暗网禁区

• 半水生のカモノハシと陆生のハリモグラは検知できる苦味物质の种类が大きく异なることを解明。
• ヒトを含む全ての哺乳类と同様に、植物などに含まれる有毒な配糖体を苦く感じることも解明。
• 哺乳类进化の始まりである约2亿年前から、植物毒を苦く感じる能力が维持されてきたことを示唆。

北海道大学大学院地球環境科学研究院の早川卓志助教と、明治大学研究?知财戦略机构の糸井川壮大研究推進員は、京都大学、アデレード大学、オーストラリア国立大学、コペンハーゲン大学との国際共同研究チームをつくり、卵を産む哺乳類（単孔類）であるカモノハシとハリモグラが持つ苦味センサータンパク質（苦味受容体）の機能を網羅的に分析しました。水中の多様な生物を食べるカモノハシは、幅広い種類の苦味物質を検知できる万能型苦味受容体を持つが、アリ?シロアリ食に特化したハリモグラは、カモノハシのような万能型受容体を持たず、検出できる苦味物質が少ないことが分かりました。ハリモグラがアリやシロアリを専門に食べるようになったことで苦味の重要性が下がり、限られたものにしか苦味を感じなくなった一方で、水中で様々な生物を摂食するカモノハシは苦味受容体を使って食べられるものの選択を行っている可能性を示しています。
さらにカモノハシやハリモグラでも、植物などに含まれる有毒な配糖体を検知する苦味受容体は残されており、この苦味受容体の机能はヒトを含む全ての哺乳类グループで共通のものであることも分かりました。ヒトやその他の哺乳类がカモノハシ?ハリモグラと分かれたのは约２亿年前まで遡ります。大型恐竜が繁栄し、花を咲かす被子植物の多様化が始まろうとしていた时代です。恐竜と竞合しながら、植物や昆虫などの毒を含みうる食べ物を口にして进化した哺乳类において、苦味感覚の进化が非常に重要であったことを本研究は意味します。
明治大学の糸井川研究推进员は本研究において、培养细胞を用いて苦味受容体の机能解析を実施し、カモノハシとハリモグラが検知できる苦味物质の种类の违いを明らかにしました。
なお、本研究成果は、日本時間2022年6月1日（水曜）公開のMolecular Biology and Evolution誌に掲載されました。

単孔类は私たちヒトと同じ哺乳类の仲间ですが、卵を产むという哺乳类の祖先が持っていた特徴を现在まで残す「生きた化石」とも呼べる存在です（上记図、及び図1）。现在、単孔类はオセアニア地域に生息するカモノハシとハリモグラの2グループしかいませんが、それぞれが特徴的な生态を持っています。カモノハシは、湖沼や河川に生息し、水中で様々な无脊椎动物を食べて暮らしています。一方、ハリモグラは陆生で土や枯木の中のアリやシロアリを主食にしています。
私たちはものを食べる时、味や匂いを基に食べ物の良しあしを判断します。こうした味や匂いを検知するシステムは、环境に対して高い适応力があるため、生存に必须でなくなった感覚が退化したり、特殊な环境に适応するために新しい感覚が进化したりすることが様々な动物で観察されています。
研究グループは今回、毒物などの有害物质を検知し、适切な食物选択をするのに重要な味覚である苦味感覚に注目しました。脊椎动物の苦味感覚は、ゲノム中に数种类～数十种类ある苦味受容体罢础厂2搁が苦味物质を受け取ることで発生します。苦味受容体の机能と食性の関係は、霊长类やコウモリの仲间ではよく研究されていますが、哺乳类の进化を明らかにするためには欠かせない、有袋类や単孔类の研究は、今までほとんどありませんでした。そこで本研究では、カモノハシとハリモグラはどんな苦味感覚を持っていて、食性とどう関係するのか、そして、胎生哺乳类^*1の苦味受容体との比较によって、哺乳类の祖先はどんな苦味感覚を持っていたのか、という问いに挑戦しました（図1）。
本研究の着者らを含む国际単孔类ゲノムプロジェクト^*2において、単孔类は他の哺乳类と比べて苦味受容体遗伝子の个数が非常に少なく、ヒトは26种类持つのに対して、カモノハシは7种类、ハリモグラは3种类しか持っていないことが明らかにされていました。しかし、苦味受容体の中には単体で多様な苦味物质を受容できる「万能型受容体」が存在することも知られており、カモノハシやハリモグラが万能型受容体を持っているかどうかは不明でした。そこで研究グループはまず、この数少ない苦味受容体遗伝子が、非単孔类哺乳类（胎生哺乳类）のどの苦味受容体遗伝子と相同な関係にあるのかを调べました。その结果、単孔类の苦味受容体遗伝子のほとんどが、有胎盘类の苦味受容体罢础厂2搁16^*3を含む遗伝子グループと同じグループに含まれており、染色体上でも相同な位置にあることが分かりました（図2）。罢础厂2搁16は植物などに含まれる防御物质の一つであるβグルコシド^*4と呼ばれる配糖体を検知する苦味受容体です。βグルコシドの中には分解されると有毒な青酸（シアン化水素）を発生させる青酸配糖体と呼ばれるものもあります（例：タピオカの原料であるキャッサバ芋のリナマリン、ユーカリの叶のプルナシン）。
次に、カモノハシとハリモグラの苦味受容体がどんな物质に反応するのかを培养细胞を用いて解析しました（図3）。その结果、カモノハシは、使用した苦味物质24种类のうち18种类の物质を検知できました。また、惊くべきことに、使用した苦味物质の半数を一手に検知できる万能な苦味受容体を持っていることも判明しました。このことは、カモノハシが苦味受容体数から想定される以上に多様な苦味物质を検知できることを示しています。カモノハシは、微弱な电気や机械刺激を検知して浊った水の中で効率的に食べ物を探せますが、食べるか否かの判断には苦味感覚も利用していると考えられます。
一方、ハリモグラは、カモノハシが持つ万能型の苦味受容体を失っており、他の受容体もカモノハシよりも検知できる苦味物质の数が少ない倾向にありました。これは、ハリモグラがアリやシロアリに特化した食性を持っており、接触する苦味物质の种类が限られることが一因と考えられます。アリやシロアリといった限られたものしか食べないハリモグラにとって、多様な物质を検知できる苦味感覚はそれほど重要ではなく、限られた検知能力だけを残しているのかもしれません。
有胎盘类の罢础厂2搁16と近縁な単孔类の苦味受容体の一部は、βグルコシドを受容することも分かりました。また、比较対象として使用した有胎盘类の罢础厂2搁16と有袋类の罢础厂2搁705（有胎盘类の罢础厂2搁16と相同な有袋类の苦味受容体）がβグルコシドの受容体であることも分かりました。このことは、植物や一部の无脊椎动物が持つ防御物质であるβグルコシドを苦味として検知する能力が、现生の哺乳类全般に広く共有された重要な能力であることを意味すると同时に、この能力が単孔类と胎生哺乳类が分岐する以前の初期哺乳类で既に获得されていたことを示唆します。単孔类と胎生哺乳类が分かれたのは恐竜が全盛の时代だった2亿年近く前までさかのぼります。しかし、现生植物に広く见られる有毒な青酸配糖体は、その生合成遗伝子の起源がさらに古い时代であるため、この当时には既に存在していたようです。つまり、有害な配糖体を苦味として検知する能力は、単孔类と胎生哺乳类が分岐する以前の初期哺乳类の採食选択に一定の役割を果たしていたことを示唆します。
カモノハシやハリモグラは南半球の限られた地域にのみ生息し、野外での継続的な観察も难しいため、その生态には多くの谜が残されています。本研究では、培养细胞を用いた実験系を用いることで、苦味感覚という切り口から単孔类における遗伝子と生态の関连とその进化の一端を明らかにすることができました。しかし、今回解析した苦味受容体のうち、どの苦味受容体がカモノハシとハリモグラの舌や口の中で机能しているのかはまだ分かっていません。また、苦味感覚の生态的意义を明らかにする上で、野生下の个体が実际に食べているものに含まれる物质や接触する物质との関连を明らかにすることも重要です。今后は、本研究を基础として、舌や口の中の遗伝子発现の分析や苦味物质が採食行动に与える影响の分析によって、谜多き动物?単孔类の味覚机能とその生态的意义の详细が明らかになることが期待されます。
本研究は、日本学術振興会?科学研究費助成事業（16K18630, 18J22288, 18H04005, 19K16241, 19K21586, 21KK0106, 21KK0130）、同?二国間交流事業『日本とオーストラリアの絶滅危惧哺乳類の地球縦断型比較ゲノム研究の確立』（JPJSBP 120219902）、日本科学協会?笹川科学研究助成『哺乳類の味覚の進化的起源の解明を目的としたオーストラリア産有袋類?単孔類の味覚受容体の分子生態学研究』（29-534）等の助成により実施されました。
（卵を产む哺乳类の苦味受容体の机能の多様化と进化）
Akihiro Itoigawa^1,2*, Takashi Hayakawa^3,4*, Yang Zhou⁵, Adrian D. Manning⁶, Guojie Zhang⁷, Frank Grutzner⁸, Hiroo Imai^9*.
^*责任着者（¹明治大学农学部農芸化学科, ²京都大学霊长类研究所, ³北海道大学大学院地球环境科学研究院, ⁴日本モンキーセンター, ⁵BGI-Shenzhen, ⁶オーストラリア国立大学, ⁷コペンハーゲン大学, ⁸アデレード大学, ⁹京都大学ヒト行动进化研究センター）
Molecular Biology and Evolution（分子進化生物学の専門誌）
10.1093/molbev/msac107
2022年6月1日（水）（オンライン公开）
北海道大学大学院地球环境科学研究院　
助教　早川卓志（はやかわたかし）
ＴＥＬ　011-706-4524　
メール　丑补测补迟补办蔼别别蝉.丑辞办耻诲补颈.补肠.箩辫
ＵＲＬ　
明治大学研究?知财戦略机构/
研究推进员　糸井川壮大（いといがわあきひろ）
メール　补办.颈迟辞颈驳补飞补0121蔼驳尘补颈濒.肠辞尘
北海道大学社会共創部広報課（〒060-0808 札幌市北区北8条西5丁目）
ＴＥＬ　011-706-2610　
ＦＡＸ　011-706-2092　
メール　箩辫-辫谤别蝉蝉蔼驳别苍别谤补濒.丑辞办耻诲补颈.补肠.箩辫

明治大学経営企画部広报课（〒101-8301 千代田区神田駿河台1-1）
ＴＥＬ　03-3296-4082　
ＦＡＸ　03-3296-4087　
メール　办辞丑辞蔼尘颈肠蝉.尘别颈箩颈.补肠.箩辫
ヒトのように発达した胎盘を持ち母亲の子宫で胎児を育てる「有胎盘类」とカンガルーのように腹部にある袋（育児嚢）の中で未熟児を育てる「有袋类」の総称。
カモノハシとハリモグラの全ゲノム配列を解読した国际プロジェクト。2021年に発表
ヒトでよく研究されている苦味受容体の一つ。βグルコシドが主要な受容物质で、マンノースやゲンチオビオースなど他の糖に由来する配糖体も一部受容できる。
グルコースに由来する配糖体。植物に広く见られ、一部の昆虫も产生する。捕食に対する防御などに用いられる。例：サリシン（ヤナギの树皮）、アルブチン（コケモモ）、リナリマリン（キャッサバ芋）、プルナシン（ユーカリの叶）