Aufklärung der evolutionären Ursprünge von Umami und süßen Geschmacksvorlieben

Die Geschmackswahrnehmung ist einer der wichtigsten Sinne und hilft uns, nützliche Lebensmittel zu erkennen und schädliche Substanzen zu vermeiden. Unsere Vorliebe für süße und herzhafte Speisen resultiert beispielsweise aus unserem Bedürfnis, Kohlenhydrate und Proteine ​​zu sich zu nehmen. Aufgrund ihrer Bedeutung als evolutionäres Merkmal untersuchen Forscher auf der ganzen Welt, wie Geschmacksrezeptoren entstanden und sich im Laufe der Zeit entwickelt haben. Die Gewinnung dieser Erkenntnisse über das Fressverhalten von Organismen kann ihnen dabei helfen, ein Bild von der Geschichte des Lebens auf der Erde zu zeichnen.

Einer der wichtigsten Geschmacksrichtungen in unserer Geschmackspalette ist Umami oder der herzhafte Geschmack, der mit Proteinen in Verbindung gebracht wird, die einen wichtigen Bestandteil der Ernährung vieler Organismen darstellen. Der Geschmacksrezeptor Typ 1 (T1R) erkennt bei Säugetieren den süßen und den Umami-Geschmack. Dieser Geschmacksrezeptor wird vom TAS1R kodiert, einer Genfamilie, zu der TAS1R1, TAS1R2 und TAS1R3 gehören, und stammt von einem gemeinsamen Vorfahren knöcherner Wirbeltiere.

Dieses Genmuster wird jedoch bei Quastenflossern und Knorpelfischen nicht beobachtet, wo „taxonomisch nicht platzierte“ TAS1R-Gene identifiziert wurden, was auf ein unvollständiges Verständnis der Evolutionsgeschichte der Geschmacksrezeptoren schließen lässt.

Nun hat jedoch ein Forschungsteam unter der Leitung von außerordentlichem Professor Hidenori Nishihara von der Kindai-Universität und Professor Yoshiro Ishimaru von der Meiji-Universität, Japan, fünf neue, bisher unentdeckte Gruppen innerhalb der TAS1R-Familie identifiziert. Diese Entdeckung ist das Ergebnis einer genomweiten Untersuchung von Kieferwirbeltieren, einschließlich aller wichtigen Fischgruppen.

Der Studieveröffentlicht in Naturökologie und Evolution am 13. Dezember 2023 enthält die Beiträge von Senior Assistant Professor Yasuka Toda von der Meiji-Universität, Professor Masataka Okabe von der Jikei University School of Medicine, Professor Shigehiro Kuraku vom National Institute of Genetics und Project Associate Professor Shinji Okada von der University of Tokio.

„Unsere Studie ergab, dass die Vorfahren der Wirbeltiere im Vergleich zu den meisten modernen Wirbeltieren mehr T1Rs besaßen. Diese Ergebnisse stellen das Paradigma in Frage, dass nur drei Mitglieder der T1R-Familie während der Evolution erhalten geblieben sind“, sagt Prof. Nishihara.

Die neuartigen Geschmacksrezeptorgene, die von den Forschern TAS1R4, TAS1R5, TAS1R6, TAS1R7 und TAS1R8 genannt wurden, wurden anhand ihrer Verteilung unter Arten mit einem gemeinsamen Vorfahren kategorisiert. Die Forscher fanden heraus, dass TAS1R4-Gene bei Eidechsen, Axolotl, Lungenfischen, Quastenflossern, Bihiren und Knorpelfischen vorhanden sind, bei Säugetieren, Vögeln, Krokodilen, Schildkröten und Knochenfischen jedoch fehlen. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass Axolotl, Lungenfische und Quastenflosser über TAS1R5 verfügen.

Die Forscher beobachteten eine enge evolutionäre Verwandtschaft zwischen TAS1R5, TAS1R1 und TAS1R2, was auf eine gemeinsame Abstammung dieser Gene hinweist. Die Knorpelfische besitzen ausschließlich TAS1R6. Insbesondere fanden die Forscher heraus, dass sich TAS1R6 aus demselben Vorfahrengen entwickelte, das zu den Genen TAS1R1, TAS1R2 und TAS1R5 führte. Während Axolotl und Eidechsen TAS1R7 besitzen, besitzen Bichir und Lungenfische TAS1R8. Die Forscher stellten fest, dass diese beiden Gene vom gemeinsamen Vorfahren der Kieferwirbeltiere stammen.

Zusätzlich zu diesen neuen Genen zeigte die Studie Diversität in den bestehenden TAS1R-Genen. Sie fanden beispielsweise heraus, dass TAS1R3 von knöchernen Wirbeltieren in TAS1R3A und TAS1R3B unterteilt werden kann. TAS1R3A kam in Tetrapoden und Lungenfischen vor, während TAS1R3B in Amphibien, Lungenfischen, Quastenflossern und Rochenfischen identifiziert wurde. Darüber hinaus ergab die Genomuntersuchung, dass sich TAS1R2 in zwei verschiedene Gruppen (TAS1R2A und TAS1R2B) diversifiziert hat, was die herkömmliche Vorstellung, dass TAS1R2 eine einzige Gengruppe bildet, in Frage stellt.

„Wir fanden heraus, dass der phylogenetische TAS1R-Baum aus insgesamt 11 TAS1R-Kladen besteht, was eine unerwartete Genvielfalt offenbart“, fügt Prof. Nishihara hinzu.

Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass das erste TAS1R-Gen vor etwa 615–473 Millionen Jahren bei Wirbeltieren mit Kiefer auftrat. Anschließend durchlief das Gen mehrere Duplikationen, um im gemeinsamen Vorfahren knöcherner Wirbeltiere neun Geschmacksrezeptorgene (TAS1R1, 2A, 2B, 3A, 3B, 4, 5, 7 und 8) zu produzieren. Im Laufe der Zeit gingen einige dieser Gene in verschiedenen Abstammungslinien verloren, wobei Säugetiere und Knochenfische nur drei TAS1Rs behielten (TAS1R1, TAS1R2A und TAS1R3A bei Säugetieren).

Die Erkenntnisse werfen nicht nur Licht auf die Evolutionsgeschichte, sondern haben auch praktische Anwendungen. Prof. Nishihara erklärt uns dies und sagt: „Diese Erkenntnisse erleichtern es uns, die Geschmackspräferenzen verschiedener Wirbeltiere abzuleiten. Dies kann wiederum potenzielle Anwendungen haben, wie etwa die Entwicklung von Tiernahrung und Lockstoffen, die auf die Vorlieben von Tieren zugeschnitten sind.“ Fische, Amphibien und Reptilien.