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研究の概要
三重大学大学院生物資源学研究科博士後期課程３年の八木原風さんは、同研究科の森阪匡通教授（共同責任著者）、吉岡基教授（現・三重大学理事）、および京都大学野生動物研究センターの村山美穂教授（共同責任著者）、同センター博士後期課程の斉惠元さん、新井花奈さん、東海大学生物学部の北夕紀准教授、御蔵島観光協会の小木万布さんとともに、糞の中に含まれるイルカのDNA情報を用いて年齢を推定する手法を開発しました。イルカをはじめ野生動物の年齢推定には、寿命を超える長い期間での観察研究や、動物の捕獲を必要とする方法が一般的であったため、長寿の野生動物の年齢推定はきわめて難しい状態でした。本研究は、野生水生動物の糞などの非侵襲的な試料由来のDNAに対して、初めてエピジェネティッククロック解析に成功した画期的な研究成果です。ミナミハンドウイルカの生態理解と保全に役立つのみならず、他の野生動物への応用への第一歩となる可能性があります。
年齢は、生物を理解するうえで大切な「生まれ、成熟し、死ぬまでのサイクル（生活史）」をきちんと知るために欠かせない情報です。また年齢は、私たちが人口ピラミッドから未来を考えるのと同じように、長い寿命を持つ生き物の未来の個体数を予測する上でも役立ちます。野生動物の年齢は、長期観察研究や、その動物の生体試料（歯など）を用いて推定するのが一般的ですが、長寿の動物の観察研究は難しく、歯などの生体試料を採取することによる野生動物へのストレスや悪影響のみならず、研究者自身がさらされる危険も存在します。したがって、動物にも研究者にも安全で、簡単に採取できる試料から年齢推定する方法が求められています。ヒトにおいて、エピジェネティクスと呼ばれる遺伝子の転写・翻訳を調整する仕組みに見られる変化が老化と関連することが明らかになってきました。そして近年、エピジェネティクスの1つである「DNAのメチル化」と呼ばれる現象の頻度を用いた年齢推定がヒトで実現されました。本研究ではこの年齢推定方法をイルカの糞から抽出したDNAに応用しました。
糞から抽出したDNAは濃度が低いため、解析しても結果が得られなかったり、同じサンプルの解析結果にばらつきがあったり様々な課題がありましたが、36個のサンプルからGRIA2とCDKN2Aという2つの遺伝子領域におけるメチル化率を測定することに成功しました。得られたメチル化率と実年齢の間には相関関係が認められ、ミナミハンドウイルカの50年程度の寿命に対して、平均5歳程度の誤差での年齢推定が実現できました（図）。本研究は、野生の水生動物の糞などの非侵襲的な試料由来のDNAに対して、初めてエピジェネティッククロック解析に成功した画期的な研究成果となりました。
これまで糞由来のDNAを用いた年齢推定はヒトや家畜、野生動物において研究例がほとんどありませんでした。DNAは水と触れ合うことで分解されるため、今回の成功は糞に含まれるDNAの保存により適した陸生哺乳類にも応用できる可能性があります。つまり非侵襲的な試料を用いた年齢推定手法によって、希少種や大型で捕獲が困難な種などからも年齢情報を得られることが期待されます。年齢情報を得ることでその種の生活史をはじめとした生態の理解が進みます。また、生活史と人口ピラミッドとを組み合わせることで、その動物の将来の絶滅リスクを統計的に予測し、保全策を考えることもできます。糞を利用した年齢推定を通して、野生動物の生態の理解が進み、動物と人類の共存につながることが期待されます。
糞をするミナミハンドウイルカ
図. 実年齢と糞中のDNAから推定された年齢の関係。青の波線は平均誤差を示す
本研究は、国際学術誌「Molecular Ecology Resources」に2023年12月2日にオンライン掲載されました。
Non-invasive age estimation based on faecal DNA using methylation-sensitive high-resolution melting for Indo-Pacific bottlenose dolphins
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1755-0998.13906
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研究者情報
生物資源学研究科 博士後期課程
八木 原風（Yagi Genfu）
専門分野：鯨類学
現在の研究課題：ミナミハンドウイルカの非侵襲的年齢推定法の開発とそれを駆使した生活史の研究
生物資源学研究科 附属鯨類研究センター 教授
森阪 匡通（MORISAKA Tadamichi）
専門分野：生物音響学・動物行動学・鯨類学
現在の研究課題：鯨類における興味深い行動の記載・鯨類の保全に関わる要素技術の開発・鯨類のコミュニケーションや社会に関する基礎研究
生物資源学研究科 教授（理事）
吉岡 基（YOSHIOKA Motoi）
専門分野：海生哺乳動物学・繁殖生理学
現在の研究課題：鯨類の繁殖生理機構の解明・伊勢湾に生息するスナメリの生態解明
京都大学 野生動物研究センター 教授
村山 美穂（Murayama Miho）
専門分野：野生動物分子生態学
現在の研究課題：動物のDNAデータベースの整備、動物の性格の遺伝的背景の研究、年齢や血縁、性別などの生物学的な基礎情報を遺伝子から探る研究
京都大学 野生動物研究センター 博士後期課程
斉 恵元（Qi Huiyuan）
専門分野：エピジェネティッククロック
現在の研究課題：ネコ科動物におけるエピジェネティック時計の開発
京都大学 野生動物研究センター 博士後期課程
新井 花奈（Arai Kana）
専門分野：エピジェネティッククロック
現在の研究課題：アジアゾウにおけるエピジェネティック時計の開発
東海大学 生物学部海洋生物科学科 准教授
北 夕紀（Kita Yuki F.）
専門分野：海棲哺乳類のゲノム生物学
現在の研究課題：小型ハクジラ類の遺伝的多様性や群れ構造の解明
御蔵島観光協会 事務局長
小木 万布（KOGI Kazunobu）
専門分野：保全生物学・鯨類学
現在の研究課題：御蔵島周辺海域の鯨類の保全研究、御蔵島の動物相の記載