群集構造を迅速かつ網羅的に解明可能なメタバーコーディング手法を確立し、太平洋広域におけるカイアシ類の群集構造や多様性解析を行ってきました（Hirai et al. 2015, 2020）。現在は対象を動物プランクトン全般に広げ、動物プランクトンの種多様性や生物地理の調査を地球規模で展開し、eDNAを含む日本周辺海域のモニタリングへも展開しています。研究は国際ワーキンググループMetaZooGeneの活動の一環として、国際共同研究として進めています。また、メタバーコーディングに必須な遺伝子配列のデータベース整備のため、国内の研究者と連携して動物プランクトンの遺伝子データの充実を目指しています。

関連論文（抜粋）

• Hirai J, Kuriyama M, Ichikawa T, Hidaka K, Tsuda A (2015) A metagenetic approach for revealing community structure of marine planktonic copepods. Molecular Ecology Resources, 15, 68–80.

• Hirai J, Katakura S, Kasai H, Nagai S (2017) Cryptic zooplankton diversity revealed by a metagenetic approach to monitoring metazoan communities in the coastal waters of the Okhotsk Sea, northeastern Hokkaido. Frontiers in Marine Science, 4, 374.

• Hirai J, Tachibana A, Tsuda A (2020) Large-scale metabarcoding analysis of epipelagic and mesopelagic copepods in the Pacific. PLoS ONE, 15, e0233189.

• Hirai J, Yamazaki K, Hidaka K, Nagai S, Shimizu Y, Ichikawa T (2021) Characterization of diversity and community structure of small planktonic copepods in the Kuroshio region off Japan using a metabarcoding approach. Marine Ecology Progress Series, 657, 25–41.

• Hirai J, Hidaka K, Nagai S, Shimizu Y (2021) DNA /RNA metabarcoding and morphological analysis of epipelagic copepod communities in the Izu Ridge off the southern coast of Japan. ICES Journal of Marine Science, 78: 3444-3456.

メタバーコーディング手法を応用し、動物プランクトン（カイアシ類等）や魚類仔稚魚（イワシ類・クロマグロ等）の消化管内容物解析を行い、従来法では困難な重要餌料の特定を行いました。例えばイワシ類仔魚の重要な餌であるカイアシ類が特定され（Hirai et al. 2017）、さらにそのカイアシ類の食性解析（Hirai et al. 2018）をすることでイワシの餌の餌が明らかになってきています。現在も共同研究を中心に分子生物学的手法を駆使した食性解析を進め、動物プランクトンを中心とした食物網構造の再現を目指しています。動物プランクトンの食性の違いは多種共存の重要なメカニズムとしても着目しています。割と需要が多く、共同研究の中心となる研究課題です。

関連論文

• Hirai J, Hidaka K, Nagai S, Ichikawa T (2017) Molecular-based diet analysis of the early post-larvae of Japanese sardine Sardinops melanostictus and Pacific round herring Etrumeus teres. Marine Ecology Progress Series, 564, 99–113.

• Kodama T, Hirai J, Tamura S, Takahashi T, Tanaka Y, Ishihara T, Tawa A, Morimoto H, Ohshimo S (2017) Diet composition and feeding habits of larval Pacific bluefin tuna, Thunnus orientalis, in the Sea of Japan: Integrated morphological and metagenetic analysis. Marine Ecology Progress Series, 583, 211–226.

• Hirai J, Hamamoto Y, Honda D, Hidaka K (2018) Possible aplanochytrid (Labyrinthulea) prey detected using 18S metagenetic diet analysis in the key copepod species Calanus sinicus in the coastal waters of the subtropical western North Pacific, Plankton and Benthos Research, 13, 75–82.

• Kodama T, Hirai J, Tawa, A, Ishihara T, Ohshimo S (2020) Feeding habits of the Pacific Bluefin tuna (Thunnus orientalis) larvae in two nursery grounds based on morphological and metagenetic analyses. Deep-Sea Research Part II, 175, 104745.

• Kume G, Kobari T, Hirai J, Kuroda H, Takeda T, Ichinomiya M, Komorita T, Aita-Noguchi M, Hyodo F (2021) Diet niche segregation of co-occurring larval stages of mesopelagic and commercially important fishes in the Osumi Strait assessed through morphological, DNA metabarcoding, and stable isotope analyses. Marine Biology, 168, 6.

• Kume G, Shigemura T, Okanishi M, Hirai J, Shiozaki K, Ichinomiya M, Komorita T, Habano A, Makino F, Kobari T (2021) Distribution, feeding habits, and growth of chub mackerel, Scomber japonicus, larvae during a high-stock period in the northern Satsunan area, southern Japan. Frontiers in Marine Science, 8:725227.

• Zhou F, Hirai J, Hamasaki K, Horii S, Tsuda A (2021) Feeding ecology of three euphausiid species in the North Pacific Ocean inferred from 18S V9 metabarcoding and stable isotope analysis. Frontiers in Marine Science, 8:756067

• Kobari T, Tokumo Y, Sato I, Kume G, Hirai J (2021) Metabarcoding analysis of trophic sources and linkages in the plankton community of the Kuroshio and neighboring waters. Scientific Reports, 11: 23265.

未知なる多様性や生態学的意義を秘める動物プランクトンのウイルスの研究を精力的に進めています。動物プランクトンの個体群動態にウイルスの関与や、ウイルス感染に対する動物プランクトンの生理応答を分子生物学的手法により調べています。まずは第一歩として動物プランクトンが多様な海洋ウイルスのリザーバーとして機能することを明らかにしました（Hirai et al. 2022）。また、２年間在外研究をしていたカナダUniversity of British ColumbiaのCurtis Suttle教授とも共同で研究を行っています（例えばChang et al. 2023）。北海道紋別市オホーツクタワーで優占するカイアシ類Pseudocalanus newmaniのウイルスを調べたところ、ウイルスがカイアシ類の個体群動態や生理状態に影響を及ぼすことが分かりました（Hirai et al. 2024）。一方、ウイルスによってカイアシ類は死亡するのか、それとも免疫機構が働くのかはまだ分かりません。また、餌由来のウイルスの重要性が示されましたが、これらのウイルスにカイアシ類が感染するのか等も分かりませんし、ウイルスを取り込んだカイアシ類の動きや被食がどうなるかも気になるところです。2020年より本格的に始めた研究でまだまだ分からないことだらけですが、その分大きな可能性を秘めた領域であると感じています。

関連論文

• Hirai J, Urayama S, Takaki Y, Hirai M, Nagasaki K, Nunoura T (2022) RNA virosphere in a marine zooplankton community in the subtropical western North Pacific. Microbes and Environments, 37: ME21066.

• Chang T, Hunt B, Hirai J, Suttle C (2023) Divergent RNA viruses infecting sea lice, major ectoparasites of fish. PLOS Pathogens. 19: e1011386.

• Hirai J, Katakura S, Kasai H, Nagai S (2024) Ecological interactions between marine RNA viruses and planktonic copepods. Communications Biology, 7, 1507. 

物理的障壁の乏しい海洋は高いプランクトンの分散が想定されています。一方、近年の分子系統地理解析により海盆をまたがり分布するコスモポリタン種の種内の集団構造、高い遺伝的多様性が明らかとなってきました。そこで、一般的なミトコンドリアDNAの遺伝子マーカーに加え、一塩基多型の網羅的解析による集団構造や地点間の遺伝子流動を調べています。最近は日本海やオホーツク海などの縁辺海が果たす役割に興味があります。また、サクラエビなどの水産重要種の遺伝的なつながりについての研究も行ってきました。今後は機能遺伝子やゲノムレベルまで発展させたいと考えてます。

関連論文

• Hirai J, Tsuda A, Goetze E (2015) Extensive genetic diversity and endemism across the global range of the oceanic copepod Pleuromamma abdominalis. Progress in Oceanography, 138A, 77–90.

• Hirai J, Chen F, Itoh H, Tadokoro K, Lemay MA, Hunt BPV, Tsuda A (2022) Molecular and morphological analyses to improve taxonomic classification of Metridia lucens/pacifica in the North Pacific. Journal of Plankton Research, 44: 454-463.

• Hirai J, Katakura S, Nagai S (2023) Comparisons of genetic population structures of copepods Pseudocalanus spp. in the Okhotsk Sea: first record of P. acuspes in coastal waters off Japan. Marine Biodiversity, 53: 12.

• Hirai J, Hsiao S-T, Yeh H-M, Nishikawa J (2025) Population panmixia of the pelagic shrimp Lucensosergia lucens between Japanese and Taiwanese waters in the western North Pacific. Scientific Reports. 15, 7040.

動物プランクトンは重要種でも分類学的問題を抱える種が多く存在します。そこで、分類の専門家や国外の研究者と共同研究を行い、北太平洋における重要カイアシ類の形態および遺伝子解析を進め、分類体系の整理を行っています。また、一塩基多型の網羅的解析を行い、正確な種の判別を行っています。例えば、Hidaka et al. (2016)では本州南方沖で数的に優占するParacalanus parvus s.l. (広義のParacalanus parvus)が３種に分かれることを明らかにし、最も優占する種が未記載種でした。この未記載種は日本・韓国・中国等の西部北太平洋の沿岸域に分布するParacalanus orientalisとしてUeda et al. (2022)で新種登録がされました。分類体系の再検討・整理は地道な作業ですが、共同研究を中心に継続的に行っていきます。

関連論文

• Takahashi K, Itoh H, Hirai J, Tadokoro K, Nishiuchi K (2022) A new species of genus Sapphirina (Copepoda, Cyclopoida) from the Kuroshio Extension region in the western North Pacific Ocean. Plankton and Benthos Research, 17: 358-368.

• Ueda H, Itoh H, Hirai J, Hidaka K (2022) Paracalanus orientalis n. sp. (Copepoda, Calanoida), formerly referred to P. parvus in Japanese coastal waters. Plankton and Benthos Research, 17: 221-230.

• Hirai J, Chen F, Itoh H, Tadokoro K, Lemay MA, Hunt BPV, Tsuda A (2022) Molecular and morphological analyses to improve taxonomic classification of Metridia lucens/pacifica in the North Pacific. Journal of Plankton Research, 44: 454-463.

• Hirai J (2020) Insights into reproductive isolation within the pelagic copepod Pleuromamma abdominalis with high genetic diversity using genome-wide SNP data, Marine Biology, 167, 1.

• Hidaka K, Itoh H, Hirai J, Tsuda A (2016) Occurrence of the Paracalanus parvus species complex in offshore waters south of Japan and their genetic and morphological identification to species. Plankton and Benthos Research, 11, 131–143.

圧倒的にデータの不足している外洋性カイアシ類で全ゲノムを取得し、機能遺伝子を含めた集団遺伝、内在性ウイルスの有無、比較ゲノムによる進化・機能の獲得などのゲノム時代の生態学を遂行します。JSTさきがけ課題として2024年10月からスタートした課題で、まだ特に大きな成果は出てません。

共同研究を中心に海洋モニタリング、eDNA、サクラエビ、クラゲなど様々な研究を進めています。

関連論文

Hirai J, Hsiao S-T, Yeh H-M, Nishikawa J (2025) Population panmixia of the pelagic shrimp Lucensosergia lucens between Japanese and Taiwanese waters in the western North Pacific. Scientific Reports. 15, 7040.

• オホーツク海域海氷下における動物プランクトンの未知なる多様性探索
  旭硝子財団　環境フィールド研究分野 　サステイナブルな未来への研究助成 （発展研究）
  2025年4月 - 2028年3月　

• カイアシ類を用いたゲノム時代の気候変動リスク評価
  科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推進さきがけ
  海洋バイオスフィア・気候の相互作用解明と炭素循環操舵　2024年10月 - 2028年3月

• 地球規模に分布する海洋性カイアシ類のウイルス特性および機能
  日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B) 基盤研究(B)　 2023年4月 - 2027年3月