博 士（ 水 産科 学） 横山 良太
学位論文題名rvIolecular phylogeny and genetic population structure
offreshw
ater sculpins，Cottusa
nd7￣シ竹Cカi匸た黼勿SS
peCieS，
fromt
he．Far―EaS
treglon（極東 域産 カジ カ属 およ びヤ マノ カミ 属魚 類の分子系統および遺伝的集団構造）学 位論文内容の要旨
カ ジカ属魚 類(Cottus)は北半球 の広い範 囲の淡水 域に分布し、約40種を有する種多様 性に富ん だ分類群で ある。分 類学的に は未整理 ではあるが日本列島には本属魚類は7種が 分 布し 、 そ のう ち 5種は 日本固有 種である 。多くの 本属魚類 は河川性 または湖沼 性の生活 史を有する が、日本 産本属魚 類の生活 史は降河回遊性、両側回遊性、湖沼性 および河 川性と多様 である。 また、東 アジア地 域には、本属魚類に近縁とされ、降河回遊性の生活史をもっヤマノカミ属魚類ヤマノカミ(Trachidermusfasciatus)が分布する 。これら のことから 、日本を 含む極東 域はカジ カ属魚類の種分化の中心地のひとつであると考えられる。
多 様性に富 むこの地域 のカジカ 属魚類に ついては 、生活史進化および種分化に関する 研究が行 われてきた が、議論 の基盤と なるカジ カ属内の種間および近縁属間の系統関係を明確に示した研究はない。
そ こ で 、本 研 究 では ミ トコ ン ド リア DNA(mtDNA)の 塩 基 配列 デ 一夕 を 用 いて 、 極
東 域に分布 するカジカ 属および ヤマノカ ミ属魚類 について、種聞や種内といった様々な レベルの 系統関係を 推定する ことによ って、種 分化過程、系統地理、遺伝的集団構造および生活史の進化パターンを考察することを目的とした。
東 アジ ア 、口 シ ア 、ヨ ー口 ッパおよ び北米か ら得られ た、カジ カ属魚類 14種および ヤ マ ノ カ ミ に つ い て mtDNAの 調 節 領 域 お よ び 12S rRNAの 塩 基 配 列（ 計 1710bp)に基づいた分子系統解析を、Mesocottu
shaitej、Lep
tocottusar
matusおよびギスカジカ
を外群に用いて行った。
そ の結果、 カジカ属魚 類および ヤマノカ ミは2つの 単系統群 （グルー プIおよびII)に 分けられ た。グルー プIはヤマ ノカミお よびアユ カケ、一 方グルー プIIはアユカケ

を 除いたカ ジカ属魚 類で各々 構成され ていた。 アユカケ がグループ 1に含まれ たことか ら、カジカ 属は単系 統群では なく側系 統群であ ることが示唆された。さらに、グルー プIIに含まれ たカジカ 属魚類は 4つの単系 統群（サ ブグループIIa―Ild)に分けられた。
サブグループIlaはヨー口ッパ、パイカル湖および北米に分布する種(Cottusgobio、
C． kessleri、C．cog
natusおよびC．aleuticus)から、サブグループIIbはアムール川および ョー口ッバ 産のC． poecilopusの 3つの遺伝 子型から 、サブグループlIc
は（エゾハナ カジカ― ハナカジ カ）およ び（カン キョウカ ジカーキ ビレカジカ ）の2つの 単系統群 から、サ ブグルー プIldはカジ カ種群お よびコウ ライカジ カから、各 々構成さ れてい た。各サブ グループ 間の遺伝 的距離は ほぼ同程 度(4.46‑5.88%)であり、各サブグループの分化がほぽ同じ時期に起こったものと考えられた。
次 に、通し回 遊性のカ ジカ属魚 類の遺伝 的集団構 造を明らかにするために、口シア極 東 域、 サ ハ リン お よび 北 海 道に分布 する両側 回遊性の ェゾハナカ ジカにつ いて、mtDNAの塩基配列データの解析を行った。
上 述 した 分 布 域か ら 採集 さ れ た60個体 に つ いて mtDNAの 調 節領 域 (420bp)を解 析
し た 結果 、 得 られ た 遺伝 子 型 は2つのみ であり、 それらは 1塩基の置換 で特徴づ けられ る非常に近 縁なもの であった 。このこ とから、 エゾハナカジカの遺伝的集団構造は
地 域集団間の 遺伝子流 動が大き く、地域 集団間に 長期間の隔離は存在しなかったと推察 された。こ のような 遺伝的集 団構造は 、本種が 孵化仔魚期に沿岸域で過ごす両側回遊 性の生活史 を有し、 河川間の 個体の移 動が海を 通じて起こるためにもたらされたと考えられた。
一 方、一生を 河川で過 ごす河川 性種の遺 伝的集団 構造を明らかにするために、北海道 全 域と 東 北 地方 の 一部 に 分 布す る 河 川性 の ハナ カ ジ カに ついて mtDNAの調節領 域の 塩 基 配 列 (421bpお よ び 973bp)を 用 い て 分 子 系 統 学 的 解 析 を 行 っ た 。
分 布域 全 体 から 得 られ た 93個 体につい て解析し た結果、 21の遺伝子型 が見出さ れた 。 それ ら の 遺伝 子 型は 遺 伝 的に分化 した3つの 系統に分 けられ（約 3%)、各々の 系
統 はそれぞれ 北海道、 東北北部 、および 山形県に 分布していた。また、各系統内におい ても河川毎 に固有の 遺伝子型 を有し、 河川間で 同じ遺伝子型を共有することはほとん どなかった 。このこ とから、 本種は地 域および 河川間の隔離が長期間にわたり維持さ れ、地域集 団間の遺 伝子流動 がほとん どない遺 伝的集団構造を有していると推定され た。このこ とは、ハ ナカジカ が河川性 の生活史 を有し、その分散能カが低く、地域集団間で隔離が生じやすいためにもたらされたと考えられた。
エゾ ハ ナ カジ カ と ハナ カ ジカ はカジカ 属内で最 も近縁な 関係にある とされて きたが 、全く異な る遺伝的 集団構造 を有して いること が示された。その違いは両者の生活史の 違いによ ってもた らされた と考えら れた。
次に 、 エ ゾハ ナ カジ カ と ハナ カ ジ カの 遺 伝的 類 縁 関係 を mtDNAの調節 領域の塩 基配 列 (421bp)に 基 づ いて 推 定し たと ころ、エ ゾハナカ ジカで見い だされた 2つの遺伝
子 型 は と も にハ ナ カジ カ の 北海 道 の系 統 に 含ま れ 、2種の mtDNAの 系 統 は入 り 交じっ ている ことが示 された。 さらに、 エゾハナ カジカの遺 伝子型の 1っとハナ カジカの北 海道南 部集団か ら得られ た遺伝子 型は同一 であり、他 の1っも近 縁であっ た。これは 、 北 海 道 南部 に おい て は 2種 間に mtDNAの 浸 透交 雑 が生 じ た ため で あ ると 考 えられた 。
カジ カ属およ びヤマノ カミ属魚 類におけ る多様な 生活史の進化を分子系統樹に基づい て復元 すること を試みた 。系統樹 上に産卵 場所をマッ ピングし た結果、 グループ Iは 海 水域 、 グ ルー プ IIは 淡 水域 が産卵 場所であ り、卵およ び胚の淡 水適応能 を獲得
し た グル ー プ IIの 祖先 系 統 から 両側回 遊性、河 川性および 湖沼性の 各生活史 が進化し た と考 え ら れた 。 また 、 グ ループ IIの日本を 含む東アジ ア地域に 分布する 複数のサブ グループ におしjて 、両側回遊性と河川性種が姉妹群（工ゾハナカジカーハナカジ
カ、 カンキョ ウカジカ ―キビレ カジカ、 およびカ ジカ中卵型ーカジカ大卵型）を構成
し た こと か ら 、こ れ らの 生 活 史進化 が複数の 系統で平行 的に進化 したこと が示された。 この生活 史の平行 進化は、 両側回遊 性と河川 性への分化という共通した進化バターン が、本地 域のカジ カ属魚類 が様々な 淡水環境 に適応する過程で平行的に生じたことを 示唆する 。
以上 の結果か ら、カジ カ属およ びヤマノ カミ属魚 類の種分化、分散過程および遺伝的集 団構造に ついては 以下のよ うに考え られる。 海産のカジカ科魚類から東アジア地域 におい て淡水域 に侵入し た系統か ら、海水 域で産卵す る系統（ グループ Iの祖先）と 、 淡水 域 で 産卵 す る形 質 を 獲得し た系統（ グループIIの 祖先）が 出現し、 後者は東ア ジアから バイカル 湖を含む シベリア 、ヨー口 ッパ、および北米大陸へとそれぞれ分 散 しな が ら 種分 化 した 。 ま た、上 記したよ うに東アジ ア地域に おけるグ ループIIの各 サブグル ープでは 生活史分 岐を伴う 種分化が 平行的に生じていたと考えられる。
その ような進 化過程を 経て生じ た近縁種 間におい て、その遺伝的集団構造は生活史の違い に対応し て異なっ た構造を 呈し、さ らに、一 部地域においてはェゾハナカジカとハ ナ カ ジ カ 間 で み ら れ た よ う に 、 mtDNAの 異 種 間 浸 透 も 生 じ た と 考 え ら れ る 。

学 位論文審査の要旨
主査
副査
副査
副査

教 授

荒教 授

嵯

助教授

後助教授

矢井克俊
峨直恆藤 晃部 衞

学位論文題名IvIolecular phyl
og
e
ny a
ndge
neti
cp
op
ul
at
io
ns
truc
tu
r
eo
ff
reshw
at
ers
culpins，Cottu
sandT
racたzder7nu
sspecies，fr
omtheFar‑Eastreglon（極 東域 産カ ジカ 属お よぴ ヤマ ノカ ミ属魚類の分子系統および遺伝的集団構造）

申 請者は、極東域に分布するカジカ属およびヤマノカミ属魚類を対象に、ミトコン
ド リ ア DNA (mtDNA)の 塩基 配列 解析 を行 い、 それら の種 間と 種内 の様 々な レベ ルにおけ る系統関係を推定するとともに、種分化プ口セス、系統地理、遺伝的集団構造およ び 生 活 史 進 化 パ タ ー ン に つい て の 研 究 を 行い、 以下 の評 価す べき 結果 を得 た。
1） 日 本 を 含 む東 アジ ア、 口シ ア、 ヨー ロッ パおよ び北 米か ら得 られ たカ ジカ 属14
種 と ヤ マ ノ カ ミ 属 ヤ マ ノ カ ミを 対 象 に 、 mtDNAの 調 節 領 域お よ び 12S rRNAの 塩基配列 を決 定し 、分 子系 統解 析を 行っ た結 果、 これ らの カジカ 属魚類とヤマノカミは大きく2つの単系統群（グル‐プIおよびII冫に分けられた。
2） グル ープ Iはヤ マノ カミ およ びァ ユカ ケ、 一方 グル ープIIはアユカケを除いたカジ カ 属 魚 類 で各 々構成 され てい た。 アユ カケ がグ ルー プIに 含ま れた こと から 、カジカ 属は 単系 統群 では なく 側系 統群 であ るこ とが 示唆 された 。さらに、グループIIに 含まれたカジカ属魚類は4つの単系統群（サブグループIIa−Ild)に分けられた。
3）サブグループI
Iaはヨー口ッパ、パイカル湖および北米に分布する種(Cottus gobio、
C． kessleri、C．cognatusおよびC．aleuticus)から、サブグループIIbはアムール川
およ びョー口ッパ産のC． poecilopusの3っの遺伝子型から、サブグループIlcは（工ゾ ハ ナ カ ジ カー ハナカ ジカ ）お よび （カ ンキ ョウ カジ カー キピ レカ ジカ ）の2つの単 系 統 群 か ら、 サブグ ルー プIIdは カジ カ種 群およ びコ ウラ イカ ジカ から 、各 々構成されていた。各サブグループ間の遺伝的距離はほぼ同程度(4.46―5.88）であり各サブグループの分化がほぼ同じ時期に起こったものと考えられる。

4）通し回遊性のカジカ属魚類の遺伝的集団構造を明らかにするために、口シア極東域、サハリンおよび北海道に分布する両側回遊性のェゾハナカジカについて、上述
し た分 布域 から 採集さ れた60個体についてmtDNAの調節領域(420bp)を解析した
結果、得られた遺伝子型は2つのみであり、それらは1塩基の置換で特徴づけられる非常に近縁なものであった。このことから、工ゾハナカジカの遺伝的集団構造は地域集団間の遺伝子流動が大きく、地域集団間に長期間の隔離は存在しなかったと推察された。このような遺伝的集団構造は、本種が両側回遊性の生活史を有し、河川 間 の 個 体 の 移 動 が 海 を 通じ て 起 こ る た め に も た ら さ れた と 考 え ら れ る 。
5）一生を河川で過ごす河川性種の遺伝的集団構造を明らかにするために、北海道全域と東北地方の一部に分布する河川性のハナカジカについてmtDNAの調節領域の塩 基配 列(421bpおよび 973bp)を用いて分子系統学的解析を行った。分布域全体から得られた93個体について解析した結果、21の遺伝子型が見出された。それらの遺伝子型は遺伝的に分化した3つの系統に分けられ（約3%)、各々の系統はそれぞれ北海道、東北北部、および山形県に分布していた。また、各系統内においても河川毎に固有の遺伝子型を有し、河川間で同じ遺伝子型を共有することはほとんどなかった。このことから、本種は地域および河川間の隔離が長期間にわたり維持され、地域集団間の遺伝子流動がほとんどない遺伝的集団構造を有していると推定された。
6） エ ゾ ハ ナ カジカ とハ ナカ ジカの 遺伝 的類 縁関 係をmtDNAの調 節領 域の 塩基(421bp)に基づいて推定したところ、エゾハナカジカで見いだされた2つの遺伝子型はともにハナカジカの北海道の系統に含まれ、2種のmtDNAの系統は入り交じっていることが示された。さらに、エゾハナカジカの遺伝子型の1っとハナカジカの北海道南部集団から得られた遺伝子型は同一であり、他の1っも近縁であった。これ は、 北海 道南 部にお いては2種間にmtDNAの浸透交雑が生じたためであると考えられる。
7）カジカ属およびヤマノカミ属魚類における多様な生活史の進化を分子系統樹に基づいて復元することを試みた。系統樹上に産卵場所をマッピングした結果、グループIは海水域、グループIIは淡水域が産卵場所であり、卵および胚の淡水適応能を獲得したグループIIの祖先系統から両側回遊性、河川性および湖沼性の各生活史が進化したと考えられた。また、グループIIの日本を含む東アジア地域に分布する複数のサブグループにおいては、両側回遊性と河川性種の姉妹群（エゾハナカジカ―ハナカジカ、カンキョウカジカーキビレカジカ、およびカジカ中卵型―カジカ大卵型）の生活史が平行的に進化したことが示された。
8）以上の結果から、カジカ属およびヤマノカミ属魚類は、海産のカジカ科魚類から東アジア地域において淡水域に侵入した系統から、海水域で産卵する系統（グループIの祖先）と、淡水域で産卵する形質を獲得した系統（グループIIの祖先）が出現し、後者は東アジアからバイカル湖を合むシベルア、ヨー口ッパ、および北米大陸へとそれぞれ分散しながら種分化したと推察される。

申請者による以上の研究成果は、水圏生物の多様性の実態とその起源の解明に大きく寄与するものであり、審査員一同は博士（水産科学）の学位を授与される資格のあるものと判定した。