

      Frontiers in Ecology and Evolution

      巻: 9 ページ: 621461

    • DOI

      10.3389/fevo.2021.621461

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Simultaneous absolute quantification and sequencing of fish environmental DNA in a mesocosm by quantitative sequencing technique.2021

    • 著者名/発表者名
      Hoshino T, Nakao R, Doi H, Minamoto T
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 ページ: 4372

    • DOI

      10.1038/s41598-021-83318-6

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Characterizing the spatial and temporal occurrence patterns of the endangered botiid loach Parabotia curtus by environmental DNA analysis using a newly developed species-specific primer set.2021

    • 著者名/発表者名
      Sugiura K, Tomita S, Minamoto T, Mishina T, Iwata A, Abe T, Yamamoto S, Watanabe K
    • 雑誌名

      Ichthyological Research

      巻: 68 ページ: 152-157

    • DOI

      10.1007/s10228-020-00756-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tropical fishes vanished after the operation of a nuclear power plant was suspended in the Sea of Japan.2020

    • 著者名/発表者名
      Masuda R
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 15 ページ: 0232065

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0232065

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Comparing the efficiency of open and enclosed filtration systems in environmental DNA quantification for fish and jellyfish.2020

    • 著者名/発表者名
      Takahashi S, Sakata MK, Minamoto T, Masuda R
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 15 ページ: 0231718

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0231718

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [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 T, Murakami H, Masuda R, Minamoto T
    • 雑誌名

      Science of the Total Environment

      巻: 735 ページ: 139462

    • DOI

      10.1016/j.scitotenv.2020.139462

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Estimating fish population abundance by integrating quantitative data on environmental DNA and hydrodynamic modeling.2020

    • 著者名/発表者名
      Fukaya K, Murakami H, Yoon S, Minami K, Osada Y, Yamamoto S, Masuda R, Kasai A, Miyashita K, Minamoto T, Kondoh M
    • 雑誌名

      Molecular Ecology

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1111/mec.15530

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A molecular survey based on eDNA to assess the presence of a clown featherback (Chitala ornata) in a confined environment.2020

    • 著者名/発表者名
      Osathanunkul, M, Minamoto T
    • 雑誌名

      PeerJ,

      巻: 8 ページ: e10338

    • DOI

      10.7717/peerj.10338

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Settlement patterns of two sesarmid megalopae in the Sai River Estuary, Ishikawa Prefecture, Japan.2020

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto T, Arakawa H, Murakami T, Yanai S
    • 雑誌名

      Plankton and Benthos Research

      巻: 15 ページ: 306-316

    • DOI

      10.3800/pbr.15.306

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sedimentary DNA tracks decadal-centennial changes in fish abundance.2020

    • 著者名/発表者名
      Kuwae M, Tamai H, Doi H, Sakata MK, Minamoto T, Suzuki Y
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 3 ページ: 558

    • DOI

      10.1038/s42003-020-01282-9

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of sampling seasons and locations on fish environmental DNA metabarcoding in dam reservoirs.2020

    • 著者名/発表者名
      Hayami K, Sakata MK, Inagawa T, Okitsu J, Katano I, Doi H, Nakai K, Ichiyanagi H, Gotoh RO, Miya M, Sato H, Yamanaka H, Minamoto T
    • 雑誌名

      Ecology and Evolution

      巻: 10 ページ: 5354-5367

    • DOI

      10.1002/ece3.6279

    • 査読あり
  • [雑誌論文] An illustrated manual for environmental DNA research: Water sampling guidelines and experimental protocols.2020

    • 著者名/発表者名
      Minamoto T, Miya M, Sado T, Seino S, Doi H, Kondoh M, Nakamura K, Takahara T, Yamamoto S, Yamanaka H, Araki H, Iwasaki W, Kasai A, Masuda R, Uchii K
    • 雑誌名

      Environmental DNA

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1002/edn3.121

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 海洋における環境DNA研究の現状と今後の展望.2020

    • 著者名/発表者名
      村上弘章・益田玲爾
    • 雑誌名

      沿岸域学会誌

      巻: 33 ページ: 44-56

  • [学会発表] 産卵と被食に伴う核およびミトコンドリア環境DNAの動態:カタクチイワシとマアジを用いた水槽実験.2021

    • 著者名/発表者名
      上村真太郎・益田玲爾・村上弘章・徐寿明・源利文.
    • 学会等名
      日本水産学会春季大会
  • [学会発表] 環境DNA分析による全国の河川におけるニホンウナギ分布域の推定.2021

    • 著者名/発表者名
      笠井亮秀・山崎彩・安孝珍・山中裕樹・亀山哲・益田玲爾・東信行・木村伸吾・唐木達郎・黒川優子・山下洋.
    • 学会等名
      日本水産学会春季大会
  • [学会発表] 環境DNAで読み解く河川と沿岸域の魚類多様性とその生態.2021

    • 著者名/発表者名
      村上弘章・内藤隆慈・志水正敏・益田玲爾・笠井亮秀.
    • 学会等名
      日本生態学会大会
  • [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
      日本生態学会大会
  • [学会発表] 堆積物中における環境DNAの残存性とこれを応用した津波後のクラゲ類ブルームの検出.環2020

    • 著者名/発表者名
      尾形瑞紀・*益田玲爾・張野宏也・坂田雅之・畠山信・横山勝英・山下洋・源利文.
    • 学会等名
      環境DNA学会第3回大会
  • [学会発表] 環境DNA分析によるマナマコ(Apostichopus japonicus)の繁殖期推定.2020

    • 著者名/発表者名
      竹下大輝・村上弘章・益田玲爾・源利文.
    • 学会等名
      環境DNA学会第3回大会
  • [学会発表] 異種混合飼育が海産魚の環境DNA放出量に与える影響.2020

    • 著者名/発表者名
      村上弘章・益田玲爾・山本哲史・源利文・山下洋.
    • 学会等名
      環境DNA学会第3回大会
  • [学会発表] ニホンウナギの環境DNA放出量に与える遺伝子変異と活動日周性の影響.2020

    • 著者名/発表者名
      高橋さやか・高田真吾・山中裕樹・益田玲爾・笠井亮秀.
    • 学会等名
      環境DNA学会第3回大会
  • [学会発表] キジハタの環境DNAに対する体サイズおよび活動量の影響.2020

    • 著者名/発表者名
      曽根高幹広・益田玲爾・徐寿明・竹下大輝・村上弘章・上村真太郎・源利文.
    • 学会等名
      環境DNA学会第3回大会

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公開日: 2021-12-27  

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