從環境DNA預測赤潮和魚病的發生

研究大綱

愛媛縣是海面養殖業活躍的城市，擁有日本最高的魚類養殖產量，以及一流的珍珠母貝和珍珠養殖產量。 特別是位於愛媛縣西南部的南陽地區海岸，是水產養殖漁場的理想環境，因為海水每年數次通過黑潮流產生的稱為“快速潮汐”的動態潮汐運動得到淨化，而里亞斯海岸的複雜地形則使海浪平靜。 然而，突如其來的赤潮和魚類和貝類疾病（魚病）的長期爆發已造成大量死亡和養殖海產品品質下降，據估計，僅在宇和海，每年就造成數億~數十億日元的漁業損失。

赤潮是浮遊生物，尤其是浮遊植物在海水中繁殖並導致海水變色的現象。 其中，一種稱為有害赤潮浮遊生物的繁殖會對養殖海鮮的鰓造成損害，導致海鮮衰弱和死亡。 過去，在水產養殖場所看到海水變色時，會將其帶到當地政府等檢查機構，並在顯微鏡下觀察以確定有害物種。 然而，當時赤潮區域已經擴大到漁場，對赤潮的反應往往被拖延，導致重大破壞。 此外，在魚病的情況下，在養魚場死亡的魚在實驗室進行病理檢查，並根據病原體的類型採取措施。 然而，在這一點上，疾病往往已經在漁場蔓延，導致大規模死亡、長時間和品質下降。

如果我們只關注海水的顏色和養殖海鮮的狀況，這種赤潮和魚病似乎是突然發生的。 然而，在現實中，有害的赤潮浮遊生物和病原體在海水中從低濃度逐漸增加，然後變成肉眼可見的赤潮和癥狀表現。 因此，如果能夠在有害浮遊生物的增殖和病原體的發生變得明顯之前及早發現，生產者將能夠在爆發之前或之後立即採取措施應對赤潮和魚病，這將大大減少對漁業的損害。 因此，我們的課題組建立了針對有害赤潮浮遊生物和魚類病原體的基因檢測技術，並開發了一套高靈敏度的赤潮和魚病早期檢測系統，對水產養殖區中的這些有害微生物進行監測。

研究的特點

有害浮遊生物的顯微鏡檢查需要每毫升至少一個細胞的細胞密度進行檢測，並且需要熟練的技能將有害物種與各種類似的浮遊生物區分開來。 病原體也是非常小的生物，因此很難用光學顯微鏡檢測它們。 這樣，很難用顯微鏡檢測海水中的微生物，但眾所周知，生活在那裡的各種生物的DNA，即所謂的“環境DNA”，存在於海水中，近年來已被用於瞭解水生環境中的生物群並量化生物量。 本研究的一大特點是以這種「環境DNA」為中心，利用基因分析技術對水產養殖區“環境DNA”中所含的有害微生物進行檢測，在赤潮和魚病明顯之前，在極低濃度階段檢測有害微生物，從而及早發現和預測其發生。 特別是對烏和海赤潮浮遊生物的監測表明，在潮汐轉為赤潮之前，Karenia mikimotoi和Cochlodinium polyclicoides等有害浮遊生物的基因豐度就有所增加，表明其對赤潮發生的早期發現和預測是有效的。

此外，本研究的主要目的是通過資訊傳播系統快速向生產者傳播資訊。 目前，通過愛南鎮運營的「愛南鎮水域信息門戶」向生產者提供赤潮早期檢測資訊。 此外，與愛媛縣、愛媛縣沿海環境科學研究中心和科學工程研究生院合作設立的宇和海海海況資訊服務“你看U-sea”，廣泛傳播紅潮資訊以及宇和海的即時水溫資訊，並正在實施早期對策的舉措。

研究的吸引力

浮遊植物和病原體是肉眼無法看到的非常小的微生物，但這項研究的吸引力之一是它可以檢測海洋環境中的動態運動。 此外，我們正在進行研究的南陽水產研究中心位於漁業蓬勃發展的愛媛縣愛南町，並且由於它非常靠近漁業地點，因此我們能夠與當地生產者、漁業合作社、縣和鄉鎮等地方政府以及大學內外的研究機構密切合作進行研究。 事實上，這項研究是應與當地生產者對話進行赤潮和魚病控制研究和開發的要求而開始的，並且還在該領域人員的合作下進行定期水樣監測。 這樣，能夠直接聽取漁業現場的意見，相互合作，進行研究，並導致實際應用，也是一個很大的吸引力。

未來展望

利用遺傳資訊監測有害的赤潮浮遊生物，使得在早期發現赤潮成為可能。 今後，我們將通過「愛南町水域資訊入口網站」和「你看U海」來驗證浮游生物和養殖魚類周圍環境條件的變化，如水溫、洋流和天氣，並建立一個高精度的赤潮和魚病爆發預測系統。 此外，基於這些早期檢測和疫情預測系統，我們希望致力於開發用於早期反應的赤潮控制劑。 除了監測病原體基因外，我們還在根據魚類生理狀態的變化和環境DNA的各種變化等進行研究，以預測魚病的發生，並希望進行有助於可持續和穩定的水產養殖業的研究。

給那些希望做這項研究的人的資訊

當你想到“漁業科學”時，你可能會想到一門只研究餐桌上海鮮的學科。 然而，在現實中，維護環境和海產品養殖的風險管理也是水產養殖生產的重要問題。 四面環海，讓我們在南陽水產研究中心一起思考海洋環境，在這裡您可以親身感受漁業！