採食適応に着目した霊長類と非霊長類哺乳類のゲノム・メタゲノム収斂進化の解明

• 研究課題/領域番号: 19K16241
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分45050:自然人類学関連
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 早川 卓志 北海道大学, 地球環境科学研究院, 助教 (00758493)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 採食 / 霊長類 / 有袋類 / 単孔類 / 味覚受容体 / 腸内細菌 / ゲノミクス / 収斂進化 / ゲノム / メタゲノム / 全ゲノム解析 / 樹液食 / シロアリ食 / 食性 / 化学受容体 / 味覚 / オーストラリア / 次世代シークエンサー / 比較ゲノム / 採食生態

研究開始時の研究の概要

霊長類は果実食、葉食、昆虫食など、種によって食性が多様化しているのが特徴である。こうした食性の適応放散は、哺乳類全体でみられる様式の縮図ともいえる。たとえば葉を主食とするコロブス類では、ウシやヒツジ、ナマケモノ、カンガルーなどで見られる葉や草を消化する前胃の発達が見られる。本研究の目的は、こうした霊長類と非霊長類哺乳類で見られる形態・生理レベルでの採食適応の収斂のメカニズムを、ゲノム・メタゲノム適応の点から明らかにする。たとえば味覚受容体遺伝子ファミリーの分子進化（ゲノム適応）、腸内細菌叢の豊富度や構成の進化（メタゲノム適応）に着目する。

研究成果の概要

動物の食性は非常に多様である。古典的な食性分類である肉食、雑食、草食に加え、葉食、果実食、樹液食、花蜜食など、多様な採食資源に対する動物種特異的な適応がある。さまざまな動物分類群の中でも、約500種いる霊長類にはこれらのすべての食性を有する種が属しており、採食適応放散の重要なモデルである。同じ食性を収斂進化させている霊長類と非霊長類哺乳類のゲノム・メタゲノム適応の解析をおこなった。例えば樹液食をするスローロリス（霊長類）とオポッサム（有袋類）の腸内細菌マイクロバイオームや、葉食をするコロブス（霊長類）とコアラ（有袋類）の味覚受容体遺伝子を比較し、共通方向への進化メカニズムがあることを発見した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

哺乳類の味覚や腸内細菌は、その種が消化・吸収・代謝できる食物に適している必要があり、実際そのように適応進化させてきた。各大陸に存在する森や草原や海で、異なる哺乳類が食性を収斂させている。味覚や腸内細菌は、それぞれゲノムやメタゲノムという形で分析することができ、今回、分子レベルでの収斂メカニズムを発見した。いまや4分の1の哺乳類種が絶滅の危機に瀕している中、ただ個体を保護するだけではなく、適応したゲノムやメタゲノムに基づいて、適応している森や草原といった生息地を保全する必要がある。そうした新しい形の「保全ゲノミクス」の実践を提供する上でも意義が高い研究となった。

研究成果

• [国際共同研究] University of Sydney/University of Adelaide/Australian National University(オーストラリア)
• [国際共同研究] University of Copenhagen(デンマーク)
• [国際共同研究] 中国科学院昆明動物学研究所(中国)
• [国際共同研究] Federal University of Pernambuco(ブラジル)
• [国際共同研究] Bogor Agricultural University(インドネシア)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] University of Sydney/University of Adelaide/Australian Museum(オーストラリア)
• [国際共同研究] University of Copenhagen(デンマーク)
• [国際共同研究] BGI-Shenzhen(中国)
• [国際共同研究] Federal Rural University of Pernambuco/Federal University of Pernambuco(ブラジル)
• [国際共同研究] IPB University(インドネシア)
• [雑誌論文] Initiation of the Primate Genome Project (2022)
  • 著者名/発表者名: Wu DD, Qi XG, Yu L, Li M, Liu ZJ, Yoder AD, Roos C, Hayakawa T, Rogers J, Marques-Bonet T, Su B, Yao YG, Zhang YP, Zhang G
  • 雑誌名: Zoological Research 巻: 43 号: 2 ページ: 147-149
  • DOI: 10.24272/j.issn.2095-8137.2022.001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Genome assembly of the numbat (Myrmecobius fasciatus), the only termitivorous marsupial (2022)
  • 著者名/発表者名: Peel Emma、Silver Luke、Brandies Parice、Hayakawa Takashi、Belov Katherine、Hogg Carolyn J.
  • 雑誌名: Gigabyte 巻: 2022 ページ: 1-17
  • DOI: 10.46471/gigabyte.47
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Lowered sensitivity of bitter taste receptors to β-glucosides in bamboo lemurs: an instance of parallel and adaptive functional decline in TAS2R16? (2021)
  • 著者名/発表者名: Itoigawa Akihiro、Fierro Fabrizio、Chaney Morgan E.、Lauterbur M. Elise、Hayakawa Takashi、Tosi Anthony J.、Niv Masha Y.、Imai Hiroo
  • 雑誌名: Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 巻: 288(1948) 号: 1948 ページ: 20210346-20210346
  • DOI: 10.1098/rspb.2021.0346
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Lactobacillus nasalidis sp. nov., isolated from the forestomach of a captive proboscis monkey (Nasalis larvatus) (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki-Hashido Nami、Tsuchida Sayaka、Hayakawa Takashi、Sakamoto Mitsuo、Azumano Akinori、Seino Satoru、Matsuda Ikki、Ohkuma Moriya、Ushida Kazunari
  • 雑誌名: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 巻: 71 号: 4 ページ: 004787-004787
  • DOI: 10.1099/ijsem.0.004787
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stomach and colonic microbiome of wild Japanese macaques (2021)
  • 著者名/発表者名: Lee W, Hayakawa T, Kurihara Y, Hanzawa M, Sawada A, Kaneko A, Morimitsu Y, Natsume T, Aisu S, Ito T, Honda T, Hanya G
  • 雑誌名: Am J Primatol 巻: 83 号: 5
  • DOI: 10.1002/ajp.23242
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phylogeographic history of Japanese macaques (2021)
  • 著者名/発表者名: Ito Tsuyoshi、Hayakawa Takashi、Suzuki-Hashido Nami、Hamada Yuzuru、Kurihara Yosuke、Hanya Goro、Kaneko Akihisa、Natsume Takayoshi、Aisu Seitaro、Honda Takeaki、Yachimori Syuji、Anezaki Tomoko、Omi Toshinori、Hayama Shin‐ichi、Tanaka Mikiko、Wakamori Hikaru、Imai Hiroo、Kawamoto Yoshi
  • 雑誌名: Journal of Biogeography 巻: online 号: 6 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1111/jbi.14087
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Early origin of sweet perception in the songbird radiation (2021)
  • 著者名/発表者名: Toda Yasuka、Ko Meng-Ching、Liang Qiaoyi、Miller Eliot T.、Rico-Guevara Alejandro、Nakagita Tomoya、Sakakibara Ayano、Uemura Kana、Sackton Timothy、Hayakawa Takashi、Sin Simon Yung Wa、Ishimaru Yoshiro、Misaka Takumi、Oteiza Pablo、Crall James、Edwards Scott V.、Buttemer William、Matsumura Shuichi、Baldwin Maude W.
  • 雑誌名: Science 巻: 373 号: 6551 ページ: 226-231
  • DOI: 10.1126/science.abf6505
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evolution of the primate glutamate taste sensor from a nucleotide sensor (2021)
  • 著者名/発表者名: Toda Yasuka、Hayakawa Takashi、Itoigawa Akihiro、Kurihara Yosuke、Nakagita Tomoya、Hayashi Masahiro、Ashino Ryuichi、Melin Amanda D.、Ishimaru Yoshiro、Kawamura Shoji、Imai Hiroo、Misaka Takumi
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 31 号: 20 ページ: 4641-4649
  • DOI: 10.1016/j.cub.2021.08.002
  • NAID: 120007166025
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comparing the gut microbiome along the gastrointestinal tract of three sympatric species of wild rodents (2021)
  • 著者名/発表者名: Anders Jason L.、Moustafa Mohamed Abdallah Mohamed、Mohamed Wessam Mohamed Ahmed、Hayakawa Takashi、Nakao Ryo、Koizumi Itsuro
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 19929-19929
  • DOI: 10.1038/s41598-021-99379-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Female chimpanzees giving first birth in their natal group in Mahale: attention to incest between brothers and sisters (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Takuya、Hanamura Shunkichi、Kooriyama Takanori、Hayakawa Takashi、Inoue Eiji
  • 雑誌名: Primates 巻: 62 号: 2 ページ: 279-287
  • DOI: 10.1007/s10329-020-00886-3
  • NAID: 120006952819
  • 査読あり
• [雑誌論文] Platypus and echidna genomes reveal mammalian biology and evolution (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhou Yang、Shearwin-Whyatt Linda、Li Jing、Song Zhenzhen、Hayakawa Takashi、他
  • 雑誌名: Nature 巻: NA 号: 7856 ページ: 756-762
  • DOI: 10.1038/s41586-020-03039-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evolution of the bitter taste receptor TAS2R38 in colobines. (2020)
  • 著者名/発表者名: Purba LHPS, Widayati KA, Suzuki-Hashido N, Itoigawa A, Hayakawa T, Nila S, Juliandi B, Suryobroto B, Imai H.
  • 雑誌名: Primates 巻: 61 号: 3 ページ: 485-494
  • DOI: 10.1007/s10329-020-00799-1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Male glandular odorants attract female ring-tailed lemurs (Lemur catta): A putative pheromone in primates (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Shirasu, S. Ito, A. Itoigawa, T. Hayakawa, K. Kinoshita, I. Munechika, H. Imai, and K. Touhara
  • 雑誌名: Current Biology 巻: NA 号: 11 ページ: 2131-2138
  • DOI: 10.1016/j.cub.2020.03.037
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fermentation Ability of Gut Microbiota of Wild Japanese Macaques in the Highland and Lowland Yakushima: In Vitro Fermentation Assay and Genetic Analyses (2020)
  • 著者名/発表者名: Hanya Goro、Tackmann Janko、Sawada Akiko、Lee Wanyi、Pokharel Sanjeeta Sharma、de Castro Maciel Valdevino Gisele、Toge Akito、Kuroki Kota、Otsuka Ryoma、Mabuchi Ryoma、Liu Jie、Hatakeyama Masaomi、Yamasaki Eri、von Mering Christian、Shimizu-Inatsugi Rie、Hayakawa Takashi、Shimizu Kentaro K.、Ushida Kazunari
  • 雑誌名: Microbial Ecology 巻: 80 号: 2 ページ: 459-474
  • DOI: 10.1007/s00248-020-01515-8
  • NAID: 120006876578
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A natural point mutation in the bitter taste receptor TAS2R16 causes inverse agonism of arbutin in lemur gustation (2019)
  • 著者名/発表者名: Itoigawa Akihiro、Hayakawa Takashi、Suzuki-Hashido Nami、Imai Hiroo
  • 雑誌名: Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 巻: 286 号: 1904 ページ: 20190884-20190884
  • DOI: 10.1098/rspb.2019.0884
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Host selection of haematophagous leeches (Haemadipsa japonica): implications for iDNA studies. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hanya G, Morishima K, Koide T, Otani Y, Hongo S, Honda T, Okamura H, Higo Y, Hattori M, Kondo Y, Kurihara Y, Jin S, Otake A, Shiroisihi I, Takakuwa T, Yamamoto H, Suzuki H, Kajimura H, Hayakawa T, Suzuki-Hashido N, Nakano T.
  • 雑誌名: Ecological Research 巻: 34 号: 6 ページ: 842-855
  • DOI: 10.1111/1440-1703.12059
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Gut microbiota composition of Japanese macaques associates with extent of human encroachment (2019)
  • 著者名/発表者名: Lee Wanyi、Hayakawa Takashi、Kiyono Mieko、Yamabata Naoto、Hanya Goro
  • 雑誌名: American Journal of Primatology 巻: - 号: 12
  • DOI: 10.1002/ajp.23072
  • 査読あり
• [学会発表] 飼育下の樹液食霊長類における樹液給餌と腸内細菌叢の関係について (2022)
  • 著者名/発表者名: 早川卓志
  • 学会等名: 第3回京都大学霊長類研究所技術部セミナー「野生から学ぶ、飼育霊長類の食事」
  • 招待講演
• [学会発表] 動物園由来試料を用いた霊長類のゲノム・トランスクリプトーム解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 早川卓志
  • 学会等名: 第50回ホミニゼーション研究会「人類進化と遺伝子」
• [学会発表] Comparative analysis of gut microbiome in wild- and captive-born gum-eating slow lorises (2022)
  • 著者名/発表者名: Kohei Kanetsuna, Natsumi Iijima, Takashi Hayakawa.
  • 学会等名: The 17th International Symposium on Primatology and Wildlife Science
  • 国際学会
• [学会発表] 毒物センサーである苦味受容体の機能と進化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 早川卓志
  • 学会等名: 第48回日本毒性学会学術年会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Evolution of gut microbiota in animals: Host-microbe interactions and mechanisms (2020)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayakawa
  • 学会等名: 第43回 日本分子生物学会年会
  • 国際学会
• [学会発表] Japan-Australia Wildlife Science Collaboration (2020)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayakawa
  • 学会等名: The 15th International Symposium on Primatology and Wildlife Science
  • 国際学会
• [学会発表] Genetic Origin of Koalas Captive in Japan: toward the Investigation of Innate Diet Preference (2020)
  • 著者名/発表者名: Kotaro Kondo, Takashi Hayakawa
  • 学会等名: The 15th International Symposium on Primatology and Wildlife Science
  • 国際学会
• [学会発表] Genetic Analysis of Captive Echidnas in Japanese Zoos using Noninvasive Spine Samples (2020)
  • 著者名/発表者名: Takumi Ezawa, Takashi Hayakawa
  • 学会等名: The 15th International Symposium on Primatology and Wildlife Science
  • 国際学会
• [学会発表] クモザルのるつぼ (2020)
  • 著者名/発表者名: 北山遼, 白井温, 根本慧, 田和優子, 綿貫宏史朗, 早川卓志
  • 学会等名: 第22回日本進化学会年大会
• [学会発表] Zoo acts as a “melting pot” of spider monkeys (2020)
  • 著者名/発表者名: Haruka Kitayama, Atsushi Shirai, Kei Nemoto, Yuko Tawa, Koshiro Watanuki, Takashi Hayakawa
  • 学会等名: The 14th International Symposium on Primatology and Wildlife Science
  • 国際学会
• [学会発表] 集団遺伝学的解析が明らかにした日本のクモザル類の多様性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 北山遼, 白井温, 根本慧, 田和優子, 綿貫宏史朗, 早川卓志
  • 学会等名: 第36回日本霊長類学会大会
• [学会発表] ゲノムから探るグエノン類の混群形成メカニズム (2020)
  • 著者名/発表者名: 北山遼, 峠明杜, 橋本千絵, 五百部裕, 今井啓雄, 古市剛史, 早川卓志
  • 学会等名: 第65回プリマーテス研究会
• [学会発表] 複数種の樹液給餌により飼育下コモンマーモセットの腸内細菌叢は変動するか (2020)
  • 著者名/発表者名: 金綱航平, Leonardo de Oliveira Melo, Valdir Luna da Silva, 他
  • 学会等名: 第65回プリマーテス研究会
• [学会発表] 西島明日香, 栁川洋二郎, 早川卓志 (2020)
  • 著者名/発表者名: クマ類における着床遅延の分子メカニズム研究
  • 学会等名: 第65回プリマーテス研究会
• [学会発表] 屋久島のサル、シカ、イタチの同所的進化をゲノムから探る (2020)
  • 著者名/発表者名: 早川卓志, 明石涼, 伊藤毅, 揚妻-柳原芳美, 揚妻直樹
  • 学会等名: 屋久島学ソサエティ 第8回大会
• [学会発表] 御蔵島のミナミハンドウイルカ野生個体群における授乳行動の報告 (2020)
  • 著者名/発表者名: 勝島日向子, 小木万布, 早川卓志
  • 学会等名: 日本生態学会第68回全国大会
• [学会発表] COVID-19の拡大による観光客減少は「奈良の鹿」の腸内細菌叢を変化させたのか？ (2020)
  • 著者名/発表者名: 明石涼, 石川周, 甲斐義明, 立澤史郎, 早川卓志
  • 学会等名: 日本生態学会第68回全国大会
• [学会発表] Gum feeding induces short-term gut microbiome change in captive slow loris (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayakawa
  • 学会等名: The 14th International Conference on Environmental Enrichment
  • 国際学会
• [学会発表] 飼育下チンパンジーにおける腸内細菌叢の多様性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 早川卓志、平田聡
  • 学会等名: 第35回日本霊長類学会大会
• [学会発表] 全ゲノム解析が示すスローロリスの特殊生態の進化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 早川卓志，辰本将司，岸田拓士，鈴木彦有，樋口拓人，石川裕恵，二階堂雅人， 郷康広
  • 学会等名: 日本進化学会第21回大会
• [備考] 北海道大学 大学院地球環境科学研究院 環境生物科学部門 生態遺伝学分野 早川研究室
  • URL: https://noah.ees.hokudai.ac.jp/hayakawa/index.html
• [備考] 早川研究室
  • URL: https://noah.ees.hokudai.ac.jp/hayakawa/
• [備考] カモノハシとハリモグラの全ゲノム解読に成功！
  • URL: https://www.hokudai.ac.jp/news/2021/01/2-48.html