国立大学法人信州大学
国立大学法人筑波大学
自然科学研究機構 基礎生物学研究所
国立大学法人京都大学
【研究成果のポイント】
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近年，川や池の水を汲むだけで，そこに生息する生物相を網羅的に究明する環境DNAからのメタゲノム（群集）解析は，世界的にも大きな脚光を浴び，需要が高まっている。
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魚類や鳥類，哺乳類，甲殻類などでは汎用性の高い遺伝子マーカー（PCRプライマー）が開発されており，環境DNA解析などに多用されている。
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地球上で最も種多様性の高い生物群である昆虫では，網羅的な群集解析の需要こそ大きいものの，種多様性が高い分だけ遺伝的多様性も高いことから，昆虫全般に適用可能な汎用性の高い遺伝子マーカー開発は困難視され，他の動物群に比べて遅れをとってきた。しかし，今回発表した論文のなかで公開した遺伝子マーカーは，論文内の試行においても高い汎用性が示されており，水生昆虫だけでなく昆虫類における群集解析が急激に加速することが期待される。
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当該論文の投稿時には，プレプリント形式で新規開発したマーカー情報を公開しており，論文公表前から先行して国内外の環境DNA解析にも使用され，マーカーの汎用性についても好評を得ている。環境DNA解析の業務を請負う企業のなかには，既に当該論文の日本語解説をHPに掲載しているところもある。
図 DNAバーコーディング・メタバーコーディングのイメージ
【研究成果の具体的ポイント】
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① 地球上で最も種多様性の高い昆虫における新規DNAバーコーディング領域の提案・汎用PCRプライマーを設計した。
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② 主要分類群をカバーする昆虫を対象に，新規開発プライマーでのPCR増幅を試行し，汎用性を実証した。
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従来，昆虫類のDNAバーコーディングに用いられているミトコンドリアDNA（mtDNA） COI領域での解析における問題点を指摘し，その課題を改善する新規DNAバーコーディング領域をmtDNA内の16S rRNA領域と12S rRNA領域内に提案し，新規DNAバーコーディング領域を増幅するPCRプライマーを設計した。
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昆虫の主要分類群をカバーする，無翅昆虫類，有翅昆虫類（旧翅類，多新翅類，準新翅類，完全変態類）の合計13目43科68種を対象に，設計したプライマーを用いたPCRを実施し，これらの（陸生昆虫も含めた）幅広い昆虫類に適用できることを実証した。
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従来のDNAバーコーディングに用いられてきたmtDNA COI領域（658塩基）は長い配列であり，種内多型が多いことなどから，環境中に漂っているような分解（断片化）が進んだDNAを解析するような環境DNA研究への応用には不向きであった。しかし，この研究で新規に開発したPCRプライマーは200塩基ほどの短いDNA（短鎖DNA）断片を増幅するもので，なおかつ種識別が可能であることが特長である。
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さらに，これらの短鎖DNAを含み，より長鎖断片を解析するためのPCRプライマーも併せて設計しているため，分子系統解析などを実施しながら，自ずと各種のDNAデータベースの充実化を促進するような仕掛けにもなっている。
