21世紀の生物多様性研究ワークショップ「DNAで探る生物多様性」
2021.12.18

DNAバーコーディングはどんな技術か
国立科学博物館 標本資料センター
神保宇嗣

同定：生物の名前を調べる

この蛾について知りたい！
（岸田ほか, 2011 ©学研）

生物の多様性を理解する最初の一歩データや知識は種を単位に整理・集約

ツバメの検索結果 https://www.gbif.org/ja/species/9515886

同定は難しい！
• 各分類群の膨大な知識・技術・「目」が必要• 生物分類学者の数の減少– 誰が同定を担保するのか？

DNAを同定に使えないか？

DNAってなに？
• 細胞の中にある「からだの設計図」• 4種類の分子（塩基）がつながった構造– 順番を調べて設計図を読むことも出来る• 親から子へと受け継がれる(from Wikimedia Commons, PD)• 生きものによって、あるいは個体によって少しずつ違うDNAを使った「鑑定」

・・・• 食品検査• 犯罪捜査• 血縁鑑定• 医療診断一般的になりつつあるDNAバーコーディング
決められた短いDNA塩基配列（DNAバーコード）を使って様々な生物を同定（支援）する方法(Hebert et al., 2003)

DNAバーコーディングの原理

参照データベース
塩基配列の決定

AATTTATAATACTATTGTTACAGC…

AATTTATAATACTATTGTTACAGC…

DNAバーコード
塩基配列

Ectropis crepuscularia
フトフタオビエダシャク

検索結果一致するDNAバーコード
塩基配列を検索Ectropis crepuscularia
フトフタオビエダシャク

DNAバーコード
塩基配列を特定した標本

標本につけられた同定情報

DNAバーコード
Ectropis crepuscularia
フトフタオビエダシャク（昆虫綱；鱗翅目；シャクガ科）

検索キーワード

専門家の同定結果

DNAバーコーディングのキモは「専門家のワザ」

同定エンジン：検索ページ

http://www.jpmoth.org/~dmoth/ 中尾健一郎氏撮影

http://www.boldsystems.org/

http://www.boldsystems.org/index.php/IDS_OpenIdEngine

同定エンジン：結果ページ

アメリカの「寿司ネタ」の正体
Lowenstein et al. (2009) PLOS ONE• 31の店で「マグロ」を注文し解析• 99%以上の確率で種を決定Wikimedia Commons: Photo by 663highland• 太平洋・大西洋のクロマグロを区別• いくつかの店では「アブラソコムツ」を出していた
Illustrations of the Zoology of South Africa, PDフトフタオビエダシャクの2型• 1970年代から幼虫の食べる植物の違う2つの型が知られる– いろいろな広葉樹を食べる– スギを食べる• 斑紋や幼虫のあごで区別できる→DNAバーコード塩基配列でも区別できた

広葉樹

針葉樹

分類学＋DNAバーコーディング• 形態では決着がつかなかった問題を解決できることも– オス・メスの関係、幼虫・成虫の関係…

• DNAバーコードの解析結果に基づいて分類を再検討する

いかに生物多様性の理解につなげるのか？
→遠山先生・板垣先生のご講演自分でDNAバーコード塩基配列を決めて自分で使う

みんなでDNAバーコード塩基配列を決めてみんなで使う

DNAバーコーディングの原理
みんなでデータベースを作って何でも同定できるようにしよう
参照データベース
塩基配列の決定

AATTTATAATACTATTGTTACAGC…

AATTTATAATACTATTGTTACAGC…

DNAバーコード
塩基配列

Ectropis crepuscularia
フトフタオビエダシャク

検索結果一致するDNAバーコード
塩基配列を検索Ectropis crepuscularia
フトフタオビエダシャク

DNAバーコード
塩基配列を特定した標本

標本につけられた同定情報

国際バーコードオブライフプロジェクト

http://ibol.org/

BOLD データベース

UNITEhttps://unite.ut.ee/ by UNITE CC BY-SA

採集データ・DNAバーコードでの同定
・標本・塩基配列データ
・分類群・BINごとのページ

DNAバーコード
登録用標本
組織サンプル

標本写真

BOLD
データベース

同定・データ閲覧
DNA抽出・決定

塩基配列等
AATTTATAATACTATTGTTACAGC…

一般ユーザーBarcode Index Number (BIN)• DNAバーコードライブラリに登録された塩基配列を自動的にクラスタリングし、認識された各クラスターに与えられるID
Ratnasingham & Hebert (2013) PLOS ONE• 菌類ではUNITE species hypothesisが用いられる
DNAバーコード
塩基配列に基づくクラスタリング
BIN 1

BIN 2

グローバル・マレーゼ・プログラム• 世界中でマレーゼトラップ（据え置き型の昆虫採集トラップ）を使って昆虫を調査・比較する• 同定にDNAバーコードをフル活用– 33ヶ国158サイト– 200万個体・約15万「種」を特定(Geiger et al., 2016)2018年の実施地点
http://biodiversitygenomics.net/projects/gmp/© Centre for Biodiversity Genomics

BOLDへの登録• 世界中のDNAバーコードデータと証拠標本データによる同定の枠組みに寄与• BINクラスター等としての認識が可能• データ登録へのハードル– 標本データ・標本写真・波形データ– 標本の所蔵機関情報• 正確に同定された標本の確保

国レベルでの集約• カナダのチョウ・ガ類
Pahl et al. (2019) ZooKeys– 5,405種が既知– 約15万個体から5,842のBINクラスターを認識• 日本はまだはじまったばかり– JBOLIによる普及活動

日本バーコードオブライフ・イニシアチブ
https://www.jboli.org/

国際バーコードオブライフ参加国（39ヶ国＋準参加国7ヶ国 from iBOL）

JBIF関連で構築したデータベース

DNAバーコードデータベース JBOL-DB
http://db.jboli.org/

Mollisia属菌類データベース MolliBase
http://mollibase.jboli.org/

BOLDで同定を試してみる• 同定できる• 異なる学名が使われている• 「未同定の何か」にあてはまる別種にあてはまる• 一致なしデータの品質・網羅度に問題あり
https://www.boldsystems.org/index.php/
Public_BarcodeCluster?clusteruri=BOLD:AAY4064

DNAバーコード
Ectropis crepuscularia
フトフタオビエダシャク（昆虫綱；鱗翅目；シャクガ科）

検索キーワード

専門家の同定結果

各分類群の専門家とどう連携するか？
→山迫先生のご講演新しい技術の活用• 次世代シークエンサー– 古い標本からDNAを読み出せる– 大量のサンプルをまとめて処理できる

シャクガ科のホロタイプ2805個体のライブラリ構築
Hausmann et al. (2016) Genome新しい技術の活用• 次世代シークエンサー– 古い標本からDNAを読み出せる– 大量のサンプルをまとめて処理できる• DNAメタバーコーディング– メタゲノム（土壌・水・細菌叢…）をバーコード配列を利用して解析– 種名まで特定できる可能性– 生物相調査・食性調査・送粉調査…

環境調査・保全での活用©生物多様性センター (2021)
http://www.biodic.go.jp/edna/edna_top.html

環境調査・保全での活用

調査や博物館の活動でどう活用できるか？
→金尾先生のご講演©生物多様性センター (2021)
http://www.biodic.go.jp/edna/edna_top.html

なぜ今「DNAバーコーディング」なのか？
• アイデアとしては一昔前（2003年）• 「銀の弾丸」では無い
・グローバルなバーコードライブラリの構築
・技術革新による利用可能性の拡大

・データベース間の連携が不十分
・日本ではライブラリ構築はまだこれから