Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
# （５）アジアの標本データと分子系統解析を統合した植物分布解析と絶滅リスク評価

首都大学東京 理工学研究科 村上 哲明

平成23～27年度累計予算額：5,095千円（うち平成27年度：930千円）

予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

保全上重要な地域を特定するためには、多様な生物群についてそれぞれの生物多様性が高いホットスポット地域を明らかにし、それらの情報を比較・統合する必要がある。本研究では、サブテーマ6～8と連携して、湿った環境を好むシダ植物、乾燥した環境を好むマメ科植物、そして多くの被子植物群と共生関係にあるハナバチ類の3群のホットスポット地域を比較することによって、アジアにおいて保全上特に重要な地域の特定を試みた。その結果、インドシナ北部、中国・海南島、インド南部、フィリピン・ルソン島は、生育環境が最も異なるシダ植物とマメ科植物における共通ホットスポット地域であることが明らかになった。さらに、その中でも、インド南部とフィリピン・ルソン島は、ハナバチ類も含めてこれら3群の生物に共通するホットスポット地域であった。生態的特性が大きく異なる3群の生物の間で共通するホットスポット地域であったこれらの地域は、他の様々な生物群にとっても生物多様性の高い地域である可能性高いと考えられる。一方で、これらの地域はこれまで、アジアにおいて保全上特に重要な地域とは考えられていなかった。このような地域の重要性を科学的に示せたことは、本研究の大きな研究成果である。

## [キーワード]

シダ植物、マメ科植物、ハナバチ類、生物多様性、共通ホットスポット地域

### 1. はじめに

アジア地域において生物の多様性の高い地域（ホットスポット）を把握し、保全上重要な地域を特定することは、近年、無秩序な開発が行われて急速な環境破壊が進みつつあるこの地域で喫緊の課題である。ホットスポットを特定できれば、保全活動を効率的に行えると考えられるからである $ ^{1} $ 。一方、アジア地域の中でも特に東南アジアは地球上で生物多様性が最も高い地域の一つと考えられているが、その生物相の解明は中南米やアフリカの熱帯地域と比べても遅れている。したがって、全生物を対象にしてアジアで生物多様性が特に高い地域を特定しようとしても、それは不可能である。そのため、アジアにおいて生物相の研究が既にある程度進んでおり、しかも他の多くの生物群の多様度とも高い相関があると考えられるような生物群で代表させて生物多様性のホットスポット地域を特定することが現実的である。

本サブテーマではサブテーマ6、7、8と連携して、湿った環境を好むシダ植物、乾燥した環境を好むマメ科植物、そして多くの被子植物群と共生関係にあるハナバチ類の3群を生物の代表として扱い、それぞれのアジアにおける生物多様性ホットスポット地域を比較することで、保全上特に重要な地域の特定を試みた。
## 2 ．研究開発目的

一般的に湿った環境を好み山地雲霧帯などで種多様性が高いシダ植物、比較的乾燥した季節林や草原などで種多様性が高くなるマメ科植物、さらには多くの被子植物と密接な共生関係にあり、その生殖にも大きく関与しているハナバチ類の3群について、サブテーマの6、7、8がそれぞれ明らかにしたアジアにおける種・系統的多様性の高い地域を比較し、これらの生物群に共通する生物多様性ホットスポット地域を特定することを本サブテーマの目的とした。もし、これら生態的特性の大きく異なる生物群間で共通するホットスポット地域が存在すれば、それは保全上も特に重視するべき地域となると考えられるからである。多様な環境を好む様々な生物群にとって多様性が高い地域が、万一、広く破壊されれば、生物多様性が一気に失われることが予想されるからである。

## 3 ．研究開発方法

サブテーマ6-8ではそれぞれ、シダ植物、マメ科植物、ハナバチ類についてアジア各地で採集された標本のデータ等を集約することによって、アジアの地域ごとに種多様性の高低が評価された。同時に狹分布種をリストアップし、それらが集中分布しているホットスポット地域も明らかにされている。サブテーマ5では、サブテーマ7と共同でシダ植物のアジアにおけるホットスポット地域を特定した。さらに、サブテーマ6と8で提示されたマメ科植物とハナバチ類のホットスポット地域とも比較をしてアジアの生物多様性ホットスポット地域の解析を進めた。

植物と密接に共生関係にあるハナバチについても、湿った環境を好む植物と乾いた環境を好む植物のどちらの種多様性が高い地域でその多様性が高いか、植物の種多様性や希少種の多様性が高い地域と、ハナバチ類の種多様性が高い地域がどの程度一致するのかを検討した。

さらに、これらの情報を総合して多様な生物間で共通するホットスポット地域、すなわちアジアにおいて優先的に保全するべき地域を提示して、野生生物の絶滅リスクの低減をはかる。

## 4 ．結果及び考察

サブテーマ7と共同で、アジアにおけるシダ植物の種多様性の特に高い地域を特定して、後述する図(7)-3のホットスポット地図として示すことができた。分子系統樹に基づく系統的多様性を考慮した解析も行ったが、結果は種多様性のみに基づくものと変わらなかった。微細な胞子で繁殖するシダ植物は移動能力が高く、ある場所で特定の系統群の種多様性のみが高いことはほとんどなく、種多様性が高い地域はそれに比例する形で系統的多様性も高くなるからであろう。さて、シダ植物の種多様性が高い地域をみると、マレーシア・サバ州キナバル山周辺、中国・雲南省、インドシナ北部（ベトナム北部～雲南省最南部）、フィリピン・ルソン島、インドネシア・ボルネオ島とセラム島、スリランカ～インド最南部、中国・四川省峨眉山周辺、中国・海南島などがシダ植物のホットスポット地域であることが示されている。これらの地域は、アジアのシダ植物相に詳しい専門家が多くの狭分布種が生育すると考えていた地域ともきわめて良く一致していたので、これらはシダ植物のアジアにおけるホットスポット地域として妥当と考えられる。上述したように、シダ植物は山地雲霧林など一年中湿润な環境下で種多様性が最も高くなると考えられているが、上記のホットスポット地域はまさにそのような環境を多く含む場所でもあった。

一方で、サブテーマ6が明らかにしたマメ科植物のホットスポット地域（図(6)-3）を見ると、
インドシナ南部（カンボジア、ベトナム南部、タイ中部～東北部）、インドシナ北部（タイ北部、ベトナム北部、中国・雲南省最南部）、中国・海南島、インド・アンダマン諸島、インド最南部、フィリピン・ルソン島などがホットスポット地域となっている。こちらも、分子系統樹に基づく系統的多様性を考慮しても結果はほとんど変わらなかった。マメ科植物は、乾燥した林や草原などで種多様性が高くなると考えられているが、マメ科植物のホットスポット地域が最も密集して存在していたインドシナ南部の平野部はまさにそのような地域である。一方、湿潤な環境下で種多様性が高くなったシダ植物では、インドシナ南部の平野部は種多様性の非常に低い地域となっている。逆に、シダ植物で最も種多様性が高かったマレーシア・キナバル山周辺は、マメ科植物では特に種多様性の高い地域になっていない（そもそも、ボルネオ島には特に種多様性の高い地域が認められない）。このように、生態的特性が大きく異なるマメ科植物とシダ植物では、アジア地域内で最も種多様性の高くなる地域が異なっていた。これは予想されたことである。

ところが、シダ植物とマメ科植物の両方で種多様性の高い地域となっている場所もいくつか見出された（図(5)-1）。それは、インドシナ北部、中国・海南島、インド南部、フィリピン・ルソン島などである。その中でも特にインドシナ北部は、両者ともかなり種多様性の高い地域となっている。その理由としては、通年通じて湿潤な熱帯山地林と乾期に大部分の高木種が落葉する熱帯季節林の両方が近接して分布していることが考えられる。いずれにしても、シダ植物とマメ科植物の両方で共通するホットスポット地域となっているこれらの地域は、保全上、非常に重視するべき地域であると言えるだろう。

図(5)-1 シダ類とマメ科植物に共通するアジアのホットスポット地域
次にハナバチ類のホットスポット地域（図(8)-4）を見ると、最も種多様性の高い地域は、インドの西北部となっている。この地域はシダ植物でもマメ科植物でも、特にホットスポットとはなっていなかったところなので、ハナバチ類独自のものである。とはいえ、ハナバチ類は多くの被子植物の花粉媒介を担っている生物なので、ハナバチ類の生物多様性が特に高い地域は保全を考える上で十分に考慮に値する地域ではある。

その他のハナバチ類のホットスポット地域としては、インド南部、フィリピンのルソン島とミングナオ島などが明確に示されている。さらに標本情報がまだ十分でないものの、インドシナの北部と南部、中国・海南島も、その種多様性が高くなっている可能性が示された。これを、シダ植物、マメ科植物のホットスポット地域と比較してみると、シダ植物よりもマメ科植物のホットスポット地域とよく似ていることがわかる。ハナバチ類も、マメ科植物と同様に湿潤な森林ではなく草原や比較的乾燥した林で種多様性が高くなる生物だからであろう。しかしながら、シダ植物とマメ科植物で共通して種多様性が高いホットスポット地域であったインド南部、フィリピン・ルソン島は、ハナバチ類まで含めても共通するホットスポット地域であることが明らかになった（図(5)-2）。

図(5)-2 シダ類、マメ科植物、ハナバチ類に共通するアジアのホットスポット地域

最初に述べたように、シダ植物、マメ科植物、ハナバチ類という生態特性が大きく異なる生物群に共通して多様性のホットスポットになっている地域は、これら3群の生物以外にとってもホットスポット地域になっていることが十分に期待できる。したがって、図(5)-2に示された地域は、アジアにおいて最優先で保全をするべき地域と言えるだろう。これら3群の生物のアジアにおける種多様性ホットスポット地域を見ると、湿潤な環境を好むシダ植物の種多様性が特に高いマレーシア・キナバル山周辺や中国雲南省・横断山脈などは、これまでも保全上重要な場所であることが十分に認識されていて、国立公園などに指定されている。一方、マメ科植物とハナバチ類の種
多様性がそれぞれ最も高かったインドシナ南部の平野地帯とインド西北部などは、必ずしもそうではない。比較的乾燥した環境を好む生物群の種多様性が高い地域の保全には今後、特に留意する必要があるだろう。

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

サブテーマ5では、サブテーマ6～8の研究により標本情報に基づいて明らかにされたアジアにおけるシダ植物、マメ科植物、ハナバチ類のホットスポット地域を比較した。その結果、インド南部とフィリピンのルソン島がこれら3群の生物に共通するホットスポット地域であることが明らかになった。湿潤な環境を好むシダ植物と比較的乾燥した草原を好むマメ科植物とハナバチ類に共通するホットスポット地域は、まさに多様な生態的特性をもつ生物に共通するホットスポット地域である可能性が高いと考えられる。しかし、インド南部やフィリピンのルソン島は、アジアにおいて最優先で保全するべき地域とはこれまで考えられてはいなかった。これらの地域の重要性を科学的に示せたことは、大きな研究成果である。

## （２）環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

特に記載すべき事項はない

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

国際的にアジア地域のおける生物多様性保全政策を策定する、あるいはそのための経済援助等を日本政府が行う際に、優先するべき地域を判断する上で非常に重要な情報を提供できる。

## 6 ．国際共同研究等の状況

サブテーマ7と連携してアジアにおけるシダ植物の種多様性ホットスポット地域の解明するために以下の研究者と共同研究を行った。

Xian-Chung Zhang（中国・国立標本館）、Wen-Liang Chiou（台湾・林業試験所）、Titien Ngatinem Praptosuwiryo（インドネシア・ボゴール植物園）、

Chritopher Roy Fraser-Jenkins（ネパール）、Barbara S. Parris(ニュージーランド)

### 7. 研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

## <論文（査読あり）>

1) A. EBIHARA, C. R. FRASER-JENKINS, B. S. PARRIS, X.-C. ZHANG, Y.-H. YANG, W.-L. CHIOU, H.-M. CHANG, S. LINDSAY, D. MIDDLETON, M. KATO, T. N. PRAPTOSUWIRYO, V. B. AMOROSO, J. F. BARCELONA, R. H. G. RANIL, C.-H. PARK, N. MURAKAMI and A. HOYA: Bull. Natn. Mus. Nat. Sci. B, 38: 93-119 (2012), Rare and threatened pteridophytes of Asia 1. An enumeration of narrowly distributed taxa.

2) K. HORI, A. TONO, K. FUJIMOTO, J. KATO, A. EBIHARA, Y. WATANO and N. MURAKAMI: J.
Plant Res. 127: 661-684 (2014), Reticulate evolution in the apogamous Dryopteris varia complex (Dryopteridaceae, subg. Erythrovariae, sect. Variae) and its related sexual species in Japan.

3) K. HORI, A. EBIHARA, N. NAKATO and N. MURAKAMI: Acta Phytotax. Geobot. 66: 47-57 (2015), Dryopteris protobissetiana (Dryopteridaceae), a new diploid sexual species of the Dryopteris varia complex (subg. Erythrovariae, sect. Variae) from Yakushima Island, Kagoshima, Japan.

4) K. HORI, M. MATSUMOTO, N. NAKATO, A. EBIHARA and N. MURAKAMI: Acta Phytotax. Geobot. 66: 35-45 (2015), Geographical distribution of sexual and apogamous types of Dryopteris chinensis (Dryopteridaceae) in Japan.

## （2） 口頭発表（学会等）

1) N. MURAKAMI: The 6th Asian Fern Symposium, Bali Botanic Garden, Indonesia. 2014. “Genetic diversification of apogamous ferns through hybridization with sexual relatives.”

2) K. HORI, A. TONO, K. FUJIMOTO, J. KATO, A. EBIHARA, Y. WATANO and N. MURAKAMI: The 6th Asian Fern Symposium, Bali Botanic Garden, Indonesia. 2014. “Reticulate evolution in the apogamous Dryopteris varia complex (Dryopteridaceae, subg. Erthrovariae, sect. Variae) and its related sexual species in Japan.”

3) K. HORI, A. TONO, K. FUJIMOTO, J. KATO, A. EBIHARA, Y. WATANO and N. MURAKAMI: Next Generation Pteridology, 12th Symposium of the International Organization of Plant Biosystematists, Washington DC, USA. 2015. “Reticulate evolution in the apogamous Dryopteris varia complex and its sexual relatives.”

4) 堀清鷹・奥山雄大・綿野泰行・村上哲明：日本植物学会第79回大会（新潟）平成27年「5種類の核マーカーを用いた無配生殖種複合体イタチシダ類における網状進化の解析」

5) 堀清鷹・綿野泰行・村上哲明：日本植物分類学会第14回大会（福島）平成27年「無配生殖種オオベニシダの雑種起源」

6) 堀清鷹・奥山雄大・海老原淳・綿野泰行・村上哲明：日本植物分類学会第15回大会（富山）平成28年「複数の核マーカーを用いたイタチシダ類の分子分類」

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない。

## （４）「国民との科学・技術対話」の実施

特に記載すべき事項はない。

## （５）マスコミ等への公表・報道等

特に記載すべき事項はない。

## (6) その他

特に記載すべき事項はない。
### 8. 引用文献

1) N. MYERS, R. A. MITTERMEIER, C. G. MITTERMEIER, G. A. B. DA FONSECA and J. KENT: Nature 403: 853-858 (2000) Biodiversity hotspots for conservation priorities recognize it in working on the spot, which will lower the administrative cost.
（6）アジア産マメ科植物の種・系統多様性評価

琉球大学熱帯生物圏研究センター 梶田 忠

平成23年度～27年度累計予算額：29,355千円（うち平成27年度：5,363千円）

予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

アジア地域の複数属のマメ科植物について、ハーバリウム標本から得られた分布情報をデータベース化して、種ごとの分布モデルを作成した。得られた分布モデルを、属単位で重ね合わせることで、グリッドごとに分布が推定される種数を推定し、種多様性のホットスポットマップを作成した。また、汎用化を目指して推定方法をワークフローにまとめた。この方法を用いることで、理論上は他のどの陸上植物においても、世界中の標本館に蓄積されている情報を有効に活用して、種多様性のホットスポット解析が行えることになる。また、系統多様性評価のための遺伝情報を収集して、系統多様性のホットスポットマップも作成したところ、種多様性のホットスポットマップと強い相関を示した。

## [キーワード]

マメ科植物、種分布モデル、ホットスポット、種多様性、系統多様性

### 1. はじめに

どの植物がどこに分布しているかは、植物を利用してきた人類にとって、生存に必要な基本情報であり、自然科学がはじまって以来の根源的な疑問である。この疑問に答えるものとして発展した植物分類学は、300年にもおよぶ自然界の探求の成果として、文献や植物標本の形で、地球上の植物多様性を記録にとどめてきた。特に、ハーバリウム（植物標本庫）は、植物分類学の基盤として存在するもので、研究者によって採集された世界各地の植物標本を保存してきた。ハーバリウムに保管されたハーバリウム標本は、生育地で実際に採集された植物を圧縮・乾燥した標本であり、どの植物がどこに生育していたかの直接的証拠である。植物研究者は、世界各地で調査・研究を行うことで、地球上の植物多様性に関する証拠を植物標本の形で蓄積してきたのである。また、このようにして世界各地から得られたハーバリウム標本が蓄積されることによって初めて、分類体系が整備され、また、植物の地球上における分布域が明らかになった。論文や、植物誌や、モノグラフなどの文献で発表される植物の分布情報は、極論するなら、ハーバリウム標本から得られた情報に、研究者の自身の観察や、知識や、経験による推測を加えて得られた、二次的投影であると言える。しかし、分布域の推定方法には研究者の経験や知識に頼るところも多くある。また、植物の分布域は地図上のある範囲を線で囲って示されることが多いが、分布域の範囲内でどのように集中分布しているか、あるいは、分布が集中する場所が複数の種で共通しているか等、分布の詳細情報については統一的には解析されて来なかった。

1990年代後半になって、ハーバリウム標本のデータの電子化が進み、また、それを解析する手法に飛躍的な発展があった。まず、世界各地のハーバリウムが、ハーバリウム標本のラベルデー
タや、標本画像そのものを電子化し、データベースとして保管するようになった。特に、標本が採集された場所が位置情報として電子化されれば、それを地図上にプロットすることで、分布図として表示することができるようになった。しかし、植物標本全てが電子化されているわけでは無いことや、電子化された情報の確からしさには問題は残る。次に、地球上の気温や降水量などの環境データのデータベースが整備されたおかげで、生物の分布地点における環境データを得ることが容易になった。これにより、植物標本が採集された地点の環境データを取得して、種分布モデル解析という手法で解析することにより、その植物の潜在的な分布域を推定できるようになった。この手法を用いて推定された分布域を重ね合わせることで、多くの種が集中的に分布している地域（ホットスポット）を推定することが可能になる。さらに、近年の分子系統学的研究の発展により、外部形態で区別された種の多様性の解析に、系統多様性を加えた解析を行うことも可能になった。

以上のように、歴史的に蓄積された植物の標本情報と、近年発達してきた解析方法を組み合わせることで、従来の方法では為し得なかったホットスポットの推定が可能になる。本サブテーマでは、アジアに広く分布する植物を対象に、ホットスポット解析手法の汎用ワークフローの作成を目指した。

### 2. 研究開発目的

ホットスポット地図の整備は、S9全体の研究開発目的の一つであり、本サブテーマは、それをマメ科植物について行ったものである。本サブテーマの目的は、（1）ハーバリウム標本に基づくホットスポット解析を、アジア地域のマメ科植物の複数の属について用いることで、解析手法の標準化を行うこと。また、（2）対象とする植物群について系統多様性を推定し、従来の外部形態で認識された種について得られたホットスポットが、系統の多様性を反映しているかどうかをテストすることである。

まず、本サブテーマでマメ科植物に注目した理由は、有用植物が多く汎世界的に分布すること、ハビタットが多様であること、送粉動物の損失の影響を大きく受ける種が多いこと、モデル植物2種を含む3種について全ゲノムが決定されていること等、全球レベルの生物多様性評価を行う上で、モデルグループとして適した植物群であるためである。本研究では、マメ科植物のうち、森林樹木、つる性植物、海岸から内陸まで分布する草本など、多様なハビタットを代表するようなグループについて解析を行った。

次に、ハーバリウム標本に基づくホットスポット解析では、分布情報の解析に種分布モデルを導入し、複数の種から得られた種分布モデルを重ね合わせる事で、種多様性のホットスポット解析を行った。また、そのための標準的手法を確立した。ハーバリウム標本は植物研究者が蓄積してきたもので、使用にあたっては方法の項で述べるようなノイズに注意する必要がある。本サブテーマでは、それらのノイズを取り除き、対象とする分類群についてのホットスポット解析を実施できるまでの、データを準備した。得られたデータの解析は、テーマ1のメンバーと協力して行った。

また、対象とする分類群について系統多様性を推定して、従来の外部形態で認識された種について得られたホットスポットが、系統（すなわち、進化の歴史）の多様性を反映しているかどうかをテストした。ハーバリウムに保存されている植物標本は、外部形態で認識される種ごとに分
類されているため、種の違いが、どれほどの系統の多様性を反映しているかは分からない。本研究では、対象とするグループから可能な限りDNAの塩基配列情報を得て、種間の系統関係を推定して、系統多様性（PD）を得た。得られたデータの解析は、テーマ1のメンバーと協力して行った。

### 3. 研究開発方法

本サブテーマで実施した研究は、（1）ハーバリウム標本からのデータ収集・解析と、（2）系統多様性データの収集・解析の2つに大きく分けられる。いずれの場合においても、種分布モデルを用いた解析は、テーマ1のメンバーと協力して行った。

## （１）ハーバリウム標本からのデータ収集

アジア産マメ科植物の中でも、様々なハビタットに分布する植物からのデータを得るために、木本のDalbergia，つる植物のMucuna，草本や灌木のDesmodium，つる性草本のVigna，Canavalia、木本性つる植物のBauhiniaの6属を対象にハーバリウム標本データを収集した。このうち、Bauhinia属については、サブテーマ1のメンバーによって、収集・解析が行われた。

現在、世界の多くのハーバリウムが、保有するハーバリウム標本のデータを電子化しようとしている。また、電子化されたデータが、データベースとして、すでに研究者に提供されている場合もある。その一方で、例え、電子化のプロジェクトが実施されていても、必ずしも収蔵されている標本の全てが電子化されていない場合も多くある。例えば、英国王立Kew植物園のハーバリウムのマメ科植物標本のコレクションは世界最大規模であるが、標本情報の電子化進行状況は10％に満たない。そこで、本研究では、電子化されたデータベースからデータを収集するのと同時に、世界の主要ハーバリウムから標本の電子画像を独自に収集することで、網羅的なデータを得ることを目指した。データベースおよびハーバリウム標本から抽出したデータは、重複レコードの削除、ILDISデータベースに基づく異名の標準名への変換、標本ラベルの採集地データに基づく緯度・経度情報の追加、採集地点データの精度の追加という、一連の標本データのクリーニング作業を行った後、テーマ1メンバーと協力して、種分布モデルによる解析を行った。

## （２）系統多様性情報の収集

系統多様性情報の収集に必要なDNAサンプルは、海外の共同研究者がフィールドワークで蓄積してきたものに加え、世界各地の主要ハーバリウムに保管されているハーバリウム標本のうち、比較的新しく、状態の良いものから得た。ハーバリウム標本からのデータ収集で対象とした6属（Dalbergia, Mucuna, Desmodium, Vigna, Canavalia）を対象として、葉緑体DNAの複数の遺伝子間領域（trnS-trnG, atpB-rbcL、他）や、核DNAのrDNA ITS領域などをマーカーとして用い、主にサンガー法によって塩基配列を決定した。また、次世代シーケンサーを用いたアンプリコンシーケンシングによって、効率的にデータを収集する方法の開発も行った。

## （３）ホットスポット解析系統多様性情報の収集

上記の方法で得られたハーバリウム標本からのデータ、及び、系統多様性のデータを用いたホットスポット解析は、テーマ1のメンバーと協力して行った。種分布モデルの解析では、標本の採集地点のデータをMaxentで解析し、種毎に得られた種分布モデルを重ね合わせて、属毎のホッ
トスポットマップとした。また、土地利用データを合わせて解析することで、種毎の絶滅リスクの推定も行った。系統多様性としてMPD（Mean phylogenetic distance）を用いた解析を行うことで、種多様性から推定されたホットスポットマップが、系統多様性を反映しているかどうかもテストした。

## 4 ．結果及び考察

## （１）ハーバリウム標本からのデータ収集と解析方法の標準化

ハーバリウム標本からのデータ収集では、英国王立Kew植物園およびEdinburgh植物園、オランダ自然史博物館、フランス国立自然史博物館、Missouri植物園、Uppsala大学およびStockholm大学植物標本館から、対象とするマメ科植物の標本データを収集した。また、GBIF,TROPICOS等のオンラインで公開されている標本データベースからデータを取得すると共に、オランダ国立標本館(NHN)やタイ植物標本庫、エジンバラ植物園等で保有している標本データベースからもデータの提供を受けた。これらの標本データについては、同じ標本（duplicate）が複数のハーバリウムや複数のデータベースに保存されているなど、重複データとなっている場合がある。また、分類学的扱いが変わることで、同じ標本が別の名前で登録されている場合もあり、いずれも、ホットスポット解析を行う上でのノイズを生み出す原因となる。これらの問題点を整理して標本データをクリーニングして、対象属のうち5属からは、ホットスポット解析に用いることのデールデータセットを得た（表(6)-1）。また、テーマ1のメンバーと共同で、ハーバリウム標本を用いたデータ収集から、ホットスポット解析までの実施手順の汎用ワークフローをフローチャートとしてまとめた（図(6)-1）。このワークフローは、本サプテーマで対象としたマメ科植物以外でも、標本データを用いてホットスポット解析を行う研究一般に用いることができる、汎用的な手順である。

## (2) 系統多様性解析のためのデータ収集

上記ハーバリウムで研究を実施した際、研究対象のうち5属（Dalbergia, Mucuna, Desmodium, Vigna, Canavalia）については、比較的新しい標本が保存されており、かつ、そのハーバリウムから許可が得られる場合には、標本の一部の提供を受けてDNA抽出実験に用いた。また、海外の複数の研究者と共同研究体制を構築し、海外で収集されたDNAサンプルの提供を受けた。これらのDNAサンプルについて、複数の遺伝子領域の塩基配列データを収集し、系統解析を行った（図(6)-2）。また、いくつかの広域分布種については、種内の系統多様性を見積もるために、分布域を広くカバーするような複数のサンプルを用いた解析も行った。これまでに、Dalbergia属、Mucuna属、Canavalia属、Desmodium属については、系統多様性の計算に用いることができる系統解析の結果が得られた。これらはいずれも、マメ科植物の中で十分に系統関係が分かっていなかったグループであり、本研究で明らかになった種間の系統関係が、今後の様々な研究に用いられることが期待できる。また、Vigna属とCanavalia属の一部については、広域分布種の種内に大きな地域的変異が存在することを示すデータが得られた。この結果は、今後、広域分布種を含めた解析を行う場合、種内変異を考慮した解析に用いることができる。
表(6)-1 本サブテーマで対象5属のアジア産標本データの集計

属	標本点数位置情報有り	標本点数位置情報無し	データを得たアジア産種数	属内全種数(ILDIS)
Dalbergia	3054	978	118	317
Mucuna	935	1100	68	102
Desmodium	13441	4926	222	389
Vigna	1287	8551	105	140
Bauhinia	2094	2282	319	415

図(6)-1 標本データを用いたホットスポット地図作成と将来予測解析のフローチャート
図(6)-2 核rDNA ITS領域を用いた系統樹

Mucuna属の系統樹（左）と核rDNA ITS及びETS領域を用いたDalbergia属の系統樹（右）。

## （３）種多様性および系統多様性のホットスポット解析

ホットスポットの解析は、本サブテーマで準備したデータを用いて、テーマ1メンバーと協力して行った（図(6)-3）。Dalbergiaの例では、アジア産118種のうち47種について、種毎の分布モデルを推定し、分布モデルを重ね合わせることで、多様性のホットスポットマップを作成した（図(6)-3A）。残りの71種については、標本情報が5点未満の、いわゆる希少種である。また、土地利用の変化マップとあわせて解析することで絶滅リスクを評価した（図(6)-3B）。一部の種についてIUCNの絶滅リスク評価と比較したところ、Dalbergia parvifloralは今回の結果で高いリスクを示しているが、IUCNではleast concern (LC)なっており、今回用いた方法によって、絶滅リスクの高い種を新た抽出できた可能性がある。また、Dalbergiaにおいては、インドシナ半島およびボルネオ島に、ホットスポットがあることが示された。また、Mucuna属とDesmodium属についても、それぞれ、22種、42種のデータを用いたホットスポットマップを作成した（それぞれ図(6)-3CとD）。以上3属から得られたホットスポットは必ずしも同じ地域を示さなかった。このことは、それぞれの属が分布するハビタットの違いと考えられる。

種の分布情報と系統多様性をあわせたホットスポット解析については、テーマ1のメンバーと協力して、Dalbergiaをモデルケースとして行った。アジアのこれら47種の分布をもとに種数の多様性ホットスポットマップを作製した（図(6)-3A、4A）。さらに核rDNA ITS領域(728bp)および葉緑体DNA trnS-trnG遺伝子間領域(665bp)の両方から遺伝子配列を取得することができた14種を対象に、種数の多様性の分布を再度推定し（図(6)-4B）、これに種間の遺伝的距離を重みづけした系統
多様性（Mean phylogenetic distance: MPD）の分布のホットスポットマップも作成した（（図(6)-4C, D）。これら4つのホットスポットマップいずれもほぼ同じパターンを示し、データ間でも非常に強い相関が検出された（図(6)-5A, B, C, D: P < 0.05）。このことは、アジアのDalbergia属植物においては、種分布モデルより得た種数の多様性のホットスポットマップでも、系統多様性も含めた多様性情報を十分反映されていることを示している。

(A)

(C)

図(6)-3 ハーバリウム標本から得られた種ごとの分布情報を種分布モデルによって解析し、属毎に重ね合わせて作成したホットスポットマップとDalbergia属の絶滅リスク評価

A: Dalbergiaの47種から得られたホットスポットマップ; B: Dalbergia属47種の分布可能域の推定面積と森林伐採域の関係; C: Mucuna属22種から得られたホットスポットマップ; D: Desmodium属42種から得られたホットスポットマップ。
図(6)-4 Dalbergia属47種の分布情報から得られた種数の多様性を示すホットスポットマップ(A)、核DNAおよび薬緑体DNAから遺伝情報を得ることができた14種のみに着目した種数の多様性の分布を示すホットスポットマップ(B)、核DNAでみた14種の系統多様性の分布を示すホットスポットマップ(C)、薬緑体DNAでみた14種の系統多様性の分布を示すホットスポットマップ(D)
種数の多様性分布(47種)

種数の多様性分布(14種)

種数の多様性分布(14種)

核DNAの系統多様性

図(6)-5 図(6)-4で示した種数の多様性、核DNAでみた系統多様性、薬緑体DNAでみた系統多様性の分布のデータ間の相関

いずれの相関も有意であった(P < 0.05)。

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

アジア地域というような広い地域を対象とした場合、種多様性のホットスポットマップを作成することは、これまで困難であり、また、統一的な手法も無かった。本研究により、研究者が蓄積してきたハーバリウム標本のデータを利用するホットスポット解析の手順が標準化されたことにより、十分に広い範囲を持ち、かつ、様々なハビタットにある植物種群を選定すれば、客観的な手法でホットスポットマップを作成できるようになった。今後、世界各国のハーバリウムから、十分な精度をもったハーバリウム標本データが、オンラインデータベースに登録されれば、分類群を選定するだけで、目的とする範囲におけるホットスポットを推定できるよう、一連の解析を自動化することも可能になる。また、季候変動の将来予測を分布モデル推定に取り入れることにより、それぞれの種の分布域が、どのように変化するかを予測することも可能になった。また、Dalbergia属で行った系統多様性と種多様性のホットスポットの解析では、両者は非常に強い相関を示したことは、注目すべきであろう。もし、この傾向が一般的なものであれば、多く手間と労力のかかる系統多様性解析を行わなくとも、標本情報のみを用いた解析のみで、十分に系統情報を反映したホットスポットマップが得られることになる。生物多様性保全のための研究にかけるエフォートの適正配分を考えるためには、この傾向がマメ科一般、あるいは、植物一般について言えるものかについて、今後十分に検討したい。

## （２）環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

特に記載すべき事項はない。

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

今回提出した汎用ワークフローによる種多様性のホットスポットマップの推定方法は、今後、様々な植物群において、ホットスポット推定や、分布域の将来予測において活用が見込まれる。

## 6 ．国際共同研究等の状況

マメ科植物を指標とした国際的なマメ科多様性観測計画であるGlobal Legume Diversity Assessment (GLDA)を実施するため、以下の国・研究機関に所属する研究者と緊密に連携し（サ
ンプル共有、データ共有、サンプル輸出許可の取得等）、複数の対象群を策定して、共同研究を実施した。

Mohammad Vatanparast, National Museum of Natural History, Smithsonian Institution, USA

Luciano Paganucci de Queiroz, Department of Biological Sciences, Feira de Santana State University, BRAZIL

Frits Adema, Naturalis Biodiversity Center (section NHN), NETHERLANDS

Bente Klitaard, Royal Botanic Gardens, Kew, UK

Tania Moura, Royal Botanic Gardens, Kew, UK

. Gwilym P. Lewis, Royal Botanic Gardens, Kew, UK

Toby Pennington, Royal Botanic Garden Edinburgh, UK

Daniel P. Faith, The Australian Museum, AUSTRALIA

Darién E. Prado, Cátedra de Botánica, Facultad de Ciencias Agrarias, UNR, ARGENTINA

• Stuart Davies, CTFS-SIGEO, Smithsonian Institution, USA

J. W. Ferry Slik, Plant Geography Lab, Xishuangbanna Tropical Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, CHINA

Tingshuang Yi, Kunming Institute of Botany, The Chinese Academy of Sciences, CHINA

Keping Ma, Institute of Botany, Chinese Academy of Science, CHINA

Chen Bin, Reference and Information Services Centre, Institute of Botany, Chinese Academy of Science, CHINA

Dedy Darnaedi, Research Center for Biology, Indonesian Institute of Sciences, INDONESIA

Ashley N. Egan, National Museum of Natural History, Smithsonian Institution, USA

Sven Buerki, Jodrell Laboratory, Royal Botanic Gardens, Kew, UK

Niels Raes, Naturalis Biodiversity Center (section NHN), NETHERLANDS

Gideon F. Smith, Biosystematics Research and Biodiversity Collections Division, South African National Biodiversity Institute, SOUTH AFRICA

Janine E. Victor, Biosystematics Research and Biodiversity Collections Division, South African National Biodiversity Institute, SOUTH AFRICA

Tandiwe Nkonki, Biosystematics Research and Biodiversity Collections Division, South African National Biodiversity Institute, SOUTH AFRICA

### 7. 研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

## <論文（査読あり）>

1) T. YAHARA, F. JAVADI, Y. ONODA, L. P. de QUEIROZ, D. P. FAITH, D. E. PRADO, M. AKASAKA, T. KADOYA, F. ISHIHAMA, S. DAVIES, J. W. F. SLIK, T. YI, K. MA, C. BIN, D. DARNAEDI, R. T. PENNINGTON, M. TUDA, M. SHIMADA, M. ITO, A. N. EGAN, S. BUERKI, N. RAES, T. KAJITA, M. MIMURA, H. TACHIDA, YOH IWASA, G. F. SMITH, J. E. VICTOR and T. NKONKI: Taxon, 62 (2), 249–266 (2013), Global legume diversity assessment: Concepts, key indicators, and strategies.
2) M. VATANPARAST, B. B. LLINGARDB, F. A. C. B. ADEMAC, R. T. PENNINGTOND, T. YAHARA and T. KAJITA: South African Journal of Botany. 89, 143-149 (2013), First molecular phylogeny of the pantropical genus Dalbergia: Implications for infrageneric circumscription and biogeography.

3) T. M. MOURA, M. VATANPARAST, A. M. G. A. TOZZI, F. FOREST, C. M. WILMOT-DEAR, M. F. SIMON, V. F. MANSANO, T. KAJITA and G. P. LEWIS: International Journal of Plant Science, 177(1), 76-89. (2016), A Molecular Phylogeny and New Infrageneric Classification of Mucuna Adams. (Leguminosae-Papilionoideae) including Insights from Morphology and Hypotheses about Biogeography.

4) C. SNAK, M. VATANPARAST, C. SILVA, G. P. LEWIS, M. LAVIN, T. KAJITA and L. P. QUEIROZ: Molecular Phylogenetics and Evolution, 98, 133-146. (2016), A dated phylogeny of the papilionoid legume genus Canavalia reveals recent diversification by a pantropical liana lineage.

## （2） 口頭発表（学会等）

1) M. VATANPARAST, C. SNAK, L. P. de QUEIROZ and T. KAJITA. Pantropical distribution of the genus Canavalia achieved by long distance dispersal ability of sea-drifted species. 日本植物分類学会第12回大会 (2013).

2) M. VATANPARAST, C. SNAK, L. P. de QUEIROZ and T. KAJITA. 6th International Legume Conference “Toward a New Classification System for Legumes” (2013).

“Molecular phylogeny of the genus Canavalia inferred from chloroplast and nuclear DNA sequences”

3) M. VATANPARAST, F. ISHIHAMA, M. AKASAKA, F. ADEMA, N. RAES, T. R. PENNINGON, T. YAHARA and T. KAJITA. 6th International Legume Conference “Toward a New Classification System for Legumes” (2013).

“Biodiversity assessment and phylogeny of Dalbergia”

4) M. VATANPARAST, F. ADEMA, N. RAES, T. R. PENNINGTON, H. TACHIDA, T. YAHARA and T. KAJITA: 日本植物学会第76回大会 (2012).

“Phylogeny and diversification of genus Dalbergia L. f. (Fabaceae).”

5) M. VATANPARAST, F. ISHIHAMA, N. RAES, M. AKASAKA, F. ADEMA, T. R. PENNINGTON, T. YAHARA and T. KAJITA. FAPESP-JSPS Brazil-Japan Workshop. Contribution of Genetics to Plant Conservation. Piracicaba, ESALQ-USP, Brazil. 2nd – 4th February 2015.

“Global Legume Diversity Assessment: a case study for Asian species of Dalbergia (Fabaceae).”

6) T. YAMAMOTO, T. KAJITA, K. TAKAYAMA, R. NAGASHIMA, A. DELGADO, R. PASQUET and Y. TATEISHI: The XI Congreso Latinoamericano de Botanica. Salvador, Brazil. 19th – 24th October, 2014.

“Phylogeography of Vigna marina – V. luteola (Fabaceae), a species of pantropical plants with sea-drifted seeds.”

7) T. KAJITA: The XI Congreso Latinoamericano de Botanica. Salvador, Brazil. 19th – 24th October, 2014.
“Introduction to the VII International Legume Conference”.

8) T. KAJITA, M. VATANPARAST, F. ISHIHAMA, N. RAES, M. AKASAKA, F. ADEMA, T. R. PENNINGTON and T. YAHARA: The XI Congreso Latinoamericano de Botanica. Salvador, Brazil (2014).

“Global Legume Diversity Assessment: a case study for Asian species of Dalbergia (Fabaceae).”

9) 山本 崇, 津田 吉晃, 高山 浩司, 永嶋 礼子, 立石 庸一, 梶田 忠. 日本植物学会第79回大会（朱鷺メッセ : 新潟コンベンションセンター）(2015).

「汎熱帯海流散布植物ハマアズキ(マメ科)の集団遺伝解析」

10) 山本 崇, 津田 吉晃, 高山 浩司, 永嶋 礼子, 立石 庸一, 梶田 忠. 日本植物分類学会第15回大会（富山大学黒田講堂）(2016).

「汎熱帯海流散布植物ハマアズキを用いた太平洋内の「見えない障壁」の探索」

（3）出願特許

特に記載すべき事項はない。

（４）「国民との科学・技術対話」の実施

特に記載すべき事項はない。

（５）マスコミ等への公表・報道等

特に記載すべき事項はない。

(6) その他

特に記載すべき事項はない。

### 8 \. 引用文献

特に記載すべき事項はない。
## (7) アジア産シダ植物の種・系統多様性評価

独立行政法人国立科学博物館

植物研究部 海老原 淳

平成23～27年度累計予算額：28,945千円（うち平成27年度：5,289千円）

予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

アジア規模での保全上重要な地域の特定にあたって、自然度の高い湿潤環境を好む傾向の強いシダ植物の種の分布情報は、重要な指標になり得る。本研究では、散在している多様な情報源からアジア産シダ植物の種多様性情報を収集・統合し、その中から「地球規模での絶滅危惧種」に相当すると評価された合計2185分類群（種・亜種・変種）を抽出した（アジア版シダ植物レッドリスト）。絶滅危惧種と判定された各分類群について、標本・文献等の情報に基づいて地理的分布情報を収集し、アジア全体における絶滅危惧シダ植物の種密度の分布状況を示す「ホットスポット地図」を作成した。得られた結果は、この解析とは独立に、専門の研究者が「アジアのシダ植物ホットスポット候補地」として挙げた40地点と顕著な対応が見られた。緯度経度1°単位のグリッドで集計した場合、上位10地点の大半は既に国立公園等の保護地区に指定されていた。一方、絶滅危惧種数は「トップレベルではないが一定数の集中が見られる」ような、「中程度」の順位に置かれる地点では、十分に保護地区の設定がされていない例が多く、早急な対応が望まれる。

[キーワード]

シダ植物、多様性ホットスポット、絶滅危惧種、固有種、狭分布種

### 1. はじめに

アジア地域全体で生物種の多様性密度の分布状況を把握し、保全上重要な地域を特定することは、生物の生息環境の喪失が進む状況下で緊急性の高い課題である。一方、全生物に渡ってその分布情報を集積することは、今日においてもなお短期間で実現させることは難しい。そのため、研究が進んでおり短期間で十分な情報収集が可能な対象生物群に代表させた解析が必要となる。縫管束植物は、大型種や有用種が多いことから分類学的研究が比較的進んでおり、地域毎に分布する種名が網羅された植物誌等の資料も比較的豊富である。それゆえ、地球規模の生物多様性ホットスポットの特定の際にもその種数が指標として用いられている $ ^{1} $ 。しかしながら、維管束植物の分布情報に関しては、現在利用可能な情報量が地域毎に大きくばらつきがあることが自明であり、例えば地球規模生物多様性情報機構GBIFのデータベース(http://www.gbif.org/)で利用可能な緯度経度つき分布情報を地球規模でマッピングすると、欧州・北米と比べてアジアの多くの国・地域ではデータ数が十分でない傾向が見てとれる。維管束植物は種子植物（世界に約26万種）とシダ植物（世界に約1.2万種）の2群から構成されるが、比較的総種数の少ない後者のみに限れば、アジア全体規模での多様性密度の分布状況解析が一定の精度で実現可能であると期待された。また、