技術介紹
① 生態系統的狀態分析
我們在目標農場或林地進行實地研究、採集樣本、並對樣本進行高通量 DNA 測序，以獲得有關物種多樣性的大量信息。然後，我們將生態學、基因組學、信息學和微生物學融為一體，對數據集進行挖掘，然後診斷生態系統的狀況，並提出適當的管理方案。
② 生態系統的核心分析
通過將在網絡科學和機器學習（人工智能）基礎上開發的分析技術應用於上述生態系統信息，我們確定在目標生態系統中發揮關鍵作用的 「核心物種」。通過揭示物種之間複雜的相互作用，我們找到將高效利用資源的循環型生產系統投入在實際應用時需要的關鍵。
③ 識別和利用有益生物資源
我們以生物多樣性和生態系統的大數據為基礎，有效地尋找生物資源。在對目標生態系統進行分析，確定可作為生物資源的物種后，我們根據積累的微生物知識，找出分離和培育該物種的最佳條件。通過開發適用於農業、林業、漁業、環境、工業和藥物研發領域的新生物資源，我們將為創造符合可持續發展目標的新業務做出貢獻。
農業和林業的技術應用實例
作物的健康生長離不開健康的土壤。迄今為止，土壤狀況是根據對土壤化學或物理特性的分析來進行診斷的。然而，我們需要一個更全面的土壤功能評估系統，來監測農田土壤中發生的複雜過程，並創建一個更可持續的糧食生產系統。
其中的關鍵是有關棲息在土壤中的無數微生物物種的信息。通過分析微生物群落的結構，可以直接評估土壤中的生物環境。一個農場的土壤中至少棲息着數千種微生物。因此，通過對整個生態系統進行 DNA 分析，就能獲得有關農田狀態的信息，就好像由數千個傳感器來確定農田狀態一樣。
我們開發了一種基於 DNA 的快速、低成本生態系統分析方法，建立了土壤生物群落數據庫，併發明了先進的生態系統診斷技術。通過將這些技術應用於農田，我們實現了只需投入少量肥料、殺蟲劑和管理成本的可持續農業系統整體框架的組成。
京都大學基礎技術實例：分析植物-真菌地下共生網絡
Toju 等人 (2018) 微生物組 6:116
四億年前，植物開始在陸地上生長。從那時起，植物就開始依賴共生真菌獲取水分和土壤養分。植物根部棲息着各種菌根真菌和內生真菌，它們不僅能供應水分和磷的基礎設施，還能保護植物免受蟲害和環境壓力的影響。評估這種地下共生系統的狀況，有助於我們診斷土壤的健康狀況，並針對可能存在的風險採取適當的措置。
水產養殖和水生環境中的技術應用實例
隨着全球對蛋白質需求的快速增長，人們對海洋資源的枯竭感到擔憂。水產養殖作為一種資源利用效率較高的蛋白質生產系統，正引起人們的極大關注。水生生態系統監測技術有望在水產養殖系統的穩定管理中發揮着至關重要的作用。
在水產養殖系統中，有分解魚類排泄物和凈化水質的微生物，也有在魚類腸道內共生並在免疫和獲取營養（維生素等）方面發揮重要作用的微生物。在高通量 DNA 測序的基礎上，可以診斷和監測微生物群落的動態和潛在功能。這些分析有望實現水產養殖系統高效和穩定的管理。
這種水生環境生態系統分析可用於湖泊、河流、潮灘和內灣等環境的管理。通過分析魚類和浮游生物以及微生物的 DNA，可以全面診斷水生環境的狀況。根據生物群落的狀態，可以提出具體的環境恢復和管理解決方案。
京都大學基礎技術實例：水產養殖池微生物群落的動態分析
Yajima 等人 (2023) 微生物組 11:53
在陸地水產養殖系統中，微生物被認為不僅在水質凈化方面發揮着重要作用，而且在魚類生長和疾病預防方面也發揮着重要作用。基於 DNA Metabarcoding的分析揭示了水產養殖系統中微生物群落結構的巨大變化。此外，微生物群落結構對養殖魚類的行為也有明顯的影響。整合微生物群落信息的技術有望在穩定管理水生環境方面發揮關鍵作用。