博士（地球環境科学）佐藤 雛手
学 位論 文題 名Molecular Phylogeny ofthe Family IVIustelidae (Carnivora， Mammalia)（ 食 肉 目 イ タ チ 科 の 分 子 系 統 学 的研 究 ）学位 論文内容の要旨

イタチ科(Mustelidae; Camivora)は哺乳綱食肉目において最大の種数を有し、その分布域は全北区、旧熱帯区、新熱帯区と地球上における広大な地域を占めることから、多くの生態系において最もよく見られる肉食哺乳類として知られている。生息環境も多種多様であり、イタチ類、テン類、アナグマ類、カワウソ類、スカンク類等が、ツンドラから熱帯雨林、砂漠から河川・海洋まであらゆる環境に適応し、その結果イタチ科は他に類を見なぃ形態学的・生態学的多様性を示す。これまで多くの研究者がこの著しい多様化の特性や成り立ちを理解することを試みてきたが、この顕著な多様化は逆説的に体系学的研究領域において絶え間ない議論を引き起こしてきた。その理由としては 、19世紀初期の分類学的研究以来長い間、形態や染色体など非常に限られた情報を持つ形質のみが対象形質であったこと、成因的相同の影響を受けやすい形態を基に系統推定や分類体系の構 築がなされてきたことなどが挙げられる。1990
年代に入ルアミノ酸やDNA塩基配列を基に分子系統学的解析が系統学的研 究の大部分を占めたが、進化速度の速いミ
トコンドリアDNAのみに注目が集まり、その多重置 換の影響から特に遠縁の生物間の関係が不明瞭のままであった。また、イタチ科におけるサンプル収集の難しさも対象種の偏りを導き、系統推定の方法論上でしぱしば問題とされてきた。本研究では以上の問題点を克服するために、進化速度の比較的緩やかな核遺伝子エクソン領域に着目し、高次分類群間の系統関係に関する情報を得ることを試みた。また、DNAデータバンク上の利用可能な全ての塩基配列を用いることで、対象種の偏りを是正し、分類を行うに足る頑健な系統樹推定を目指した。以上のデータを基に分子系統学的解析を行い、イタチ科の分類学、系統学、そして進化学的特性に関し以下に示す重要な知見を得た。
1．鰭脚類、レッサーパンダ、スカンク類の系統学的位置付けと分類
核 ゲ ノ ム か ら APOB、 IRBP、 RAG1遺 伝 子 エ ク ソ ン 領 域 を 用 い て 、 食 肉 類 の 系 統 関 係を推定した。最節約法、最尤法、ベイズ法を用いた分子系統学的解析より、鰭脚類の二系統仮説は棄却され、単系統仮説が支持された。また鰭脚類はクマ科ではなくイタチ上科に近縁であることが強く示された。イタチ上科内において、スカンク類を除くイタチ科はアライグマ科と近縁関係を示した。レッサーパンダはイタチ科とアライグマ科を含むクレードに近縁であるものの、遺伝的距離から、他の科とは遠縁な独立な系統であることが示された。スカンク類は他のイタチ上科の系統を含むクレードの外群的位置付けを示し、スカンク類を含む従来のイタチ科はアライグ′マ科とレッサーパンダに対して側系統であることが示された。このことは、スカンク類とレッサー パ ン ダに 対 し 、 科 レ ベ ル の 高 次 分 類 群 名 を 与 え る べ き で あ るこ とを 支持 する 。

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2．利 用可 能な全 デー タに基 づく イタチ 科の 亜科レ ベル の分類
本 研究に て得 られた デー タとDNAデータ バン ク上の デー タを基 に利 用可能 な最 大のデー タ 行 列 (41種 27， 663塩 基 対 ） を 作 製 し 、 最 節 約 法 と べ イ ズ 法 を 用 い て 分 子 系 統 学 的 解 析 を 行っ たと こ ろ 、 解像 度 と 信 頼度 の 非 常 に高 い 系 統 樹が 得 ら れ た。 特 に ベイズ 系統樹 は、亜 科レベ ル´ の 系 統 関 係 全 て に 対 し 事 後 確 率 1.00を 示 し た 。 以 上 の 系 統 樹 と 先 取 権 の 原 則 に 基 づ き 以 下 に 示
す 亜 科 レ ベ ル の 分 類 を 行 っ た ： Guloninae Gray， 1825個 ね 、 （ 沁 め 、 Mar tes)、 Helictinae GI・ y， 1865
（ 朋ゑf缶 剛P） 、LutrmaeBonapane， 1838（イ D り w、励 りめ竹 、貝 渺fcfむ 、工D門鮑、 工甜 ケロ、 工甜 ケ，Dgり た、P艪 m門 甜 ′ ロ ） 、 LyncodontinaePoco氓 1921（ Lyncodon） 、 MelinaeBonaparte， 1838（ mctonyX、 Meles） 、MellivonnaeGra・ y， 1865（ MemVora） 、 MusteHnacFischer， 1817（Mぬ 他 な、 Aを Dvむ D門 ） 、 1弧 idihlaePocock
1920（ ぬ 砒 ぬ ロ ） 、 ZomlmaeGray， 1865（ （ 砲 Zセ ぬ 、 Jめ ′ リ 、 PDPcfり gロ セ 、 め 朋 Pぬ ） 。 ま た 、 系 統 推 定にお けるOTU数の重 要性 が再確 認さ れ、十 分な 数のOTUを用 いた系 統推 定にお いて は配列 未決定 座位の 影響 は比較 的小 さいこ とが 示唆さ れた 。

3．食肉目イタチ科と齧歯目ネズミ科との同調的多様化
イタ チ科と独 立に多 様化に成 功した ネズミ科 との進 化的動態 を比較す ることで、生物多様性に影響を与えた地球規模での環境学的、地質学的変動を特定することを試みた。核ゲノムからAPOB、BRCA1、 IRBP、 R
AG1、vWF遺 伝子 の エクソン 領域に 着目し、 最尤法、 ベイズ 法を用いて系統樹を推定したところ、イタチ属、テン属、ハツカネズミ属、アカネズミ属の初期の分岐において、非常に短い枝が観察された。これらの系統パターンを支持する信頼値も非常に低かった。このことは短時間の系統放散により特定の系統発生パターンが形成されなかった可能性を示唆する。これら放散の年代を推定したところ、イタチ科とネズミ科の独立な系統における放散全てが中新世後期から鮮新世初期の出来事であることが示された。また各々の系統における放散パターンは生物地理学的にも矛盾がなかった。独立な系統における同様の放散は600‑800
万年
前 に 起 こ っ た 地 球 規 模 で の 急 速 な 草 原 の 拡 大 に よ り 引 き 起 こ さ れ た と 推 測さ れ る 。
4.
毛色関連遺伝子の分子進化学的解析
毛色変異 に関連 するMC
IR
遺伝 子の塩 基配列を 決定し 、分子進 化学的 様相を精 査した。
MC
I
R遺伝子はメラニン合成において重要な役割を果たすにも関わらず、多くの特徴的な遺伝的変異が観察された。毛色変異と強い相関を持つことが知られている領域を含む欠失がテン類において観察されたが、これらの欠失は毛色変化と関連がないことが示唆された。また、他の一般的な機能遺伝子とは異なり、アミノ酸置換を伴う非同義置換が多く観察された。MC
I
R
遺伝子の機能的制約の低下が特徴的な分子進化に影響したと考えられる。
本研 究により 食肉目 内のイタ チ科の 系統学的 位置付 けやイタ チ科内の 亜科レ ベルの系
統関係が頑健性と一致性と共に明らかにされ、高次分類群の分類体系が再構築された。また、イタチ科の急速な多様化は地球規模での環境あるいは地質変動の影響を強く受けてきたことが示唆され た。さら に、毛 色変異に 関わるMC
I
R
遺伝子においては、高い非同義置換率など特徴的な分子進化学的様相が観察された。イタチ科は形態学的、生態学的に非常に多様化した科であり、適応進化の宝庫と言える。今後、イタチ科を生物多様性研究のモデルとして扱うことにより、生物多様性に影響を与えた歴史的要因を捉える地球進化学的研究、あるいは正の自然選択を遺伝子上で検出する分子進化学的研究の発展が期待され、一般的な生物多様性を創出する要因と成立過程を探求する上で有用な知見が生み出されるものと考えられる。

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学位 論文審査の要旨
主査
副査
副査
副査

助教授
教授
教授
教授

鈴木 仁
木 村正 人戸 田正 憲東 正剛

学位論文題名:N/IolecularPhylogeny oftheFamilyMustelidae (Carnivora，IvIammalia)（食 肉目イ タチ科の 分子系統学 的研究）

イ タチ 科は 食肉 目に おい て他 に類 を見 ない 形態学 的・生態学的多様性を示すこと から 系統 関係 や分 類に おい て混 乱が 生じ ている 。その理由として、成因的相同 の影 響を 受け やす い形 態を 基に 系統 推定 や分類 体系の構築がなされてきた
こと や非 常に 速い 置換 速度 を有 する こと から 遠縁の 系統推定が難しいミトコン
ド リ ア DNAが 利 用 さ れ て き た こ と な ど を 申 請 者 は 挙 げ て い る 。 さ ら に イ タ チ科に おけ る混 乱の 原因 は、 サン プル 収集 が難 しいこ とに起因する対象種の偏りであ ると して 問題 提起 をし てい る。 申請 者は 以上の 問題点を克服するために、進化 速度 の遅 い核 遺伝 子エ クソ ン領 域に 着目 し、高 次分類群間の系統推定を行った 。ま た、 現在 利用 可能 な全 塩基 配列 を用 いるこ とで分子系統学的解析を行い、イタチ科の高次分類体系の再構築を試みた。
第 1章 で は 、 鰭 脚 類 、 レ ッ サ ー パ ン ダ 、 ス カ ン ク 類 の 系 統 学 的 位 置 付 け と 分類 の 再 検 討 を 行 う た め に 、 核 ゲ ノ ム か ら APOB、 IRBP、 RAG1遺 伝 子 エ ク ソ ン
領域 を用 いて 、食 肉類 の系 統関 係を 推定 した 。その 結果、最節約法、最尤法、ベイ ズ法 を用 いた 分子 系統 学的 解析 は鰭 脚類 の二系 統仮説を棄却し、単系統仮説 を 支 持 し た 。 ま た 鰭 脚 類 は イ タ チ 上 科 に 近 縁 で あ る こ と を 強 く 示 し た 。 また 、
従来 から のス カン ク類 を含 むイ タチ 科は アラ イグマ 科とレッサーパンダに対して側 系統 であ るこ とが 示さ れ、 スカ ンク 類と レッサ ーパンダに対し、科レベルの高 次分 類群 名の 付与 が適 切で ある こと が示 された 。多くの情報量、かつ手法にお いて も多 方面 から の十 分な 解析 から 得ら れた信 頼度の高い系統推定結果を考え ると 、申 請者 の主 張は 妥当 であ り、 本章 におけ る研究によルイタチ科の食肉目 に韜 ける 位置 付け が非 常に 明確 にな った と考え られる。特に、レッサーパ
ン ダ の 系 統 関 係 を 高い 信 頼 値 で 示 し た 最 初 の 研究 で あ り 評 価 は 高 い 。
第 2章 で は 、 利 用 可 能 な 全 デ ー タ に 基 づ く イ タ チ 科 の 亜 科 レ ベ ル の 分 類 の 再検 討 を 行 っ た 。 DNAデ ー タ ベ ー ス 上 の デ ー タ を 含 め 利 用 可 能 な 最 大 の デ ー タ 行列 (41種 ― ． 27， 652塩 基 対 ） を 作 製 し 、 最 節 約 法 と ベ イ ズ 法 を 用 い た 分 子 系統 学

的解析を行った。ベイズ系統樹において亜科レベルのほば全てのクレードに対し事後確率1.00という非常に高い信頼値が得られた。以上の系統樹と国際動物命名規約に基づきイタチ科を亜科レベルで再分類している。得られた亜科分類体系は非常に信頼性があり、頑健なものである。今後は、哺乳類の分類規約に従い、新たな分類体系を構築することで、100年以上続いた分類の混乱の大部
分 が 解 決さ れ 、 世 界的 評 価 が 得ら れ る も のと 期 待さ れる。
第3章では食肉目イタチ科と齧歯目ネズミ科との同調的多様化について分子系統学的手法を用いて検討を行った。イタチ科とネズミ科という独立に多様化に成功した系統における多様化の歴史を比較することで、生物多様性に影響を与えた地球環境変動を特定することを試みている。核ゲノムからAPOB、BRCA1、IRBP、RAG1、vWF遺伝子のエクソン領域に着目し、最尤法、ベイズ法を用いた分子系統学的解析から、イタチ属、テン属、アカネズミ属、ハツカネズミ属の初期の分岐において集中的系統放散が示された。分岐年代推定からこれら放散全てが中新世後期から鮮新世初期の出来事であることが示され、各放散パターンは生物地理学的にも矛盾がなぃことが示された。申請者は、600−800万年前の地球規模での急速な乾燥化とそれに伴う草原の拡大が、この哺乳類の多様化を引き起したと主張している。異なる独立な系統間で得られた一致した進化的傾向は、共通の原因の存在を示唆することから、結果や申請者の主張は非常に興味深い。今後、イタチ科と生態学的に関連するその他の分類群についても解析を進めることで、哺乳類の同調的放散仮説を裏付ける証拠が得られることが期待される。イタチ類とネズミ類の同調的放散を示した最初の研究であり、評価は高い。
第4章では、毛色関連遺伝子の分子進化学的解析を行った。イタチ科には顕著な毛色における変異が存在する。本章においては、イタチ科をモデルとして、毛色変異に関連するMCIR遺伝子の分子進化学的解析を行っている。結果、多くの非同義置換という特徴的な置換パターンが示されたが、中立進化を経ていることが示唆された。このような分子進化学的研究は、イタチ科における多くの生態学的特性に関連した多くの多様な変異の存在を考慮すると、今後発展すると予想される研究である。ゲノム上に船いて正の自然選択を検出するモデルとして期待できる。
以上のと船り申請者は、食肉目イタチ科を生物多様性研究のモデルとして扱うことの有用性を示すと共に、当分類群の系統学、分類学、進化学に多大なる貢献をしたものと考えられる。
よって、申請者は博士（地球環境科学）の学位を受けるのに充分な資格を有するものと判定した。