概要
生物の生息域や個体数、生物量などの情報は、生物種の保全、管理を行うにあたり、最も基礎的で重要となります。
しかも、これらの情報を迅速に得る必要があります。
しかし、従来の捕獲調査や目視調査などは時間やコストがかかっており、手間がかかっていました。
近年、環境DNA分析と呼ばれる新たな生物モニタリング手法の開発が進んでいます。
環境DNA分析とは、水棲生物の生息状況を、河川や海洋などで採取した水試料に存在するDNA情報を解析することで明らかにする手法です。
環境DNA手法では水を数リットル採取し、DNA情報を分析するだけであるため、従来の手法に比べて、コストや手間などの面で利点があります。
現時点での環境DNA分析の利点と問題点を表1に示します。
表1. 環境DNA分析のメリット・デメリット
環境DNA分析は非侵略的な手法で、調査地を荒らさないため、希少種モニタリングへの適用も考えられています。
例えば、日本ではオオサンショウウオの検出に用いられました。
また、迅速な把握が必要な外来種の検出にも実用化が考えられています。
迅速にかつ簡単に生物の在、不在を把握できる環境DNA分析であるが、多くの課題が存在しています。
例えば、得られたDNAが生物からどのようにして放出されたのかは不明です。
また、DNAの効率的な回収方法や検出率などは明確には判明していません。
そこで、近年、環境DNA分析の生物モニタリング手法としての確立を目指し、研究が進められています。
環境DNA分析の手順
まず、水試料のサンプリングを行います。
水試料の採水地点や調査地の特徴も影響するため、対象種の生態学的特性を考慮し、採水量や採水地点を選定する必要があります。
水試料採取後は、クーラーボックスなどに入れ、できる限り低温状態を保ち、実験室へと持ち帰ります。
実験室に持ち帰った水試料に含まれるDNAをフィルター濾過法やエタノール沈殿法などで濃縮します。
濃縮したDNAを専用の抽出キット(キアゲン社のDneasy Blood and Tissue KitやMoBio社のPowerWater DNA Isolation Kitなど)やエタノール沈殿法などで抽出します。
抽出したDNAを検出する方法には、リアルタイムPCR法や次世代シーケンサーを用いたメタバーコーディング手法などが用いられます。
リアルタイムPCR法は主に特定の種の検出に用いられ、メタバーコーディング手法は複数の種の検出に用いられます。
筆者は大学でメタバーコーディング手法を用いて研究していました。
環境DNAメタバーコーディング手法
環境DNAメタバーコーディング手法とは、次世代シーケンサーを用いて、様々な生物に由来するDNA配列を同時に取得し、得られた配列をデータベースの配列と比較し、生物を推定する手法です。
環境試料中に含まれる多数の種のDNAを解析するために、魚類全般に有効なユニバーサルプライマーMiFishを用いて、DNAを増幅させます。
増幅させたDNAの塩基配列は次世代シーケンサー(イルミナ社のMiSeqやThermo Fisher Scientific社のIon Protonシステムなど)で同時並行的に決定されます。
参考文献
高原輝彦、山中祐樹、源利文、土井秀幸、内井喜美子(2016)環境DNA分析の手法開発の現状～淡水域の研究事例を中心にして～.日本生態学会誌66:583-599
Sou Fukumoto,Atsushi Ushimaru and Toshifumi Minamoto(2015)A basin-scale application of environmental DNA assessment for rare endemic species and closely related exotic species in rivers:a case study of giant salamanders in Japan. Journal of Applied Ecology,52,358-365.
海水中のDNA情報で魚群の居場所と規模を明らかに～魚類の量・分布・変動を把握し、漁業へ生かす～
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20160303/
岩崎渉、佐藤行人、源利文、山中裕樹、荒木仁志、宮正樹(2016)環境DNA解析のインパクト.実験医学vol.34 No.1,p.103-107
ゲノムサイエンス部門 東京大学 先端科学技術研究センター 次世代シーケンサー
http://www.genome.rcast.u-tokyo.ac.jp/instruments/ngs2
