Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
飛び離れた分布をするハプロタイプ（表の丸印）を除いて解析した場合：山地で隔離され、平野部で分布拡大という歴史推定が可能

図(1)-9 モツゴの九州在来系統のmtDNAハプロタイプにおける階層クレード分析の結果。各ハプロタイプ（クレード）の分布に地理的な偏りが検出されたもの（図2の $ ^{*} $ ）について、「推論の鍵」に従って分布形成プロセスを推定した。得られた全データに基づくと明確な推論はできないが（左）、一部のハプロタイプを除くと地形や魚類相の地域差に完全に一致する推論となる。そのため、これら一部のハプロタイプは九州内での国内移殖による可能性がある。

## （４）外部形態の変異などを指標にした交雑の実態解明

岐阜県岐阜市の長良川と三重県鈴鹿市のため池において、ヨシノボリ類の色斑とミトコンドリアDNAの系統を指標に国内外来種との交雑の状況を検証した。日本産ヨシノボリ属魚類は15種が知られており、その中のゴクラクハゼRhinogobius giurinusを除く14種を一般に「ヨシノボリ類」と呼ぶ（鈴木ほか2010）。ヨシノボリ類各種は外部形態と体の色斑で区別されるが、本研究においてシマヨシノボリ、トウヨシノボリ、トウカイヨシノボリ、シマヒレヨシノボリの4種（図1-(10)）の間で色斑とミトコンドリアDNAの系統に一致しない事例が見られ、遺伝的かく乱によるものと推定された。
図(1)-10 岐阜市で採集したヨシノボリ類。a）トウヨシノボリ、b）シマヒレヨシノボリ、c）トウカイヨシノボリ、d）シマヨシノボリ。

岐阜市の長良川では、長良川本流で採集したヨシノボリ類41個体を、生時に色斑型をもとに同定した後、塩基配列を決定した。比較のために、岐阜市内のため池で採集されたトウヨシノボリ（1個体）、シマヒレヨシノボリ（4地点14個体）、トウカイヨシノボリ（2地点9個体）と、市内の小河川（新堀川）で採集されたトウヨシノボリ（1個体）の塩基配列も決定し、Mukai et al.（2005）で公表した日本産ヨシノボリ類の塩基配列を含めて解析した。長良川本流で採集されたヨシノボリ類は色斑および形態的特徴から、カワヨシノボリ、シマヨシノボリ、トウヨシノボリの3種に同定されたが、形態的特徴とミトコンドリアDNAの系統が一致しない個体が9個体見られた（表4-(4)-1）。形態的特徴は各種の中間ではなく、トウヨシノボリと一致することから雑種第一代ではなく交雑を通じた遺伝子浸透が生じたものと推測できる（表(1)-4、図(1)-11）。

形態的にトゥヨシノボリであるが、ミトコンドリアDNAが他種に由来する個体については、トゥヨシノボリを父種とする交雑の結果と考えられる。東海地方のトゥヨシノボリとシマヒレヨシノボリについては在来か外来か明確な結論は得られていないが、いずれの種も東海地方ではダム湖や市街地のため池といったさまざまな魚種が放流されている環境が主たる分布域である。さらに、トゥヨシノボリのミトコンドリアDNAは常に琵琶湖産と同じハプロタイプ、シマヒレヨシノボリは常に瀬戸内地方と同じハプロタイプであり、東海地方固有の遺伝的特徴が見られないことから（向井　未発表）、両種とも国内外来種の可能性が高い。したがって、長良川において、国内外来種のトゥヨシノボリが在来種のシマヨシノボリやトゥカイヨシノボリ、国内外来種のシマヒレヨシノボリと交雑していることが示唆される。
表(1)-4 長良川で採集されたヨシノボリ類の色斑・外部形態とミトコンドリアDNA型

色斑・外部形態	mtDNA
カワヨシノボリ	カワ	9個体
シマヨシノボリ	シマ	7個体
トウヨシノボリ	トウ	16個体
トウヨシノボリ	シマ	6個体	*
トウヨシノボリ	トウカイ	1個体	*
トウヨシノボリ	シマヒレ	2個体	*

*色斑・形態とミトコンドリアDNAの系統が一致しない個体

a

図(1)-11 長良川で採集された外部形態からトウヨシノボリと同定される個体。ミトコンドリアDNAはそれぞれa）シマヨシノボリ、b）シマヒレヨシノボリ、c）トウカイヨシノボリ。

三重県の鈴鹿市では「重要生態系地域の自然環境調査」として南部丘陵のため池81カ所の調査が行われ、そのうちの11カ所でヨシノボリ類が記録されていたことから、各ため池におけるヨシノボリ類の色斑とミトコンドリアDNAを調査した。その結果、色斑とミトコンドリアDNAの系統からトウヨシノボリ、シマヒレヨシノボリ、トウカイヨシノボリの3種が分布することが明らかになった（表(1)-5）。しかし、調査地点のうち2地点では色斑的特徴がトウヨシノボリであるが、個体によってミトコンドリアDNAがトウヨシノボリかトウカイヨシノボリのものが混在していた（図(1)-12）。また、色斑と形態はシマヒレヨシノボリであるが、個体によってミトコンドリアDNAがトウヨシノボリかトウカイヨシノボリという池もあった。

前述のように、東海地方においてはトウヨシノボリとシマヒレヨシノボリは国内外来種の可能性がある。鈴鹿市のため池の場合、トウカイヨシノボリのミトコンドリアDNAは11調査地点のうちの5地点で確認されているが、形態もトウカイヨシノボリと同定できるのは1地点しかない。このことは、本来トウカイヨシノボリが分布していた地域に他の国内移入のヨシノボリ類が侵入することで交雑し、置き換えられつつあることを示唆する。
表(1)-5 鈴鹿市のため池におけるヨシノボリ類の色斑・外部形態とミトコンドリアDNA

色斑・外部形態	mtDNA
トウヨシノボリ	トウ	5地点
シマヒレヨシノボリ	シマヒレ	1地点
トウカイヨシノボリ	トウカイ	1地点
トウヨシノボリ	トウ＆トウカイ	2地点	*
シマヒレヨシノボリ	トウ＆トウカイ	1地点	*
シマヒレヨシノボリ	トウカイ	1地点	*

*雑種群の可能性のある個体群

図(1)-12 鈴鹿市のため池で採集された雑種群と推定される個体。a）形態的にはトウヨシノボリだがmtDNAはトウカイヨシノボリ、b）形態的にはシマヒレヨシノボリだがmtDNAはトウヨシノボリ、c）形態的にはシマヒレヨシノボリだがmtDNAはトウカイヨシノボリ。後二者は同じため池で採集された個体。

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

本サブテーマの一連の研究を通じて、これまで明確に示されてこなかった同種の淡水魚の地域間での移殖の実態と影響を明らかにすることができた。

淡水魚の国内移殖については、これまでから琵琶湖固有種の他地域への侵入定着や、西日本の魚種がそれまで分布しなかった東日本に侵入するなどといったことが知られてきた。それらの国内外来種の生態的影響の解明と対策も重要な問題であるが、分布域外への侵入という点で海外から持ち込まれる外来種と同じ問題であり、啓発も比較的しやすい。実際、滋賀県や愛知県ではそれぞれの地域に分布しなかったオヤニラミなどの日本産淡水魚を、外来種として条例で飼育・放流等禁止としている。しかし、分類学的に同種とされるものの地域間の移殖は、遺伝的解析が必要なためにほとんど実態が把握されてこなかった。本サブテーマでは、複数の魚種について大規模な遺伝的解析を行い、現状の概要を明らかにすることができたと考えられる。特に、アユやコイ・フナなどの水産有用魚種の放流に随伴したと考えられるオイカワ、ゼゼラ、モツゴの外来遺伝子の分布拡大が著しく進んでいることが明らかになった。各地域固有の遺伝的特徴を持つ在来
個体群を、将来存続させるべき遺伝子資源（もしくは保全すべき生物多様性）とするならば、国内移殖によって攪乱されているこれら「普通種」の遺伝的多様性の方が、レッドデータブックなどで啓発されて保全が講じられている絶滅危惧種よりも危機的な状況にあるといえるだろう。

また、岐阜市と鈴鹿市のヨシノボリ類については、すでに国内移殖による異種間の遺伝的かく乱が大きく進行している可能性が示された。調査対象としたトウカイヨシノボリとシマヒレヨシノボリは近年になってトウヨシノボリから分離して分類された種だが（鈴木・向井 2010）、発見された時点ですでにトウカイヨシノボリは近似種の国内移殖による危機的状況にある。こうしたことから、本サブテーマの成果は生物多様性保全における遺伝的解析を広く行うことの重要性を示し、分類学などの自然史研究を早急に進めなければ多くのものが未知のまま失われてしまうことを提示できたといえる。

## （２）環境政策への貢献

国内学会等での発表やシンポジウムの開催、新聞報道等を通じて、本研究で明らかとなった国内移殖による魚類の遺伝的かく乱の現状を提示し、成果の普及に努めた。国内外来魚問題についての認識を広げることは、各地方自治体における条例制定にも貢献する。本研究課題に関して平成21年度に向井・鬼倉らが開催したシンポジウム「国内外来魚問題の現状と課題」は、朝日新聞による愛知県条例に関する記事（2009年11月19日、全国版夕刊）の元になり、国内外来種の規制に貢献したと考えられる。さらに、平成22年度は岐阜県で「豊かな海づくり大会」が開催され、名古屋で生物多様性条約の「COP10」が開催されたため、岐阜県周辺の新聞・テレビが生物多様性に関する報道を数多く行ったため、本研究に関する成果も新聞等で複数回報道された。

また、平成22年に岐阜県と岐阜大学が連携しておこなった「岐阜から生物多様性を考える研究会」において、本研究成果である岐阜県のオイカワなどの遺伝子解析の結果を提示し、平成23年に岐阜県が策定した「生物多様性ぎふ戦略」では、国内外来魚による遺伝的かく乱の問題を明記することに貢献した（「生物多様性ぎふ戦略の構築」pp.12-13）。

三重県鈴鹿市が2012年3月に作成した「重要生態系地域の自然環境調査報告書」では、本研究成果であるヨシノボリ類の形態的同定と遺伝子解析の結果を提示し、在来種の残る地点の重要性を示すことに貢献した(報告書p.120)。

今後は、英語論文や国際学会等を含めて海外へも成果の広報、普及を行うことで国際的な環境政策への貢献も図る予定である。

## 6 ．国際共同研究等の状況

特に記載すべき事項はない

## 7 ．研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

<論文（査読あり）>

1) K. Watanabe, Y. Kano, H. Takahashi, T. Mukai, R. Kakioka, K. Tominaga : Ichthyol. Res,
57, 107–109 (2010) "GEDIMAP: a database of genetic diversity for Japanese freshwater fishes."

2) M. Hirayama, T. Mukai, M. Miya, Y. Murata, Y. Sekiya, T. Yamashita, M. Nishida, S. Watabe, S. Oda, H. Mitani: Gene, 457, 13–24 (2010) "Intraspecific variation in the mitochondrial genome among local populations of Medaka Oryzias latipes."

3) K. Watanabe, S. Kawase, T. Mukai, R. Kakioka, J. Miyazaki, K. Hosoya: Zool. Sci, 27, 647–655 (2010) "Population divergence of Biwia zezera (Cyprinidae: Gobioninae) and the discovery of a cryptic species, based on mitochondrial and nuclear DNA sequence analyses."

4）向井貴彦、梅村啓太郎、高木雅紀：日本生物地理学会会報，66，85-92（2011）「岐阜県におけるカラドジョウの初記録と中国系ドジョウの侵入」

5）向井貴彦、池谷幸樹、大仲知樹、古屋康則、高木雅紀、塚原幸治、寺町茂、吉村卓也：日本生物地理学会会報，66，203-209（2011）「岐阜県におけるスナヤツメ北方種と南方種の分布」

## くその他誌上発表（査読なし）>

1）向井貴彦：自治研ぎふ、91，39-47（2009）「岐阜県版レッドリストの改訂：自然環境を適切に評価するためには？」

2）鈴木寿之、向井貴彦、吉郷英範、大迫尚晴、鄭達壽：大阪市立自然史博物館業績、418, 1-14(2010)「トウヨシノボリ縞鰭型の再定義と新標準和名の提唱」

3）古屋康則・高崎文世・伊藤亮・向井貴彦：（財）自然保護助成基金助成研究 長良川河口堰運用10年後の環境変化とそれが地域社会に及ぼした影響の解析（長良川河口堰事業モニタリング調査グループ 編）、9-16（2010）「河口堰湛水域の魚類群集一揖斐川下流域との比較一」

4）向井貴彦・瀬能 宏：魚類学雑誌、57，75-76（2010）「国内外来魚問題とは？」

5）向井貴彦・古屋康則：長良川下流域生物相調査報告書2010 河口堰運用15年後の長良川、長良川下流域生物相調査団，38-53（2010）「長良川河口堰による魚類群集の変化－汽水域生態系の消滅－」

6）向井貴彦：自然保護、2010年9・10月号（No.517），20（2010）「河口堰運用前後の長良川の生きものについての調査報告書公開中！」

7）向井貴彦：自然保護、2010年9・10月号（No.517），27（2010）「「オイカワ」国内産でも外来種！遺伝子の多様性が減少」

8) 鈴木寿之・向井貴彦：魚類学雑誌、57，176-179（2010）「シマヒレヨシノボリとトウカイヨシノボリ：池沼性ヨシノボリ類の特徴と生息状況」

9）小見山 章 監修：岐阜から生物多様性を考える、岐阜新聞社、42-57（2012）「長良川の魚たちは今？：河川における生物多様性の現状（執筆担当：向井貴彦）」

## （2） 口頭発表（学会等）

1）早川明里、高村健二、中島淳、河口洋一、鬼倉徳雄、向井貴彦：2009年度日本魚類学会年
会（2009）「日本列島におけるオイカワの系統地理」

2）向井貴彦、小西繭、渡辺勝敏、武内陽佑、中島淳、河口洋一、鬼倉徳雄、高田啓介：2009年度日本魚類学会年会（2009）「日本産モツゴにおけるmtDNAの地理的変異」

3）向井貴彦、古屋康則：日本生態学会第58回大会（2011）「長良川河口堰の稼動による魚類群集の変化」

4）向井貴彦：日本魚類学会年会（2011）「岐阜県長良川におけるヨシノボリ類のmtDNA系統と色斑的特徴の不一致」

5）梅村啓太郎、高木雅紀、向井貴彦：日本魚類学会年会（2011）「岐阜県におけるカラドジョウの初記録と大陸産マドジョウの侵入について」

6）向井貴彦、古田莉奈、古橋芽：日本生態学会・EAFES大会（2012）「岐阜市のため池における魚類相」

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない

（４）シンポジウム、セミナーの開催（主催のもの）

1）国内外来魚問題の現状と課題（2009年10月12日、東京海洋大学大講義室、観客250名）

## （５）マスコミ等への公表・報道等

1) 週刊SPA!「外来種［駆除派／共存派］が大激突」（2009年10月20日号、扶桑社）

2) 岐阜新聞「ぎふ海流 第7章 地域力の再生 8 地域固有性の保存」（2010年5月9日）

3) 中日新聞「木曽三川に“外来種”西日本型オイカワすみ分けピンチ」（2010年5月14日，全国版夕刊）

4) 中日新聞「分断の代償 5 国内外来種」（2010年5月26日，岐阜県版）

5) 岐阜新聞「トウヨシノボリ4種の遺伝子解析「縞型」実は新種」（2010年7月30日）

6) NHK総合（中部）ナビゲーション「広がる“国内外来種”～どう守る地域の生態系～」(2010年7月9日．コメンテータとして出演)

7) 岐阜新聞「「カラドジョウ」県内で初確認」（平成23年12月30日）

8) 読売新聞「要注意外来生物カラ ドジョウ 県内で生息確認」（平成24年1月7日、岐阜県版）

9) 岐阜新聞「研究室から 大学はいま 「生物DNA，地域ごとに違い」」（2012年4月10日）

## （6） その他

特に記載すべき事項はない

### 8 \. 引用文献

樋口文夫, 福鳩 悟: 鶴見川水系における谷戸水路と河川の人工構造物と魚類流程分布との関係.

横須賀市環境科学研究所報 31:40-55 (2007)

堀川まりな，向井貴彦：濃尾平野におけるゼゼラのミトコンドリアDNA二型の分布．日本生物地理学会会報 62：29-34（2007）
堀川まりな，中島淳，向井貴彦：九州北部のゼゼラにおける在来および非在来ミトコンドリアDNAハプロタイプの分布．魚類学雑誌54：149-159（2007）

Kim JS, Jung SO, Hwang DS, Lee YM, Lee JS: Unusual mitochondrial genome structure of the freshwater goby Odontobutis platycephala: rearrangement of tRNAs and an additional non-coding region. Journal of Fish Biology 73: 414-428 (2008)

Mukai T, Nakamura S, Suzuki T, Nishida M: Mitochondrial DNA divergence in yoshinobori gobies (Rhinogobius species complex) between the Bonin Islands and the Japan-Ryukyu Archipelago. Ichthyological Research 52: 410-413 (2005)

向井貴彦，西田 睦：日本産ドンコにおけるミトコンドリアDNAの系統と関東地方への人為移植の分子的証拠．魚類学雑誌 50：71-76（2003）

Rahel FJ: Homogenization of fish faunas across the United States. Science 288: 854-856 (2000)

斎藤和久，金子裕明，勝呂尚之：相模川水系の魚類相．神奈川自然誌史料 31：59-68（2010）

Sakai H, Yamamoto C, Iwata A: Genetic divergence, variation and zoogeography of a freshwater goby, Odontobutis obscura. Ichthyological Research 45: 363-376 (1998)

Sato M, Kawaguchi Y, Nakajima J, Mukai T, Shimatani Y, Onikura N: A review of the research on introduced freshwater fishes: new perspectives, the need for research, and management implications. Landscape Ecology and Engineering 6: 99-108 (2010)

Shimizu T, Taniguchi N, Mizuno N: An electrophoretic study of genetic differentiation of a Japanese freshwater goby, Rhinogobius flumineus. Japanese Journal of Ichthyology 39: 329-343 (1993)

鈴木寿之，向井貴彦：シマヒレヨシノボリとトウカイヨシノボリ：池沼性ヨシノボリ類の特徴と生息状況．魚類学雑誌 57：176-179（2010）

鈴木寿之，向井貴彦，吉郷英範，大迫尚晴，鄭達壽：トウヨシノボリ縞鰭型の再定義と新標準和名の提唱．大阪市立自然史博物館研究報告，64：1-14（2010）

竹花佑介，北川忠生：メダカ：人為的な放流による遺伝的攪乱．魚類学雑誌 57：76-79（2010）

Takehana Y, Nagai N, Matsuda M, Tsuchiya K, Sakaizumi M: Geographic variation and diversity of the cytochrome b gene in Japanese wild populations of medaka, Oryzias latipes. Zoological science 20: 1279–1291 (2003)

Watanabe K, Kawase S, Mukai T, Kakioka R, Miyazaki J, Hosoya K: Population divergence of Biwia zezera (Cyprinidae: Gobioninae) and the discovery of a cryptic species, based on mitochondrial and nuclear DNA sequence analyses. Zoological Science 27: 647-655 (2010)

渡辺勝敏，高橋洋，北村晃寿，横山良太，北川忠生，武島弘彦，佐藤俊平，山本祥一郎，竹花佑介，向井貴彦，大原健一，井口恵一朗：日本産淡水魚類の分布域形成史：系統地理的アプローチとその展望．魚類学雑誌 53：1-38（2006）
(2) 遺伝子かく乱魚種の分布、生息条件の特定および遺伝子かく乱侵攻予測モデルの構築

九州大学農学部 鬼倉 徳雄・福田 信二

平成21～23年度累計予算額：7,543千円

（うち、平成23年度予算額：2,553千円）

予算額は、間接経費を含む。

[要旨] 近年新たな外来魚問題として注目される遺伝子かく乱にスポットを当て、遺伝子かく乱魚の分布、生息条件を特定し、そのかく乱予測モデルを構築した。九州内1200地点の魚類分布データベース（DB）を構築し、群集解析を実施して、モデル構築に必要な条件設定を行った後、遺伝子かく乱魚の環境の選好性を解析し、予測モデル構築の可能性を検討した。続いて、外来魚の侵略性評価キットを使って、リスク評価を行い、対象魚種を選定した。最終的に、侵略的魚種と評価された種のうち、遺伝子かく乱が侵攻しているモツゴと近縁在来種との交雑問題を抱えるタイリクバラタナゴを解析した。モツゴについては、一般化線形混合モデル（GLMM）で分布モデルを構築後、サブテーマ1の遺伝子かく乱度を目的変数、モツゴの環境選好度、外来魚の種数、外来魚各種の在・不在、モツゴの分布重心からの距離などを説明変数としてGLMMを実施する解析パターンと、モツゴの遺伝子かく乱の主原因と推定されるゲンゴロウブナを考慮し、モツゴの在・不在、ゲンゴロウブナの在・不在の全組み合わせをモデル化し、各パターンへの適合度を説明変数としたランダムフォレスト（RF）を構築する解析パターンを実施した。いずれの手法においても予測値と観測値は正の相関性を示し、予測の正当性が得られたため、予測値を地図上に描写し、在来モツゴの生息地で遺伝子かく乱リスクが高い場所を特定した。タイリクバラタナゴについては、GLMMでニッポンバラタナゴ、タイリクバラタナゴの分布モデルを構築後、両種の交雑頻度を目的変数、各種の環境選好度、外来魚類の種数、外来各種の在／不在、ニッポンバラタナゴの分布重心からの距離を説明変数としたGLMMを実施した。モツゴと同様、予測値と観測値は正の相関性を示したため、地図上に描写して、純系ニッポンバラタナゴ生息地の幾つかで高いリスクを伴う場所を特定した。本研究により、目に見えない形で侵攻する遺伝子かく乱に対する監視が実施可能となり、純淡水魚類の保全上、飛躍的に技術が発展したと判断する。

[キーワード] モツゴ、タイリクバラタナゴ、外来魚の侵略性評価キット、一般化線形混合モデル、ランダムフォレスト

### 1. はじめに

侵略的外来生物が及ぼす環境・生態系への負の影響は世界的な問題である。そして、生態的影響が著しい特定外来種については、在来生物への影響や移入先での生態、駆除方法などが研究され（淀・木村 1998；Maezono and Miyashita 2003；Katano et al. 2005）、その管理手法の構築が進みつつある。一方、国内の在来種が本来の生息域外である国内の他地域に移入さ
れる国内移殖の問題は極めて軽視され、一般的認知にも乏しい。そして、その中でも同一種であるにもかかわらず、異なる集団の移殖に伴って起こる遺伝子かく乱については十分な研究すらなされていないのが原状である。

日本の淡水魚は本来、移動範囲が河川水系内に限定されるという特性上、地理的分化が極めて進んでいる（向井 2001；渡辺ほか 2006）。例えば、メダカでは遺伝子レベルでは明瞭に区分される北日本集団と南日本集団に2区分され（Nakabo 2002）、両者はそれぞれ異なる遺伝的特性、形態的特性を持ち、そして、つい先日、その一方が別亜種として記載された（Asai et al. 2011）。しかしながら、先に述べた国内移殖に伴い、遺伝的に異なる特性を持った同一種が交雑するといった問題が近年報告され始めた。これが本課題で注目する遺伝子かく乱である。九州では、少なくともゼゼラという淡水魚で外来遺伝子の移殖・定着が確認されている（堀川ほか 2007）。こういった移殖に伴う生態系・生物多様性かく乱の監視・管理の場で、遺伝子かく乱の最大の問題点は、分類学上は同一種として扱われていることである。外観上の識別が難しいため、サンプルを収集して遺伝子を解析しない限り、その侵攻状況を把握できない。したがって、早急にその監視手法を構築しなければならない。

## 2 ．研究開発目的

以上のことから、本研究ではこの遺伝子かく乱に着目し、その管理のためのツールを開発することを目的とする。そのプロセスとして、サブテーマ1では、アユ、ゲンゴロウブナ放流などに付随して移殖された可能性が高い魚種、観賞魚として各地に放流された可能性が高い魚種について、ミトコンドリアDNA解析を行い、遺伝子かく乱を受けている魚種を特定するとともに、そのかく乱の程度を数値化する（遺伝子かく乱度）。サブテーマ2では、九州を対象として淡水魚類の分布情報を網羅的に調査し、分布情報、環境情報のデータベース化をはかり、そのデータベースを使い、各種の出現予測モデルを構築する。また、外来魚類の侵略性簡易評価キット（FISK；Copp et al. 2005a、2005b、2009；Tricarico et al. 2010）を用いて、遺伝子かく乱魚種の侵略性を評価する。そして、最終的には、遺伝子かく乱が侵攻し、FISKによって侵略性が高いと判断された魚種について、サブテーマ1で得られた遺伝子解析に基づく遺伝子かく乱データと各種の出現予測モデルを融合し、遺伝子かく乱の侵攻予測モデルを構築することを目標とする。

ここでは、サブテーマ2の中で取り扱った、九州を対象とした淡水魚類の分布情報、環境情報のデータベース化、そのデータベースを使った遺伝子かく乱魚種の出現予測モデルの構築、外来魚類の侵略性簡易評価キット（FISK）による外来魚類と遺伝子かく乱魚の侵略性評価、およびハイリスクな遺伝子かく乱魚に関する遺伝子かく乱予測モデル構築結果について報告する。

## 3 ．研究開発方法

## （１）データベースの構築

九州の主要な河川で魚類の採集を行った。採集方法は主に投網で、調査場所の環境に応じて適宜、サデ網、タモ網、潜水観察等を実施した。また、過去10年以内に著者らが行った魚類相調査結果等のデータ整理を行った。両者を総計すると約1200地点であり（図(2)-1）、調査地点名、緯
度経度、採集年月日、採集者、各魚種の出現情報を表計算ソフト（EXCEL 2007）上に取りまとめ、検索できるようにした。また、その緯度経度情報を国土地理院25000分の1数値地図上に地図解析ソフト（カシミール3D）で表示させ、標高、川幅、河床勾配、調査地周辺半径1km内の水田面積、都市用地面積、河川の合流数、河川と水路との連結数、水路の複雑度、針葉樹林、広葉樹林、果樹林等の地図記号数などを計測・計数した。それらの環境情報についても表計算ソフト（EXCEL 2007）上に取りまとめ、検索できるようにした。

図(2)-1 魚類相データベース構築地点

遺伝子かく乱の状況を正確に把握するためには、九州内の純淡水魚類の生物地理を正確に把握する必要がある。また、モデル構築とその精度検証において、適切なデータセットを設定する上で、生物地理情報は必須となる。一般に流域面積と河川内の魚類の種数は正の相関関係にあるとされ（Allan 1995）、九州では福岡県内の主要河川において河川長と純淡水魚類の種数の間に正の関係性があるとされる（中島ほか 2006）。すなわち、小規模な河川では幾種かの純淡水魚が欠落する可能性があり、正確な生物地理を把握するためには大水系のみを使って解析する必要がある。九州内の1級河川の魚類相データを用いて、二元指標種分析法（TWINSPAN法；Hill 1979）を用いて、純淡水魚類の生物地理を解析した（解析ソフト：PC-ORD5）。また、その結果に基づいた地理区分ごとに、河川長と純淡水魚類の種数の関係性を解析した（解析ソフト：SPSS ver. 17）。

## （２）各魚種の分布モデルの構築

サブテーマ1の結果に基づき、遺伝子かく乱が実際に起こっている可能性がある魚種のうち、出現地点数が多いオイカワとモツゴについて、出現予測モデルを構築した。先に述べた生物地理区分の解析により、九州北西部と北東部は区分けされたこと、オイカワ・モツゴの両種とも
北西部と北東部の両方に出現することから、北西部の約700地点のデータに基づいてモデルを構築し、北東部の360地点のデータを構築されたベストモデルに当てはめて、モデルの精度を検証した。各魚種の出現を1、非出現を0とした目的変数、総当たりの相関解析結果に基づいて多重共線性の可能性がないことを確認した地図情報（環境変数）を説明変数として、一般化線形モデル（GLM；McCullagh and Nelder 1989）を構築した（解析ソフト：R program；R Development Core Team 2008）。モデル選択には赤池情報量規準（AIC；Akaike 1974）を用いた。

また、遺伝子かく乱を加味したモデルは初めての試みであり、一般的な線形モデルでは十分に評価できない可能性もあるため、既存の知識をモデルの構造に反映することが可能なファジイ生息場選好性モデルの適用を試みた。同モデルは、近年ソフトコンピューティング分野で注目されている遺伝的ファジイシステム（Cordón et al. 2001; Herreira 2008）と呼ばれる先端的な数理モデルの一種であり、生態学分野における適用は非常に先駆的であるとともに（Fukuda and Hiramatsu 2008）、今後の発展が期待されるモデルング手法である。

モデルの精度検証には、Receiver operating characteristic（ROC）curveを描き、その曲線下面積（AUC）を算出して判定した（Akobeng 2007）。北東部のオイカワ、モツゴの在／不在を1／0の二分変数、GLMおよびファジイモデルに環境情報を入力して予測された予測値を連続変数として、ROC曲線を描き、AUCの値を算出した。ROC曲線はSPSS ver. 17を使って描かれた。

## （３）遺伝子かく乱魚種、外来魚種の侵略性評価

ゼゼラ、オイカワ、モツゴなどの遺伝子かく乱魚種についてFISK (Copp et al. 2005a、2005b、2009; Tricarico et al. 2010) を用いてスコアを算出した。FISKはYES/NO判定結果の累積点数によって算出されるため（Copp et al. 2005a）、九州の淡水魚類に詳しい5人の科学者にその判定を依頼し、最大値、最小値を除外して、残りの3スコアを平均し、各魚種のFISKスコアとした。日本国内でFISKが用いられるのは初めてのことであり、その比較対象が存在しないため、九州からの報告（中島ほか 2008；鬼倉ほか 2008）が存在する国外外来魚、国内外来魚についても解析対象とした。そして、環境省外来生物法の特定外来魚類（松沢・瀬能 2008）を1、その他の魚種を0としてそれを二分変数、FISKスコアを連続変数として、ROC曲線を描き、AUCの値を算出するとともに、カットオフ値を算出することで、遺伝子かく乱魚種が特定外来生物並みの影響を及ぼす可能性を持つか否かについて評価した。また、文献情報（松沢・瀬能 2008；中島ほか 2008）を活用して侵略的か否かを1／0とした二分変数を準備し、同様の分析を実施して、侵略性の高い魚種に関する閾値を算出した。その結果を踏まえて、リスクが高く、遺伝子かく乱等の問題を抱える魚種を選定し、後の遺伝子かく乱予測モデル構築の対象魚種とした。

## （４）遺伝子かく乱予測モデルの構築

サブテーマ1の遺伝子かく乱侵攻に関する数値情報（遺伝子かく乱度）およびFISKによる侵略性評価結果に基づいて解析対象魚種（選定された魚種はモツゴとタイリクバラタナゴ）を選定し、それらについて出現予測モデル、サブテーマ1から得られた遺伝子かく乱度、外来魚の移殖状況等を組み合わせて、遺伝子かく乱侵攻予測モデルの構築を試みた。

モツゴの遺伝子かく乱予測モデルは、2つのアプローチによって構築された。まず、1つ目の
アプローチは一般化線形混合モデル（GLMM；Bolker et al. 2009）を用いる方法で（図(2)-2A）、最初に、モツゴの在／不在を1／0の目的変数、数値地図から得られた環境情報を説明変数、生物地理の相違をランダム効果として、モツゴの分布モデルを構築した後、そのモデルから各地点におけるモツゴの環境の選好度（モデルから計算される出現確率）を算出した。そして、サブテーマ1より得られた外来系統ごとの遺伝子かく乱度を目的変数、モツゴの環境の選好度、外来魚の種数、外来各種の在／不在、モツゴの分布重心からの距離を説明変数として、再度、GLMM解析を実施し、系統ごとの遺伝子かく乱予測モデルを構築した。そして、その予測値の積算を、各地点における外来モツゴによる遺伝子かく乱度とした。

2つ目のアプローチはランダムフォレスト（RF; Breiman 2001）を用いる方法で（図(2)-2B）、モツゴがゲンゴロウブナの移殖に伴って移動・定着した可能性が高いことに着目した。まず、モツゴの在・不在、ゲンゴロウブナの在・不在の全組み合わせについて、数値地図上から得られた環境情報に基づいて、2種ともに在、モツゴは在・ゲンゴロウブナは不在、モツゴは不在・ゲンゴロウブナは在、2種ともに不在の4パターンを説明するモデルを構築した。そして、それぞれのパターンへの適合度を説明変数、サブテーマ1から得られたモツゴの遺伝子かく乱度を目的変数として、再度、RF解析を実施した（図(2)-2B）。

タイリクバラタナゴの遺伝子かく乱予測モデルについては、ニッポンバラタナゴとタイリクバラタナゴの分布の重複部でかく乱が侵攻することに着目した（図(2)-2C）。まず、目的変数をニッポンバラタナゴの在／不在、説明変数を数値地図から得られる環境情報とし、生物地理区分をランダム切片としてGLMMを実施して、ニッポンバラタナゴの分布予測モデルを構築した。同様の作業をタイリクバラタナゴについても行い、それぞれの種の環境選好度として出現確率を算出した。それに加えて、外来魚類の種数、外来各種の在／不在、ニッポンバラタナゴの分布の重心からの距離を説明変数として準備した。目的変数はタイリクバラタナゴのミトコンドリアDNA出現率（遺伝子かく乱度）とし、生物地理区分をランダム切片とした一般化線形混合モデル（GLMM）を使用してモデル構築を行った。なお、遺伝子かく乱度の算出は、日本水産学会誌に公表済みのデータを使用した（三宅ほか，2008）。

図(2)-2 遺伝子かく乱予測モデルに関するアプローチ．モツゴについては2通り（A、B）、バラタナゴについては1通り（C）のアプローチによってモデルを構築した．