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Degeneration of Olfactory Receptor Gene Repertories in Primates: No Direct Link to Full Trichromatic Vision

Atsushi Matsui, Yasuhiro Go, and Yoshihito Niimura (松井 淳、郷 康広、新村芳人)

 嗅覚受容は、嗅覚受容体が環境中のにおい物質を分子認識することにより開始される。霊長目の進化の過程において、三色色覚の発達と引き換えに嗅覚の相対的な重要性が低下し、嗅覚受容体遺伝子が失われたとする仮説がある。嗅覚機能の進化の道筋や、ヒト嗅覚の特異性を理解するためには、霊長目の様々な種についてゲノムデータから全嗅覚受容体遺伝子を網羅的に同定し、比較解析することが重要である。そこで本研究では、オランウータン、マーモセット、2種の曲鼻猿類、近縁目ツパイのゲノム配列から、嗅覚受容体機能遺伝子・偽遺伝子の同定を行い、これまでに同定されたヒト、チンパンジー、アカゲザルの遺伝子と共に比較解析を行った(ヒト、チンパンジー、オランウータン、アカゲザル、マーモセットの5種は直鼻猿類というグループに属し、質の高いゲノム配列がデータベースに報告されている)。  その結果、マーモセットの偽遺伝子の割合は、他の直鼻猿類4種に比べて低いことが分かった。マーモセットは完全な三色色覚をもたないので、これは先行研究と一致する結果である。しかしながら、マーモセットの機能遺伝子数はヒトやチンパンジーとほとんど同じで、むしろアカゲザルやオランウータンの方が少なかった。このことは、偽遺伝子の割合では機能の優劣を推測できないことを示唆している。さらに、直鼻猿類5種間で嗅覚受容体機能遺伝子の相同遺伝子を同定し、比較解析を行った。その結果、狭鼻猿類(マーモセット以外の4種)の系統で機能遺伝子は徐々に失われており、三色色覚の獲得によって嗅覚受容体遺伝子が急激に失われたということはないことが示された。また、直鼻猿類5種の共通祖先がもっていた嗅覚受容体遺伝子は、ヒト、チンパンジー、マーモセットに比べてオランウータン、マカクでより大きく失われており、他の霊長目に比べて、ヒトの嗅覚はそれほど退化していないと考えられる。

Molecular Biology and Evolution, Advance Access published online, 2010 


Odor molecules in the environment are recognized by olfactory receptors (ORs). We compared the repertoires of OR genes of five primate species including New World Monkeys (NWMs), Old World Monkeys (OWMs), and hominoids for which high-coverage genome sequences are available, together with two prosimians and tree shrews with low-coverage genomes. It is generally thought that primates are vision-oriented and dependent weakly on olfaction. Previous studies suggested that OWMs and hominoids lost many functional OR genes after the divergence from NWMs due to the acquisition of well-developed trichromatic vision. However, our results showed no significant differences in the number of functional OR genes between NWMs and OWMs/hominoids. Two independent analyses, identification of orthologous genes among the five haplorhines and estimation of the numbers of ancestral genes by the reconciled tree method, did not support a sudden loss of OR genes at the branch of the OWMs/hominoids ancestor, but suggested a gradual loss in every lineage. Moreover, we found that humans retain larger numbers of ancestral OR genes that were in the common ancestor of NWMs/OWMs/hominoids than orangutans and macaques, and that the OR gene repertoire in humans is more similar to that of marmosets than those of orangutans and macaques. These results suggest that the degeneration of OR genes in primates cannot simply be explained by the acquisition of trichromatic vision, and our sense of smell may not be inferior to other primate species.


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