空気中eDNAを用いた非嫌気性植物種の検出

The detection of a non-anemophilous plant species using airborne eDNA.

• Mark D Johnson
• Robert D Cox
• Matthew A Barnes

抄録

空気中の植物材料の遺伝学的解析は、アレルゲンと人間の健康との関係を調べる複数の研究のように、歴史的には（明確な目標としてではなく、一般的には暗黙のうちに）風媒性種の花粉に焦点が当てられてきた。最近、環境DNA（eDNA）アプローチを標的とした種や生態系全体の研究に応用した文献が増えてきたことに触発され、我々は、大規模な花粉の噴煙を放出していないかもしれない無花粉性種からの遺伝物質を空気中のサンプルから確実に検出できるかどうかを判断するために、概念実証実験を実施した。Big Spring Number Eight ダストトラップを用いて空気中の eDNA を採取し、花を咲かせている風媒介種（Bouteloua）と、研究時には花を咲かせていなかった昆虫受粉種（Prosopis glandulosa）について存在する eDNA の量を定量化した。両種から空気中のeDNAを検出することができた。ハニーメスキートは昆虫受粉種であり、今回の研究時には開花していなかったことから、空気中のeDNAは花粉以上のものから構成され、種の検出が可能であることが確認された。さらに、Boutelouaの繁殖生態を反映した時間的なパターンを検出することができ、空気中のハニーメスキートのeDNAが調査期間中の気象条件に反応していることが示唆された。これらの知見は、陸域の生態系における単一種や地域全体の研究や管理のための可能性を明らかにするために、空気中のeDNAの生態をさらに研究する必要性を示唆している。

Genetic analysis of airborne plant material has historically focused (generally implicitly rather than as a stated goal) on pollen from anemophilous (wind-pollinated) species, such as in multiple studies examining the relationship of allergens to human health. Inspired by the recent influx of literature applying environmental DNA (eDNA) approaches to targeted-species and whole-ecosystem study, we conducted a proof-of-concept experiment to determine whether airborne samples reliably detect genetic material from non-anemophilous species that may not be releasing large plumes of pollen. We collected airborne eDNA using Big Spring Number Eight dust traps and quantified the amount of eDNA present for a flowering wind-pollinated genus (Bouteloua) and insect-pollinated honey mesquite (Prosopis glandulosa) that was not flowering at the time of the study. We were able to detect airborne eDNA from both species. Since honey mesquite is insect-pollinated and was not flowering during the time of this study, our results confirm that airborne eDNA consists of and can detect species through more than just pollen. Additionally, we were able to detect temporal patterns reflecting Bouteloua reproductive ecology and suggest that airborne honey mesquite eDNA responded to weather conditions during our study. These findings suggest a need for more study of the ecology of airborne eDNA to uncover its potential for single-species and whole-community research and management in terrestrial ecosystems.