近畿大学农学部（奈良県奈良市）准教授 西原秀典、明治大学农学部（神奈川県川崎市）特任講師 戸田安香、同教授 石丸喜朗、東京慈恵会医科大学（東京都港区）教授 岡部正隆、情報?システム研究機構 国立遺伝学研究所（静岡県三島市）教授 工樂樹洋、東京大学大学院農学生命科学研究科（東京都文京区）特任准教授 岡田晋治らの研究グループは、従来3種類しかないと考えられていた、旨味と甘味を感知する受容体を構成する遺伝子が、脊椎動物全体で11種類も存在することを発見しました。また、新たに発見した遺伝子で構成された受容体は多様なアミノ酸を感知できることも分かり、多くの脊椎動物がヒトよりも多くの旨味?甘味受容体※1を用いて多様な味を认识していることを明らかにしました。
本件に関する論文が、令和5年（2023年）12月13日（水）19：00（日本時間）に、“Nature Ecology & Evolution（ネイチャー エコロジー＆エボリューション）”にオンライン掲載されました。
&苍产蝉辫;脊椎动物における罢础厂1搁遗伝子の进化について、従来の説と本研究の説との比较
1.本件のポイント
- 旨味?甘味受容体を构成する罢础厂1搁遗伝子※2は従来3种类のみと考えられてきたが、脊椎动物全体で11种类存在することを発见
- 多くの脊椎动物が、ヒトよりも多くの种类の旨味?甘味受容体を有し、多様な味覚を持つことを解明
- 脊椎动物は、进化の过程で多様な味覚の受容体を持つことで、地球上のさまざまな生息环境に适応してきた可能性を示す研究成果
2.本件の背景
哺乳类には、旨味、甘味、苦味、塩味、酸味の5つの基本的な味覚があり、舌にある特定の味覚受容体を介して感知しています。ヒトが旨味と甘味を感知する受容体は3种类の遗伝子から构成されており、旨味受容体は罢础厂1搁1と罢础厂1搁3、甘味受容体は罢础厂1搁2と罢础厂1搁3という遗伝子から作られます。また、同じ脊椎动物で、进化の比较的早い段阶で分岐したゼブラフィッシュなどの真骨鱼类※3でも、同様に3种类の遗伝子から构成されています。このため、脊椎动物の祖先は3种类の遗伝子を持ち、进化の过程で変化することなくそのまま现在まで受け継がれていると考えられてきました。
しかし、近年の研究で、シーラカンスやゾウギンザメなどの鱼类の味覚受容体には、受容体を构成する既存の3种类の遗伝子に分类されないものが见つかっており、従来の説が覆る可能性が示唆されています。しかし、味覚受容体の遗伝子について包括的な特性解析や系统的な分类をした先行研究はなく、详细は明らかになっていません。
3.本件の内容
研究グループは、研究に用いられるモデル生物に限らず、さまざまな脊椎动物のゲノム情报を解析しました。その结果、従来の3つの遗伝子に属さない未知の罢础厂1搁遗伝子を次々と発见し、脊椎动物全体で11种类の罢础厂1搁遗伝子グループが存在することを明らかにしました。これを生物の进化の系统树と比较したところ、ヒトを含む硬骨脊椎动物※4の祖先は9种类の罢础厂1搁遗伝子を持ち、それらが长い进化の过程で徐々に失われ、哺乳类と真骨鱼类で3种类ずつ残ったことが分かりました。さらに、ポリプテルスやゾウギンザメといった原始的な生物の特徴をもつ鱼类で受容体の机能を解析したところ、鱼类にとっては必须アミノ酸であり、哺乳类では感知できない幅広いアミノ酸を受容できることが明らかになりました。
これらの结果から、多くの脊椎动物がこれまで考えられてきたよりも多様な旨味?甘味のセンサーを有しており、脊椎动物が地球上のさまざまな环境に适応できた要因の一つは、こうした多様な味覚受容体を持つことで、それぞれの生息域に适応した食性を获得できたからではないかと考えられます。
4.论文掲载
掲载誌
论文名
A vertebrate-wide catalogue of T1R receptors reveals diversity in taste perception
（罢1搁受容体の网罗的解析から明らかになった脊椎动物の味覚受容の多様性）
着者
西原秀典1,2,#,＊、戸田安香3,#、藏本多恵1,4、蒲原功汰3、后藤あず纱3、星野杏子3、冈田晋治5、工乐树洋6,7、冈部正隆8、石丸喜朗3,＊
#共同筆頭着者 ＊責任着者
所属
5.本件の详细
図１ 味覚受容体罢础厂1搁遗伝子の系统树と新たな分类体系
全ての罢础厂1搁遗伝子群は11グループに分けられる。
図２ 脊椎动物の系统関係と罢础厂1搁遗伝子の进化
涂りつぶされた丸印は遗伝子を持ち、白丸は遗伝子が失われたことを表している。
矢印は、その系统上で各遗伝子を丧失したことを示している。
さらに、研究グループは、培养细胞を用いてポリプテルスとゾウギンザメが持つ罢1搁受容体の机能を调べました。その结果、ポリプテルスでは、今回新しく発见した罢1搁8と罢1搁4が二量体※6として働くこと、また哺乳类やメダカ?ゼブラフィッシュなどの罢1搁が受容しなかったバリン、ロイシン、イソロイシンといった分岐锁アミノ酸を受容することが明らかになり、それらのアミノ酸の味を感知できる可能性が示されました（表１）。兴味深いことに、ポリプテルスの味覚受容体は、鱼类にとっての必须アミノ酸ばかりを认识していることも分かりました。また、同様にゾウギンザメの罢1搁6-2と罢1搁4も、分岐锁アミノ酸をはじめとする鱼类にとっての必须アミノ酸を主に受容していました。さらに、ポリプテルスでは、新たに発见したものも含めて罢础厂1搁遗伝子が口唇などにある味蕾※7で発现していることも明らかになりました。これらの特徴には、有顎类の祖先が持つ味覚受容体の特徴が反映されている可能性があります。
今回の発见によって、罢础厂1搁遗伝子の进化は単纯だったという従来の常识が覆され、実际は脊椎动物の罢础厂1搁遗伝子が极めて多様で复雑な进化を遂げてきたことが明らかになりました。最初の罢础厂1搁遗伝子は顎を持つ脊椎动物有顎类の祖先で生じていたことから、脊椎动物の进化史における「顎」の获得、すなわち咀嚼行动の进化と连动して、味覚の多様化が起こったと考えられます。特に机能解析から明らかになった、必须アミノ酸を主に受容する倾向からは、祖先种において必要な栄养源を选択し摂取するシステムとして、罢1搁受容体が使われていた可能性が示唆されました。今后はさらに解析対象を拡大し、味覚进化の谜を一つずつ解き明かしていく予定です
表１ ポリプテルスとゾウギンザメの罢1搁が受容する味物质&苍产蝉辫;
6.研究支援
7.研究代表者のコメント
西原 秀典（にしはら ひでのり）
所属：近畿大学农学部生物機能科学科
职位：准教授
学位：博士（理学）
コメント：脊椎动物の味覚は私たちの予想以上に多様で复雑な进化を遂げていることが分かりました。今回の発见はヒト、マウス、ゼブラフィッシュといった、いわゆるモデル生物をいくら调べても见つけられなかったことであり、シーラカンスやハイギョなどメジャーではない生物を调べることが真の生物多様性を知る上で重要であるというメッセージとなりました。今后はさらに多くの生物种の味覚受容体の解析を进め、脊椎动物の味覚进化の全体像を明らかにしたいと考えています。&苍产蝉辫;
戸田 安香（とだ やすか）
所属：明治大学农学部 农芸化学科
职位：特任讲师
学位：博士（农学）
石丸 喜朗（いしまる よしろう）
所属：明治大学农学部
农芸化学科
职位：教授
学位：博士（农学）
コメント：私たち明治大学のグループは、西原先生が発见した新规罢1搁レパートリーについて、どのような味物质を受容するのか、また口腔内で実际に発现しているのかを调べる実験を行いました。それぞれの得意分野を生かした共同研究成果を、原着论文として発表できたことを喜ばしく存じます。今后もおいしい味センサーである罢1搁受容体の机能解明に取り组みつつ、教育?研究に迈进する所存です。
8.用语解説
- ※1 旨味?甘味受容体
哺乳类では3种类の罢1搁受容体タンパク质から构成され、罢1搁1+罢1搁3の复合体が旨味受容体、罢1搁2+罢1搁3の复合体が甘味受容体として机能する。ヒトでは、昆布ダシなどさまざまな食品に含まれるグルタミン酸によって旨味受容体罢1搁1＋罢1搁3が活性化され、糖や人工甘味料などの甘味物质によって甘味受容体罢1搁2＋罢1搁3が活性化される。
- ※2 罢础厂1搁遗伝子
- ※3 真骨鱼类
- ※4 硬骨脊椎动物
- ※5 有顎类
- ※6 二量体
- ※7 味蕾
旨味?甘味受容体を构成する遗伝子。哺乳类では罢础厂1搁1～罢础厂1搁3遗伝子が発现し、それぞれ罢1搁1～罢1搁3受容体タンパク质がつくられる。
多数の鱼类を含む巨大な分类群。メダカ、フグ、マグロ、サケ、コイ、ウナギなど一般によく知られる鱼类に加え、研究上のモデル生物として利用されるゼブラフィッシュも含まれる。
脊椎动物の分类群の一つで、陆上の脊椎动物（四肢动物）と硬骨鱼类を含める。サメなどの软骨鱼类は含まれない。
硬骨脊椎动物にサメなどの软骨鱼类を含めた分类群の名称で、顎を持つことが特徴。顎口（がっこう）类とも呼ばれる。円口类（ヤツメウナギとヌタウナギ）を除く、ほとんど全ての脊椎动物が含まれる。
タンパク质分子２つがまとまって一つになったものを示す。
主に舌などに存在する蕾状の器官。味蕾は数十个の味细胞で构成され、この味细胞に存在する味覚受容体が味を感知する。