내 여동생이 이렇게 귀여울 리가 없어
줄거리

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분란 없는 평범한 삶을 지향하는, 고등학교 2학년에 재학 중인 소년 코우사카 쿄우스케는, 여동생 코우사카 키리노에게 몇 년 전부터 인사조차 받지 못하고, '쓰레기'를 보는 듯한 업신여기는 시선을 받는 관계가 되어 있었다. 쿄우스케 자신도, 자신에게 건방지고, 또 자신보다 비범한 능력을 가진 여동생을 싫어하게 되어, 두 사람 사이에는 차가운 관계가 계속될 것처럼 보였다.
그러나 어느 날, 쿄우스케는 자신의 집 현관에서, 코우사카 집안에서는 자신을 포함하여 누구도 볼 것 같지 않던 마법 소녀 애니메이션, 《작은 별☆마녀 메루루》 (일본어: 星くず☆うぃっちメルル 호시쿠즈☆윗치 메루루[*])의 DVD 케이스가 떨어져 있는 것을 발견하게 된다. 하지만, 그 DVD 케이스에는 《메루루》의 DVD가 아닌, 아케이드 게임 《여동생과 사랑을 나누자♪》 (일본어: 妹と恋しよっ♪ 이모토 도 고이 시요[*])의 CD가 들어있었다. 쿄우스케는 저녁 식사 자리에서, 아버지와 어머니에게 《메루루》에 대한 이야기를 넌지시 꺼내지만, 아버지와 어머니, 특히 경찰관 일을 하고 있는 아버지는 오타쿠에 대한 편견이 매우 강해, 부정적인 반응을 보일 뿐이었다. 단지, 한 사람, 갑자기 수상한 반응을 보인 사람은, 쿄우스케 스스로 생각하기에 가장 가지고 있지 않을 것 같던, 여동생 키리노였다.
잠시 후, 케이스의 주인이 키리노라고 확신하게 된 쿄우스케는, 자세한 것은 얘기하지 않은 채 DVD 케이스와 내용물을 키리노에게 돌려준다. 그러나 그 후 어느 날 저녁, 그때까지 쿄우스케에게 인사 한 번 하지 않던 키리노가 갑자기 "인생 상담 좀 부탁할게"라며 쿄우스케의 방에 억지로 들어와, 실은 키리노가 모에 애니메이션이나 "여동생을 사랑하는" 상황을 가정한 남성 취향 미소녀 게임을 수집하고 있었던 것이나, 그러한 작품에 등장하는 "모에 캐릭터"가 너무 좋아서 참을 수 없다는 것, 그리고 누구에게도 그런 걸 밝힐 수 없어 힘들어했다는 것을 고백한다. 쿄우스케는 곤경에 처한 여동생을 마음 편히 가볍게 대해 볼 생각으로, 그녀의 취미를 이해하는 것처럼 꾸며, 비밀을 지키고 곤란한 것이 있으면 힘이 닿는 데까지 도와주겠다는 거짓 약속을 한다. 그리고 귀찮은 일이 있을 때마다 다른 사람에게 떠맡길 생각으로, 인터넷의 소셜 네트워크 서비스에 가입할 것을 권하여, 여동생의 취미를 이해해 줄 "뒷친구"를 찾는 것을 도와주려 한다.
하지만 쿄우스케는 소셜 네트워크 서비스의 오프라인 모임을 통해 알게 된 "쿠로네코"나 "사오리 버지나" 등과의 교우 관계를 통해, 키리노가 취미에 대해 진지하다는 것과, 안타까울 정도의 정열을 알게 되어, 조금씩 자신의 생각을 고쳐가게 된다. 키리노가 좋아하는 작품 중에는 세상 사람들의 눈살을 찌푸리게 만들 것 같은 작품도 있었는데, 그런 것 때문에 주위 사람들과의 마찰도 일어나지만, 쿄우스케는 입으로는 여동생을 이유 없이 싫어하는 것처럼 말하고, 겉으로는 불편한 관계를 이어가고 있지만, 때로는 수치를 아랑곳 않고 여동생의 취미를 지키기 위해 분투하는 모습을 보이기도 하여, 무관심한 태도를 보이던 키리노와의 관계를 점점 변화시켜 나간다. 또한 쿄우스케 자신도, 여동생이 일으키는 여러 크고 작은 사건, 여름 코믹마켓 동행, 키리노가 쓴 휴대폰 소설의 출판 소동 등을 거쳐 지금까지 소꿉친구였던 "타무라 마나미"와의 좋은 관계에 안주해 있던 자신을 둘러싼 환경의 변화를 실감하게 된다.
이윽고 진급을 앞에 둔 키리노의 당돌한 미국 스포츠 유학행과, 쿄우스케 자신의 게임 연구회 가입을 거쳐 쿄우스케와는 다양한 사건을 통해 함께 분주하는 동료이기도 했던 쿠로네코와의 관계도 나아가게 된다. 한편으로 유학지에서 별다른 성과를 거두지 못해 고민하고 있던 키리노를 일본으로 데리고 돌아온 것을 계기로, 표면상으로는 계속 오빠를 싫어하고 있던 것처럼 보이던 키리노의 본심에 관한 이야기도 드러난다.
키리노가 일본에 돌아온 것은 유학이 힘들어서 돌아온 것이다. 하지만 사실 코우스케는 자신 때문에 와서 자신을 미워하지 않을까 걱정하지만 그것은 과분한 걱정이었다.
쿄우스케는 아야세에게 성희롱 만담도 하면서 키리노와 관련 있는 인생 상담도 해 주면서 서로에게 친밀도를 만들어 나간다. 카나코와도 친하게 지내면서 친밀도를 만들어 나간다. 또한 사오리의 과거, 즉 모이던 사람들의 이별 때문에 이에 대한 대체로 "오타쿠 소녀 모여라"를 만들게 된 과거도 깨닫게 된다. 마나미와도 친밀도를 높여 가면서 옛날처럼 같이 집에서 같이 자기도 하고 대화를 나누기도 하고 친하게 지낸다.
키리노와 인생 상담을 해 주면서 친밀도를 높여나간다. 사실 이는 어렸을 적에는 친했지만 쿄우스케가 같이 목욕하는 것을 거절하고 키리노와 거리를 두다가 자신이 본받고자 했던 이상적인 오빠인 쿄우스케의 모습이 사라지자 이에 실망한 나머지 오빠와 최소한의 의사소통을 제외하고는 아무 말도 하지 않게 된 것이다. 자신이 열심히 해서 육상도 공부도 잘하게 된 이유는 오빠인 쿄우스케를 뛰어넘기 위해서였으나 이상향이 사라지자 이에 대한 좌절로 말을 끊게 된 것이다. 하지만 이는 인생 상담으로 어느 정도 회복되었다.
나중에 코우스케는 쿠로네코와 사귀게 된다. 쿠로네코는 코우스케의 후배가 되었는데 이전에 사오리와의 활동을 통해서도 어느 정도 호감을 갖고 있었다. 그러다가 호감이 높아짐에 따라 쿠로네코, 즉 루리는 쿄우스케에게 고백을 하게 되고 잠시 사귀게 되나 헤어진다. 이 헤어짐 또한 의식의 일종이라는 이상한 말을 남긴 채 말이다.
쿄우스케와 키리노는 서로가 이성 친구를 사귀는 데에 속이 쓰려 한다. 쿄우스케의 경우에는 키리노가 남자친구 대역을 데려오자 진짜 남자친구인 줄 알고 내가 만족할 때까지는 못 사귄다고 했고, 키리노의 경우 속이 쓰려도 오빠의 행복을 위해 견딘다. 이러한 사건을 통하면서 서로에 대한 호감이 높아진다. 이 관계를 의심한 코우사카 가족의 부모님은 코우스케를 수험을 명목으로 자취방으로 보내버린다는. 하지만 키리노며, 아야세, 카나코, 루리, 사오리, 마나미가 와서 도와주며 결국 아야세가 이 기간 동안 잡일을 다 하고 감시도 한다.
자취가 끝나는 날 아야세는 코우스케에게 고백하지만 좋아하는 사람이 있다며 거절당한다. 루리의 경우에도 밤중에 고백하지만 차이자 자신이 이상으로 삼은 것을 그려놓은 공책을 찟는다. 시간이 흘러 쿄우스케와 키리노는 데이트를 하게 되는데 쿄우스케가 "좋아하는 사람이 있다"고 말을 하니 키리노는 도망친다. 하지만 관개를 회복한 사오리 자매의 도움을 키리노를 다시 찾아 고백하고 성공한다. 그리고 호텔에서 에로게를 하면서 하룻밤을 묵게 된다.
하지만 그날 카나코가 쿄우스케를 공연장으로 불러 공연 중에 고백한다. 당시 카나코는 메루루 코스프레로 높은 인기를 누리고 있었으나 거절한다. 그리고 즐거운 나날을 보내던 어느 날 코우스케와 키리노가 데이트하는 모습을 마나미가 보고 만다. 사실, 마나미와 키리노는 관계가 좋지 못하는데 이상의 오빠를 잃은 키리노가 마나미에게 조언을 구했을 때에 마나미는 원래 없었다고 답했기 때문이다. 이 둘의 싸움을 말리려는 쿄우스케는 남매끼리 사귀고 있음을 인정한다. 여기서 마나미는 남매끼리 사귀는 것은 징그럽고 결혼도 불가하지 않느냐며 나는 코우스케를 좋아해 왔다고 밝힌다.
졸업식 날, 남매는 가짜 결혼식을 올린다. 여기서 서로에게 키스하고 일반적 남매로 돌아가는데 그 이유는 애초에 사귈 때 졸업식 때까지만 사귀자고 약속했기 때문이다. 여기서 코우스케는 허전한 표정을 짓는다. 나중에 아키하바라로 외출한 코우스케는 키리노의 볼에 키스한다.