霊長類感覚多重遺伝子族の大規模集団解析による嗅覚・味覚・色覚の総体的進化像の解明

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H02421
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 河村 正二 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (40282727)
• 研究分担者: 今井 啓雄 京都大学, 霊長類研究所, 准教授 (60314176) ; 手島 康介 九州大学, 理学研究院, 助教 (20447593) ; 太田 博樹 北里大学, 医学部, 准教授 (40401228)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 分子・遺伝 / 感覚進化 / 色覚 / ケミカルセンス / 霊長類

研究実績の概要

新世界ザルは食性や色覚の多様性が顕著であるため、進化生態学的な文脈で様々な感覚の相互作用を理解するのに好適といえる。そこで、多様な色覚型と食性の新世界ザル6種を対象に、ターゲットキャプチャーと次世代シークエンシングにより、遺伝子数の膨大な嗅覚受容体(OR)に加え、苦味受容体(TAS2Rs)と旨味甘味受容体(TAS1Rs)遺伝子の全レパートリーを明らかにすることにした。トレードオフ仮説の予測と異なり、新世界ザルで唯一恒常的3色型色覚のホエザルは、他の2色型3色型多型の種に比べ、OR偽遺伝子割合は特に高くはなかった。総OR遺伝子数や偽遺伝子割合に種間で顕著な違いが見られない一方で、機能遺伝子と偽遺伝子のレパートリー構成は種間で大きく異なっていた。TAS2Rsは中立対照に対して塩基多型度が、特に非同義変異で高い傾向にあり、苦味感覚の多様化進化が示唆された。これら6種の新世界ザルのTAS2R16とTAS2R38を培養細胞系で再構成したところ、苦味物質に対する反応性に種間で顕著な違いが見られた。一方、TAS1Rsは機能制約が緩んでいる傾向がみられ、タマリン属では旨味受容体TAS1R1が偽遺伝子化していた。これらの結果は、霊長類の進化において、化学物質受容体遺伝子群の機能・偽遺伝子構成が能動的に変化していることを示唆し、化学物質感覚の重要性を物語っていると考えられる。
一方、旧世界ザルのニホンザルTAS1R2/TAS1R3はヒトが感じられない程度の麦芽糖の甘味もショ糖の甘味と同じくらいに感じることを発見した。自然界では、炭水化物はデンプン等の多糖類として穀物や葉に含まれているので、唾液等に含まれる酵素（アミラーゼ）によって分解された結果、麦芽糖が生じる。ニホンザルはこれを強い甘味として感じることで、採食に役立てている可能性が示唆された。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

多様な色覚と食性の新世界ザル6種からのターゲットキャプチャーと次世代シークエンシングから順調に遺伝子数の膨大なOR、TAS2R、TAS1R遺伝子の全レパートリーを明らかにすることができた。その結果、従来の限られて知見から想定されたことと、これらの遺伝子の進化像が異なることを示すことができた。

今後の研究の推進方策

旧世界霊長類の多数種とヒトの集団試料に対して、OR、TAS2R、TAS1R遺伝子の全レパートリーに対して、ターゲットキャプチャーと次世代シークエンシングを適用し、霊長類におけるこれらの感覚遺伝子の進化とヒトにおける多様性を明らかにする。

研究成果

• [国際共同研究] University of Calgary/McGill University(Canada)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: University of Calgary/McGill University
• [雑誌論文] The allele frequency of ALDH2*Glu504Lys and ADH1B*Arg47His for the Ryukyu islanders and their history of expansion among East Asians (2017)
  • 著者名/発表者名: Koganebuchi, K., Haneji, K., Toma, T., Joh, K., Soejima, H., Fujimoto, K., Ishida, H., Ogawa, M., Hanihara, T., Harada, S., Kawamura, S. and *Oota, H.
  • 雑誌名: American Journal of Human Biology 巻: 29 ページ: e22933
  • DOI: 10.1002/ajhb.22933
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Howler monkey foraging ecology suggests convergent evolution of routine trichromacy as an adaptation for folivory (2017)
  • 著者名/発表者名: *Melin, A. D., Khetpal, V., Matsushita, Y., Zhou, K., Campos, F. A., Welker, B. and Kawamura, S.
  • 雑誌名: Ecology and Evolution 巻: 7 ページ: 1421-1434
  • DOI: 10.1002/ece3.2716
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Female sociality and sexual conflict shape offspring survival in a Neotropical primate (2017)
  • 著者名/発表者名: *Kalbitzer, U., Bergstrom, M. L., Carnegie, S. D., Wikberg, E. C., Kawamura, S., Campos, F. A., Jack, K. M. and Fedigan, L. M.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 114 ページ: 1892-1897
  • DOI: 10.1073/pnas.1608625114
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Inbreeding avoidance and female mate choice shape reproductive skew in capuchin monkeys (Cebus capucinus imitator) (2017)
  • 著者名/発表者名: *Wikberg, E. C., Jack, K. M., Fedigan, L. M., Campos, F. A., Yashima, A. S., Bergstrom, M. L., Hiwatashi, T., Kawamura, S.
  • 雑誌名: Molecular Ecology 巻: 26 ページ: 653-667
  • DOI: 10.1111/mec.13898
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Variation in ligand responses of the bitter taste receptors TAS2R1 and TAS2R4 among New World monkeys (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsutsui, K., Otoh, M., Sakurai, K., Suzuki-Hashido, N., Hayakawa, T., Misaka, T., Ishimaru, Y., Aurel, F., Melin, A. D., *Kawamura, S. and *Imai, H.
  • 雑誌名: BMC Evolutionary Biology 巻: 16 ページ: 208
  • DOI: 10.1186/s12862-016-0783-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A comparative study on the regulatory region of the PERIOD1 gene among diurnal/nocturnal primates (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsumura, T.†, Fukuyo, Y.†, Kawamura, S. and *Oota, H.
  • 雑誌名: Journal of Physiological Anthropology 巻: 35 ページ: 21
  • DOI: 10.1186/s40101-016-0111-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spectral sensitivity of guppy visual pigments reconstituted in vitro to resolve association of opsins with cone cell types (2016)
  • 著者名/発表者名: *Kawamura, S., Kasagi, S., Kasai, D., Tezuka, A., Shoji, A., Takahashi, A., Imai, H. and Kawata, M.
  • 雑誌名: Vision Research 巻: 127 ページ: 67-73
  • DOI: 10.1016/j.visres.2016.06.013
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Paternal kin recognition and infant care in white-faced capuchins (Cebus capucinus) (2016)
  • 著者名/発表者名: *Sargeant, E. J., Wikberg, E. C., Kawamura, S., Jack, K. M. and Fedigan, L. M.
  • 雑誌名: American Journal of Primatology 巻: 78 ページ: 659-668
  • DOI: 10.1002/ajp.22530
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of light environment during growth on the expression of cone opsin genes and behavioral spectral sensitivities in guppies (Poecilia reticulata) (2016)
  • 著者名/発表者名: Sakai, Y., Ohtsuki, H., Kasagi, S., Kawamura, S. and *Kawata, M.
  • 雑誌名: BMC Evolutionary Biology 巻: 16 ページ: 106
  • DOI: 10.1186/s12862-016-0679-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Euarchontan opsin variation brings new focus to primate origins (2016)
  • 著者名/発表者名: *Melin, A. D., Wells, K., Moritz, G. L., Kistler, L., Orkin, J. D., Timm, R. M., Bernard, H., Lakim, M. B., Perry, G. H., Kawamura, S. and *Dominy, N. J.
  • 雑誌名: Molecular Biology and Evolution, 33 (4): 巻: 33 ページ: 1029-1041
  • DOI: 10.1093/molbev/msv346
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 色覚から見た森林の意味：霊長類としての視点 (2017)
  • 著者名/発表者名: 河村正二
  • 学会等名: 森林インストラクター東京会（FIT）
  • 発表場所: 林友ビル 6階会議室、東京都文京区後楽
  • 年月日: 2017-03-02 – 2017-03-02
  • 招待講演
• [学会発表] 新世界ザル3科6種に対するOR、TAS2R、TAS1R遺伝子レパートリー探索の報告 (2017)
  • 著者名/発表者名: 河村正二
  • 学会等名: 第4回ケモビ研究会 (Chemosensation and Behavior Workshop 2016)
  • 発表場所: 鶯宿温泉 赤い風車、岩手県岩手郡雫石町
  • 年月日: 2017-02-17 – 2017-02-19
• [学会発表] 新世界ザル色覚・嗅覚・味覚遺伝子のターゲットキャプチャーと採食果実の物性分析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 河村正二
  • 学会等名: 京都大霊長類研究所 共同利用研究会「霊長類の食性の進化」
  • 発表場所: 京都大霊長類研究所、犬山市
  • 年月日: 2017-02-04 – 2017-02-05
  • 招待講演
• [学会発表] Sensory genetics, ecology and evolution: Color vision of primates and fish, and study extension to chemical sense in primates (2017)
  • 著者名/発表者名: Kawamura, S.
  • 学会等名: The International Alliance Research Internship (IARI) Symposium
  • 発表場所: The University of Tokyo, Kashiwa Campus Library, Media Hall
  • 年月日: 2017-01-30 – 2017-01-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Color vision study of New World monkeys in Santa Rosa: the genetic perspective (2016)
  • 著者名/発表者名: Kawamura, S.
  • 学会等名: Linda Marie Fedigan Festschrift Symposium 2016
  • 発表場所: The Banff Centre, Banff, Alberta, Canada
  • 年月日: 2016-12-01 – 2016-12-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 眼の起源と脊椎動物の進化から見たヒトの色覚多様性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 河村正二
  • 学会等名: 第57回日本視能矯正学会
  • 発表場所: 大阪国際会議場（グランキューブ大阪）、大阪市
  • 年月日: 2016-10-15 – 2016-10-16
  • 招待講演
• [学会発表] 新世界ザル3科6種に対するターゲットキャプチャーによる嗅覚受容体レパートリーの網羅的比較解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 河村正二、直井工、蘆野龍一、新村芳人、東原和成、Melin, A. D.
  • 学会等名: 第70回日本人類学会
  • 発表場所: NSG学生総合プラザSTEP、新潟市
  • 年月日: 2016-10-08 – 2016-10-10
• [学会発表] 視物質の再構成によるグッピーの色覚多様性をもたらす仕組みの考察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 河村正二、笠木聡、河西大輔、手塚あゆみ、正路章子、高橋明義、今井啓雄、河田雅圭
  • 学会等名: 第88回日本遺伝学会
  • 発表場所: 日本大学国際関係学部 三島駅北口校舎、三島市
  • 年月日: 2016-09-07 – 2016-09-10
• [学会発表] 新世界ホエザル属と旧世界霊長類の3色型色覚に対する選択圧の違い：L-Mオプシン遺伝子間塩基相違を基にした考察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松下裕香、竹﨑直子、Melin, A. D.、河村正二
  • 学会等名: 第88回日本遺伝学会
  • 発表場所: 日本大学国際関係学部 三島駅北口校舎、三島市
  • 年月日: 2016-09-07 – 2016-09-10
• [学会発表] 新世界ザル類におけるL/Mオプシンのアリール頻度構成の偏りとその成因 (2016)
  • 著者名/発表者名: 河村正二、松下裕香
  • 学会等名: 第18回日本進化学会
  • 発表場所: 東京工業大学・大岡山キャンパス、東京都目黒区
  • 年月日: 2016-08-25 – 2016-08-28
• [学会発表] Changing views on selective advantage, diversity and evolution of trichromatic color vision in primates via genetic and field studies (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsushita, Y. and Kawamura, S.
  • 学会等名: Joint meeting of the International Primatological Society and the American Society of Primatologists
  • 発表場所: Navy Pier, Chicago, USA
  • 年月日: 2016-08-21 – 2016-08-27
  • 国際学会
• [学会発表] Behavioral ecology and sensory genomics of white-faced capuchin monkeys (Cebus capucinus) in a comparative context (2016)
  • 著者名/発表者名: Melin, A. D., Orkin, J. D., Garrett, E. C., Montague, M. J., Bankoff, R., Perry, G., Warren, W. C. and Kawamura, S.
  • 学会等名: Joint meeting of the International Primatological Society and the American Society of Primatologists
  • 発表場所: Navy Pier, Chicago, USA
  • 年月日: 2016-08-21 – 2016-08-27
  • 国際学会
• [学会発表] Parallel dispersal and its effect on the kin composition of wild white-faced capuchin (Cebus capucinus) groups in Costa Rica (2016)
  • 著者名/発表者名: Wikberg, E. C., Campos, F. A., Sato, A., Bergstrom, M. L., Hiwatashi, T., Jack, K. M., Fedigan, L. M. and Kawamura, S.
  • 学会等名: Joint meeting of the International Primatological Society and the American Society of Primatologists
  • 発表場所: Navy Pier, Chicago, USA
  • 年月日: 2016-08-21 – 2016-08-27
  • 国際学会
• [学会発表] How reliable are color and softness as fruit nutritional cues? Integrating food properties and foraging data from Costa Rican capuchins in a dry tropical forest (2016)
  • 著者名/発表者名: Williamson, R. E., Rothman, J. M., Kawamura, S. and Melin, A. D.
  • 学会等名: Joint meeting of the International Primatological Society and the American Society of Primatologists
  • 発表場所: Navy Pier, Chicago, USA
  • 年月日: 2016-08-21 – 2016-08-27
  • 国際学会
• [学会発表] Infant survival in relation to female social bonds and alpha male replacements in wild white-faced capuchin monkeys (2016)
  • 著者名/発表者名: Kalbitzer, U., Bergstrom, M. L., Carnegie, S. D., Kawamura, S., Wikberg, E. C., Campos, F. A. and Fedigan, L. M.
  • 学会等名: Joint meeting of the International Primatological Society and the American Society of Primatologists
  • 発表場所: Navy Pier, Chicago, USA
  • 年月日: 2016-08-21 – 2016-08-27
  • 国際学会
• [学会発表] Color vision and age affect fruit foraging rates of wild white-faced capuchins (Cebus capucinus) in sector Santa Rosa (2016)
  • 著者名/発表者名: Walco, E. R., Chiou, K. L., Kawamura, S., Fedigan, L. M. and Melin, A. D.
  • 学会等名: Joint meeting of the International Primatological Society and the American Society of Primatologists
  • 発表場所: Navy Pier, Chicago, USA
  • 年月日: 2016-08-21 – 2016-08-27
  • 国際学会
• [学会発表] 感覚系遺伝子の進化生態遺伝学 (Sensory genetics, ecology and evolution) (2016)
  • 著者名/発表者名: 河村正二
  • 学会等名: 国立遺伝学研究所研究集会「分子進化学の現状と今後の展望」
  • 発表場所: 国立遺伝学研究所 宿泊施設2階セミナー室、三島、2016年8月20-21
  • 年月日: 2016-08-20 – 2016-08-21
  • 招待講演
• [学会発表] グッピーの色覚多様性をもたらす仕組みの理解に向けた視物質再構成と吸収波長の直接測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 河村正二、笠木聡、河西大輔、手塚あゆみ、正路章子、高橋明義、今井啓雄、河田雅圭
  • 学会等名: 第19回日本光生物学協会年会
  • 発表場所: 東京大学 本郷キャンパス 山上会館、東京
  • 年月日: 2016-07-28 – 2016-07-29
• [学会発表] 多様な色覚・食性を持つ新世界ザル類に対する苦味受容体遺伝子レパートリーの種間比較解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 林真広、蘆野龍一、Veilleux, C. C.、Garrett, E. C.、Melin, A. D.、今井啓雄、河村正二
  • 学会等名: 第32回日本霊長類学会
  • 発表場所: 鹿児島大学 郡元キャンパス、鹿児島
  • 年月日: 2016-07-15 – 2016-07-17
• [学会発表] 色覚多様性の顕著な新世界ザル類に対する嗅覚受容体レパートリーの種間比較解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 直井工、蘆野龍一、Veilleux, C. C.、Garrett, E. C.、松井淳、新村芳人、Melin, A. D.、東原和成、河村正二
  • 学会等名: 第32回日本霊長類学会
  • 発表場所: 鹿児島大学 郡元キャンパス、鹿児島
  • 年月日: 2016-07-15 – 2016-07-17
• [学会発表] ノドジロオマキザル採食果実の匂い成分分析による霊長類採食行動に寄与する感覚の検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 遠藤瑞輝、白須未香、Williamson, R. E.、Nevo, O.、Melin, A. D.、東原和成、河村正二
  • 学会等名: 第32回日本霊長類学会
  • 発表場所: 鹿児島大学 郡元キャンパス、鹿児島
  • 年月日: 2016-07-15 – 2016-07-17
• [学会発表] 霊長類の色覚の由来から見たヒト色覚の多様性の意味 (2016)
  • 著者名/発表者名: 河村正二
  • 学会等名: カラーユニバーサルデザイン機構（CUDO）賛助会員の集い
  • 発表場所: 第2ディーアイシービル 12階研修センター、東京都千代田区外神田
  • 年月日: 2016-05-28 – 2016-05-28
  • 招待講演
• [備考] 河村正二研究室ホームページ
  • URL: http://www.jinrui.ib.k.u-tokyo.ac.jp/kawamura-home.html
• [備考] Shoji Kawamura Lab Home Page
  • URL: http://www.jinrui.ib.k.u-tokyo.ac.jp/kawamura-home-E.html