eDNAとは？DNAメタバーコーディングによる逃げる種や外来種の検出方法の理解

要約

環境からのサンプルを取り、DNA以外のものを除外し、遺伝子バーコードを使用してどの生物が存在するかを識別することができるDNAメタバーコーディングと呼ばれる技術が開発されました。eDNAは、絶滅した種まで検出することができ、複雑な生態系の相互作用を理解し、生物多様性を監視し、気候変動の影響をリアルタイムで検出することができます。

はじめに

長年、科学者たちは、見つけるのが非常に難しい種を探すために、遠隔地の森林やその他の生態系を調査してきました。カメラトラップは常に決定的な証拠を提供してくれるわけではなく、専門家でさえ、足跡を確実に識別するのに苦労してきました。しかし、過去10年間で、環境DNA、またはeDNAと呼ばれる強力なツールが開発され、DNAメタバーコーディングを使用して、どの生物が存在するかを学び、生物多様性を監視し、リアルタイムで急激な変化を追跡することができるようになりました。

eDNAとは何か？

eDNA、または環境DNAは、私たちの周りにあるものです。地面に、海底に、雲の上にあります。多細胞生物は常に細胞を脱落させており、それには遺伝子情報が含まれています。しかし、従来の科学技術では、複数の種の混合遺伝子を含む環境サンプルを通過することができませんでした。しかし、DNAメタバーコーディングを使用することで、可能になりました。

DNAメタバーコーディングはどのように機能するか？

DNAメタバーコーディングのプロセスは、土壌のコア、水のビン、糞、昆虫の跡、またはヒルの胃の血液などの環境サンプルから始まります。科学者は、サンプルをブレンドして細胞タンパク質を分解し、DNAを放出して純化する酵素を使用して、DNA以外のものを除外します。その結果、サンプル中のすべてのDNAがスープのようになります。科学者は、ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）を適用します。PCRは、ユニバーサルプライマーと呼ばれる人工DNAストランドを使用します。これらのプライマーは、種を横断する類似したDNA配列に結合し、種固有の遺伝子バーコードを増幅します。その後、ハイスループットシーケンシングが数百万のDNAフラグメントを同時に読み取ります。最後に、研究者はこれらを参照データベースと比較し、どの種が存在するか、または新しい種を発見したかを特定します。

DNAメタバーコーディングの応用分野は何か？

DNAメタバーコーディングにより、過去10年間で何万もの種が発見されました。カナダオオヤマネコのような逃げる動物を検出し、ウシガエルのような外来種を特定するのに役立ち、伝統的な方法よりもはるかに迅速に、熱帯雨林の1ヘクタールに存在するすべての昆虫を分類することにより、生物多様性を監視することができます。eDNAを使用することで、受粉ネットワークなどの複雑な生態系の相互作用を調査し、気候変動の影響をリアルタイムで検出することができます。

eDNAは絶滅した種の物語を語ることができるのか？

はい。寒冷で乾燥し、低酸素状態は遺伝子物質を保存するのに最適です。研究者たちは、北極圏の永久凍土を深く掘り下げ、ウーリーマンモスの胃内にある栄養豊富な植物に一致する50,000年前のDNAを発見しました。eDNAを使用することで、彼らは、最後の氷河期に低栄養の草が北極ステップに侵入し、マンモスの減少に寄与した可能性があることも発見しました。