hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
人為的過誤と監視コストを低減するマン・マシン協調による異常トラヒック検出システム

本研究では,監視対象ネットワークの状態を正常時のネットワーク状態を記述した基準モデルと比較するという非正常パターン検知型の異常トラヒック検知手法について検討する.基準モデルの学習においては,通常,所与のトラヒックデータにおける個々のパケットを専門家の手作業によって正常/異常パケットに分類し,そこから選別された正常パケットのみからなるトラヒックデータを用いる.本研究では,パケットサンプリングにおける情報損失特性を活用することで,この分類作業におけるヒューマンエラーに対して頑健な異常トラヒック検知について提案した.実トラヒックデータを用いた実験の結果,提案手法の有効性が示された.本研究では,マン・マシン協調という新たなコンセプトに基づいた異常トラヒック検出システムについて検討する.具体的には,計測機器によってスケーラブルに実行可能なトラヒック計測手法である時間周期的/計数周期的パケットサンプリングをその統計的特性に応じて使い分けると共に,計測機器により機械的に自動抽出された正常トラヒック情報と専門家の手作業により手動抽出された正常トラヒック情報を無矛盾に集約して利用することを特徴とする非正常パターン検出型の異常トラヒック検出システムについて検討する.非正常パターン検出型の異常トラヒック検出を実行するためには,監視対象ネットワークの内部状態を把握するための実態トラヒックデータと,正常トラヒックパターンを定義付けた基準トラヒックモデルを構築するための正常トラヒックデータを取得する必要がある.平成26年度は,当初の計画通り「課題ア:時間周期的/計数周期的パケットサンプリングの統計的特性を利用した正常/実態トラヒックデータの取得」について重点的に検討した.特に,(1)実態トラヒックデータの取得に伴うネットワーク監視コストの低減と異常トラヒックの検出精度の確保を両立する手法,(2)正常トラヒックデータの取得に伴う人的作業コストの抑制や人為的過誤(ヒューマンエラー)への対処をマン・マシン協調により実現する手法を提案し,その基礎評価を実トラヒックデータを用いて行った.また,当初の計画を一部前倒しして実施し,「課題イ:手動/自動抽出された正常トラヒックデータを無矛盾に集約表現する基準トラヒックモデルの構築」に関する理論的な枠組みについて,情報理論や機械学習を背景とした視点から検討した.上記に関する研究成果に関しては各種の対外発表を行い,そのうち,国際会議SCIS&ISIS2014にて発表した成果に関しては,Best Poster Awardを受賞した.本研究では,マン・マシン協調という新たなコンセプトに基づいた異常トラヒック検出システムについて検討する.具体的には,計測機器によってスケーラブルに実行可能なトラヒック計測手法である時間周期的/計数周期的パケットサンプリングをその統計的特性に応じて使い分けると共に,計測機器により機械的に自動抽出された正常トラヒック情報と専門家の手作業により手動抽出された正常トラヒック情報を無矛盾に集約して利用することを特徴とする非正常パターン検出型の異常トラヒック検出システムについて検討する.非正常パターン検出型の異常トラヒック検出を実行するためには,監視対象ネットワークの内部状態を把握するための実態トラヒックデータと,正常トラヒックパターンを定義付けた基準トラヒックモデルを構築するための正常トラヒックデータを取得する必要がある.平成27年度は,平成26年度の研究結果を踏まえて以下の検討を実施した.まず,非正常パターン検知型の異常トラヒック検知手法における基準モデルを構築する際のパケットクラスの設定方法について検討した.その結果,従来研究におけるパケットクラスの分類方法よりも異常トラヒック検知性能が高まるものが存在することがわかった.しかしながら,パケットクラスの分類をMDL(Minimum Description Length)基準により設定した場合には,基準モデルを学習するためのデータの正確性に,異常トラヒック検知性能が強く依存してしまうことがわかった.そこで,複数の基準モデルを用いることで,異常トラヒック検知性能における変動を抑制/活用する手法を提案し,その有効性を実トラヒックデータを用いて評価した.さらに,複数の基準モデルを統合する際の重み計数を最適化するための理論的枠組みについて継続検討した.当初の計画に従い,「課題ア:時間周期的/計数周期的パケットサンプリングの統計的特性を利用した正常/実態トラヒックデータの取得」および「課題イ:手動/自動抽出された正常トラヒックデータを無矛盾に集約表現する基準トラヒックモデルの構築」について検討し,着実に成果を挙げた.本研究では,マン・マシン協調という新たなコンセプトに基づいた異常トラヒック検出システムについて検討する.具体的には,計測機器によってスケーラブルに実行可能なトラヒック計測手法である時間周期的/計数周期的パケットサンプリングをその統計的特性に応じて使い分けると共に,計測機器により機械的に自動抽出された正常トラヒック情報と専門家の手作業により手動抽出された正常トラヒック情報を無矛盾に集約して利用することを特徴とする非正常パターン検出型の異常トラヒック検出システムについて検討する.非正常パターン検出型の異常トラヒック検出を実行するためには,監視対象ネットワークの内部状態を把握するための実態トラヒックデータと,正常トラヒックパターンを定義付けた基準トラヒックモデルを構築するための正常トラヒックデータを取得する必要がある.平成2627年度の検討では,専門家による手動抽出に加え,時間周期的パケットサンプリングと呼ばれる計測手法を用いた自動抽出を併用することによって正常トラヒックデータを抽出する手法が提案された.しかしながら,時間周期的パケットサンプリングの特性によりパケットがランダムに抽出されることから,これまでの提案手法により構築される基準トラヒックモデルには検知性能にバラつきがあることがわかった.そこで平成28年度の検討では,複数の基準トラヒックモデルを構築し,それらを集約して使用することで,検知性能の変動を抑制/活用する手法を提案した.

本研究では,監視対象ネットワークの状態を正常時のネットワーク状態を記述した基準モデルと比較するという非正常パターン検知型の異常トラヒック検知手法について検討する.基準モデルの学習においては,通常,所与のトラヒックデータにおける個々のパケットを専門家の手作業によって正常/異常パケットに分類し,そこから選別された正常パケットのみからなるトラヒックデータを用いる.本研究では,パケットサンプリングにおける情報損失特性を活用することで,この分類作業におけるヒューマンエラーに対して頑健な異常トラヒック検知について提案した.実トラヒックデータを用いた実験の結果,提案手法の有効性が示された.当初の計画である「課題ア:時間周期的/計数周期的パケットサンプリングの統計的特性を利用した正常/実態トラヒックデータの取得」について検討し着実に成果を挙げた.また,当初の計画を一部前倒しして実施し,「課題イ:手動/自動抽出された正常トラヒックデータを無矛盾に集約表現する基準トラヒックモデルの構築」についても検討した.平成27年度までの検討結果を踏まえ,複数の基準モデルを用いた異常トラヒック検知手法について,様々な条件を加味した性能評価を実用的・理論的観点から継続検討する.情報ネットワーク,数理モデリング課題アについては,平成26年度に実施した検討結果を踏まえて,各種パラメータの最適化等による性能改善を実現するための方策について検討する.また,課題アにおいて取得した正常トラヒックデータを用いて基準トラヒックモデルを構築する手法(課題イ)については,専門家の手作業に依り手動抽出された正常トラヒックデータに含まれる情報と,計測機器により機械的に自動抽出された正常トラヒックデータに含まれる情報を無矛盾に集約して表現できる数理モデルを構築する手法について継続検討する.物品費や人件費・謝金の支出が予定よりも少なかったため.発生した次年度使用額は少額であり,端数額であるとみなせる.平成28年度分として配分された助成金と合算し,平成28年度中に実施する研究費用に充てる.翌年度分として配分された助成金と合算し,翌年度中に実施する研究費用に充てる.
G-関数の多面的研究

超幾何級数の拡張であるG-関数の理論は、超越数論の一分野であったが、本研究計画ではこれを数学の他の分野との関連において多面的に研究することを目標とした。まず、G-関数の特殊値の数論的研究在に関しては現在の手法によって得られる、最善の評価をえることができた。この方面に関しては、これ以上の新しい結果は得られないであろう。どのような微分方程式が、G-関数の解をあたえるか?という問題に関しては、原点における、その微分方程式のイクスポ-ネントが有理数であるときにはすべて、解明された。この問題に関しては、Dwork,Gretto,Sullivanan Introduction to G-Functions,Princeton 1994が重要な意味をもつ。今後の問題としては、イクスポ-ネントが有理数でない場合の研究が残った。これは、二十一世紀の問題となるであろう。さらに、多変数の有理関数のダイアゴナルとしてG-関数を表現する問題に関しては、計算機による実例研究をつずけている。さらに、同じ計算機利用技術によって、代数多様体のコホモロジーや、有理点の個数の計算ができる事が、見出された。これをさらに実行するのが今後の問題である。分担者栗林は、超準解析に関する結果をえた、分担者後藤は解析数論の手法で、分布に関する結果を得ている。分担者熊原は量子版調和解析による超幾何級数の一般化に関して結果をえた。また、分担者橋本は、無限次元解析による超幾何級数の一般化に関して新しい観点から、結果を得ている。
典型金属を活用した環化付加反応様式の新規開発

ケイ素原子を利用してケト型を環化付加反応に有利なエノ-ル型に固定しこれを基本単位に各種π系と共役させる事によって多様なジエン成分が構成できる。本研究では共役する基として芳香族性を有する環の一辺を構成要素に取り入れた。芳香環のアシル化は容易なので、続いてシリル化、[4+2]環化付加の一連の過程を経る事により縮合多環系芳香族化合物の合成法が確立できる。この様な考えに基づきピロ-ル系のインド-ル系への変換を実現した。ピロ-ルはDMAーPOCl_3でアセチル化され更にLDAーTMSClでシリル化される。このアセチルピロ-ルシリルエノ-ルエ-テルについてN上の置換基R=COOEt,SO_2Ph,Me,SiMe_3を選び代表的なジエノフィルとしてNーフェニルマレイミドを用いて封管加熱(115°C)した。結果として各々の電子的・立体的特性を反映した環化反応性を示した。即ちR=COOEtは環化付加後空気酸化を受け再芳香族化した。R=SO_2Phは環化付加と同時に脱保護が進行して再芳香族化した。又R=Meではもう一分子のジエノフィルとエン反応して再芳香族化した。R=SiMe_3は高いHOMO準位にもかかわらずシリル基の嵩高さの為シソイド型を取り得ず反応性を示さなかった。この中でもR=SO_2Phの場合はいわゆる“deprotective[4+2]cycloaddition reaction"として直接N無置換インド-ル骨格を与え興味深い。ジエノフィルとしてアクリロニトリルを用いるとシアノ基は特異的に4位に配向された。この他、oーヒドロキシベンゼンと共役するシリルエノ-ルエ-テル系からは、ニトロソベンゼンとの付加・分子内環化・酸化の一連の行程をワンポットで行う事により2ーイミノ3ーベンゾフラノン系へ導く方法を見いだした。以上ケイ素原子を利用してインド-ル・ベンゾフラノン誘導体への2種類の環形成反応様式を開発した。
多核希土類ポリ酸を前駆体とする蛍光体の合成と高性能フォトニクス材料への応用

1.欠損型Keggin構造の[SbW_9O_<33>]^<9->及び欠損型Lindqvist構造の[W_5O_18]^<6->を配位子とする希土類(RE)錯体,[(RE)_2(H_2O)_2(SbW_9O_<33>)(W_5O_<18>)_2]^<15->(1),[(RE)_3(H_2O)_4(SbW_9O_<33>)_2(W_5O_<18>)_2]^<21->(2)の構造解析を行い,いずれもポリタングステン酸イオンを構築ブロックとする新規な希土類ポリタングステン酸であることがわかった。2.化合物1内の2つのREサイトSite I, Site IIについてRE^<3+>の種類(イオン半径)による占有率の違いを発光スペクトルと結晶構造解析の両面から検討した結果,SIte Iには種々のRE^<3+>が入るのに対しSite IIにはサイズの小さなRE^<3+>が優勢的に入ることを見いだし,その理由を考察した。4.上記で見いだされた(RE)_2Mo_5O_<18>についてEu/Gd固溶体Eu_xGd_<2-x>Mo_5O_<18>を合成し発光強度を調べたところ極めて高輝度の赤色蛍光体であることがわかった。本研究では多核希土類ポリ酸をフォトニクス材料の前駆体として用いるための基礎および応用研究を行った。1.多核希土類ポリ酸の分子構築と設計(1){希土類イオン}:{欠損Keggin型配位子}:{欠損Lindqvist型配位子}の組成比が1:1:1,2:1:2,3:2:2をもつ一連のの混合配位子型希土類ポリ酸を合成した。既知の3:1:3構造と合わせbuilding blockであるポリ酸配位子を希土類イオンで架橋するクラスター分子の設計・構築の可能性が増大した。(2)環境の異なる2つの希土類サイトをもつ[Ln_2(H_2O)_2(SbW_9O_<33>)(W_5O_<18>)_2]^<15->において、希土類イオンのサイズによるサイト選択性を見いだした。2.多核希土類ポリ酸の低温(室温500°C)熱分解と発光強度(1)既知構造の、モリブデン、ニオブ、タングステンの多核希土類(Eu^<8+>)ポリ酸を空気中500°Cで熱分解し発光強度を測定したが、期待に反しいずれもポリ酸骨格構造の崩壊とともに発光は著しく減少した。ポリ酸骨格の分解で生じた多数の欠陥が発光のキラーサイトになっているものと推定された。3.多核希土類ポリ酸の高温(800°C)熱分解生成物と発光特性1.欠損型Keggin構造の[SbW_9O_<33>]^<9->及び欠損型Lindqvist構造の[W_5O_18]^<6->を配位子とする希土類(RE)錯体,[(RE)_2(H_2O)_2(SbW_9O_<33>)(W_5O_<18>)_2]^<15->(1),[(RE)_3(H_2O)_4(SbW_9O_<33>)_2(W_5O_<18>)_2]^<21->(2)の構造解析を行い,いずれもポリタングステン酸イオンを構築ブロックとする新規な希土類ポリタングステン酸であることがわかった。
蒸発散量の推定精度向上のための有効長波放射量の観測および推定式の検討

蒸発散量を精度よく推定することを目指して,灌漑草地において有効長波放射量を観測し,傾向を明らかにするとともに,有効長波放射量推定式について検討した。その結果,以下のことを明らかにした。(1)有効長波放射量は冬期に50 W/m2前後,夏期に20 W/m2前後となり,季節的に変動した。(2)日平均地表面温度は夏期に日平均気温より高くなり,冬期に気温より低くなり,日平均気温と同値とはならないことを確認した。(3)既存の有効長波放射量推定式に含まれる係数に気候依存性があることを示すとともに,観測結果に基づく係数の再同定が重要であることを示した。栃木県の宇都宮大学の圃場に,植生あり・灌漑ありの露場(露場1),植生あり・灌漑なし(露場2),植生なし・灌漑なし(露場3)を設け,露場1では下向き/上向き短波放射量,下向き/上向き長波放射量,土壌水分量,7深度の地温,露場2・3では上向き長波放射量,土壌水分量,7深度の地温を観測した。また,観測結果をもとに,近藤らが提案した下向き長波放射量推定式およびFAOおよびPenmanが提案した有効長波放射量推定式の適用性およびこれらの推定式に含まれる係数について検討した。その結果は以下の通りである。(1)露場1での有効長波放射量は冬期に50 W/m2前後,夏期に20 W/m2前後となり,季節的に変動した。(2)日平均気温と露場1の観測結果から算出した日地表面温度を比較すると,地表面温度は気温より夏季には高くなり,冬季には低くなった。夏季については日射による植生面の昇温が大きかったためと考えられるものの,冬季については十分な考察を得るには至らなかった。しかし,これらは,地表面温度が気温と同一としている既往の有効長波放射量推定式について再検討の余地があることを示す結果となった。(3)植生および灌漑の有無が上向き長波放射量に与える影響については,植生の有無が灌漑の有無よりも影響の大きいことが明らかとなった。(4)近藤らの推定式を適用したところ,測器の精度や対象圃場周辺の樹木による天空の遮蔽を勘案しても説明の難しい誤差となった。この結果についてはさらなる検討が必要であると考えられた。既存の有効長波放射量推定式に関しても比較的大きな誤差が認められた。(5)既存の有効長波放射量推定式に含まれる係数の再同定を行ったところ,FAOが推奨するPenman-Monteith式に含まれる有効長波放射量推定式の係数を再同定した式の精度が最も高く,RMSEで5 W/m2の誤差で推定できることを示した。水資源計画や灌漑計画の策定段階において,蒸発散量はPenman型の蒸発散量推定式により推定されている。Penman型蒸発散量推定式で適用されている有効長波放射量推定式の係数に関して,研究代表者は文献値を採用することにより,蒸発散量の推定精度が低下している可能性が高いことを指摘してきた。そこで,日本の気象条件に適応した有効長波放射量推定式を提示することを最終目的として,本年度はPenman型蒸発散量推定式が前提としている「刈り揃えられた植生があり,植生に水分ストレスがかからない土壌水分を保った露場」(地表面条件)およびその対照区を整備し,放射フラックスの観測を開始した。具体的には,灌漑および植生の有無が上向き長波放射量に及ぼす影響について検討するため,所属大学内の圃場に,灌漑・植生がある露場(露場I),灌漑・植生がない露場(露場II)を設け,露場Iでは下向き・上向きの短波および長波放射量,露場IIでは上向き長波放射量の観測を開始した。また,露場横で気温および湿度,各露場において鉛直方向の地温分布を観測した。また,観測と並行して,放射フラックスが観測されていない地域における有効長波放射量推定式の精度の検討を可能とすることに加えて,推定式の係数の気候依存性について検討するため,気象データに基づき計算される地表面温度と気温の差の年変動パターンを利用する手法について検討した。平成24年度の研究内容としては, Penman型蒸発散量推定式で前提となっている地表面条件およびその対照区での上向き長波放射量の測定に重点を置いた放射フラックスの測定を計画した。試験区は,灌漑の有無,植生(暖候期:ミレット,寒候期:エンバク)の有無の組み合わせにより,計4試験区の整備を予定していたが,予算上の制約から灌漑・植生がある露場(露場I),灌漑・植生がない露場(露場II)を整備し,各露場での放射フラックスを観測するとともに,露場横での気温および湿度,各露場における土壌水分量や鉛直方向の地温分布の観測を開始した。

これまでの観測結果から,露場Iにおける上向き長波放射量の日最大値の出現時間が露場IIにおける上向き長波放射量や気温の日最大値の出現時間と比較して,早い時間に出現し,灌漑および植生の有無が上向き長波放射量に影響することを確認した。また,日本の灌漑計画で採用されているPenman式に含まれる有効長波量推定式の推定値と観測値を比較したところ,宇都宮においては推定値と観測値の間に系統誤差と考えられる乖離があることがわかった。推定式の係数の気候依存性については,地表面温度推定値と気温の差の年変動パターンを求めることにより,係数の気候依存性について検討できる可能性があることを示した。平成24年度は,灌漑・植生がある露場(露場I),灌漑・植生がない露場(露場II)を整備し,各露場での放射フラックスを観測するとともに,露場横での気温および湿度,各露場における土壌水分量や鉛直方向の地温分布を観測した。平成25年度は,新たに灌漑なし・植生ありの露場(露場III)を設け,上向き長波放射量を観測する。これにより,露場Iと露場IIIの比較から,灌漑が上向き長波放射量に及ぼす影響,露場IIと露場IIIの比較から植生が上向き長波放射量に及ぼす影響をそれぞれ定量化することが可能となる。これらの観測と並行して,下記の検討を進め,研究を遂行する。<既存式の係数の再同定>既存の代表的な有効長波放射量推定式はいずれもステファン・ボルツマン定数,気温の4乗,大気の射出率,雲の影響を乗じることで求められる。しかし,これらのうち,検討すべき係数は地表面の射出率および雲の影響に関わる係数となる。係数の検討では,FAO,ASCEの係数同定法に則り,まず蒸気圧から快晴日の大気の射出率を算出する式(Brunt式)の係数を検討する。快晴日は日照率90%以上の日と定義されるため,観測結果が十分に蓄積された後に係数を決定する。その後,曇天日の観測データを含めて,雲の影響を表す項の係数について検討する。本研究では,雲の影響を表す項は(快晴状態の全天日射量に対する当該日の全天日射量の割合)の一次式で表すこととし,その式の係数を決定する。<係数の気候依存性の検討>研究代表者は,公開されている高精度の長波放射量のデータベースを利用してBrunt式の係数に気候依存性があることを明らかにしつつある。本研究で得られた結果も含め,この気象依存性を規定している気象要素を探求し,地域ごとの気候条件の違いを反映できる統一的な係数の算出法について検討する。平成25年度は,灌漑なし・植生ありの露場(露場III)を設け,新設した露場での上向き長波放射量を観測するため,赤外放射計,各種センサー,整備に必要な資材を購入する。また,蓄積されたデータを分析・処理するための装置を購入するとともに,研究発表のための旅費に充てる予定である。
交雑を介した被子植物の多様化:交雑種の送粉様式の変化が花形質の進化に果たす役割

近年の分類学において、DNA塩基配列に基づく効率的な種認識の方法論の進展は目覚ましいが、一方で特定の遺伝マーカーに基づく被子植物の種分類あるいは種同定の試みは乏しい。これはおそらく被子植物において一般に、形態に基づく分類システムの信頼性が高いこと、また種が遺伝的に単系統群にまとまらないことが多いと信じられていることに起因すると考えられる。しかしながら被子植物の種を簡便に、そして効率的に定義できるような遺伝マーカーを見つけ出すことは、ある植物の個体を十分な形態情報無しに、正確に既記載種に位置づけたり(DNAバーコーディング)、あるいはある系統群の中に隠蔽的な種の多様性を見出したりする(DNAタクソノミー)道を開くため、極めて価値が高い。そこで昨年度に引き続き、核リボゾーム遺伝子のETS及びITS領域を用いて、日本産チャルメルソウ類の種の多様性の再評価を行った。その結果、現在10種が知られているチャルメルソヴ節において少なくとも13の明確な種を認識することができた。これは、被子植物の隠蔽種探索にETSおよびITS領域が有用であることと同時に、極めて最近に種分化を遂げた種群への適用には限界があることも示唆している。また同所的に生育するチャルメルソウ節の種間がいかにして生殖隔離を達成し、種の独自性を保って共存しているかを調査した。200通りにも及ぶ網羅的な人工交配実験の結果、チャルメルソウ節においては種間交雑が稔性を著しく低下させ有害であるにも関わらず、他種花粉を排除する仕組みはあまり発達していないことを明らかにした。一方で野外調査の結果からは、同所的に生育する種間では開花フェノロジーの違い、あるいは送粉様式の違いによって生殖隔離が達成されていることが明らかとなった。私は日本産チャルメルソウ類14種66個体を用い、葉緑体や核リボゾームのETS領域及びITS領域のDNA配列を用いた分子系統解析を行った結果、これらの分子マーカー間の情報に有意な違いが有り、その違いは同所的な種間での交雑による遺伝子浸透に起因することを明らかにした(Okuyama et al.,2005)。さらに葉緑体発現型グルタミン合成酵素をコードする核遺伝子の解析から、このグループの多様化過程にどのように種間交雑が介在しているかをより詳細に明らかにした。すなわち、1)日本産チャルメルソウ類の大半を占めるチャルメルソウ節は、北米産二倍体M.pentandraとおそらく絶滅した未知の二倍体種とのただ一回の交雑に由来する異質倍数体の単系統群であり、2)さらに日本産チャルメルソウ節のうちのいくつかは、異なる種の融合に由来する交雑種である-例えばツクシチャルメルソウはおそらくトサチャルメルソウ×シコクチャルメルソウに由来している-、3)この上多くの種は現在同所的に共存する異種から遺伝子浸透を受けているということが示唆された。次に私は日本に加え、北米アイダホ州、ワシントン州、オレゴン州の計27地点での野外調査及び文献調査から、チャルメルソウ類26種の送粉様式を解明した。この情報から核リボゾームDNAの塩基配列を用いた分子系統樹を利用し、本群の特殊な送粉様式であるキノコバエ媒が繰り返し起源している可能性を示唆した。現在は東アジア産チャルメルソウ節の人工交配及び自殖系統の作成を行っており、将来本群の適応形質についての連鎖解析を行うための準備も進めている。本年度、私はまずチャルメルソウ類において種の識別に有用であることが確認されている核リボゾーム遺伝子のETS及びITS領域を用いて、日本産チャルメルソウ類の種の多様性の再評価を行った。その結果、従来オオチャルメルソウ、トサチャルメルソウとして認識されていた種のなかにそれぞれ塩基配列において2.1-2.6%の明確な違いがある2つの遺伝的なまとまりを見出した。これらには外部形態(花の形態・集の大きさ)からも遺伝的な違いに対応するはっきりとした識別点が見つかった。さらにそれぞれの2集団の間で人工交配実験を行い、F1雑種の花粉稔性を測定したところ両親種と比べ50%以上の稔性低下が見られた。ゆえにそれぞれの従来種の中に見出されたこれら2集団はいずれも生物学的に別種と考えられた。次にチャルメルソウ節は他の多くの姉妹種の倍の染色体数である2n=28の核型を持つことが知られているが、この倍数性の起源を明らかにするため、核4遺伝子座をチャルメルソウ類の様々な種から単離し、分子系統解析を行った。その結果、倍数体のチャルメルソウ節はこれら2倍体でシングルコピーの遺伝子座を2セットずつ持ち、それぞれの単系統性が強く支持された。またこれら2つのコピーはお互いに姉妹関係に無く、むしろそれぞれが他の2倍体種の持つコピーにやや近縁であることから、本群はただ一回の交雑に由来する異質倍数体起源の系統群であり、そこから今日の多様化を遂げたことを明らかにした。

しかしながら被子植物の種を簡便に、そして効率的に定義できるような遺伝マーカーを見つけ出すことは、ある植物の個体を十分な形態情報無しに、正確に既記載種に位置づけたり(DNAバーコーディング)、あるいはある系統群の中に隠蔽的な種の多様性を見出したりする(DNAタクソノミー)道を開くため、極めて価値が高い。そこで昨年度に引き続き、核リボゾーム遺伝子のETS及びITS領域を用いて、日本産チャルメルソウ類の種の多様性の再評価を行った。その結果、現在10種が知られているチャルメルソヴ節において少なくとも13の明確な種を認識することができた。これは、被子植物の隠蔽種探索にETSおよびITS領域が有用であることと同時に、極めて最近に種分化を遂げた種群への適用には限界があることも示唆している。また同所的に生育するチャルメルソウ節の種間がいかにして生殖隔離を達成し、種の独自性を保って共存しているかを調査した。200通りにも及ぶ網羅的な人工交配実験の結果、チャルメルソウ節においては種間交雑が稔性を著しく低下させ有害であるにも関わらず、他種花粉を排除する仕組みはあまり発達していないことを明らかにした。一方で野外調査の結果からは、同所的に生育する種間では開花フェノロジーの違い、あるいは送粉様式の違いによって生殖隔離が達成されていることが明らかとなった。
リサイクル可能な解架橋性植物由来ネットワークポリマーの開発

昨年度に得られたエステル基を有する多官能エポキシ化合物を用いて、ネットワークポリマーの合成を試みた。ポリエチレンイミンやイミダゾールを架橋剤として用いることで、比較的高い収率で対応するポリマーが得られた。イミダゾールの系では単独架橋はしなかったので、市販のビスフェノールAジグリシジルエーテルとの共重合でネットワークポリマーを得ることができた。ポリエチレンイミン、イミダゾールを架橋剤として得たネットワークポリマーの耐熱性を評価した結果、10%重量減少温度は250300°Cだった。バイオマスプラスチック度(ネットワークポリマーに含まれるバイオマス由来成分の質量の全質量に対する割合)は、3035%だった。また、トランス体のリモネンオキシドに限定して合成した多官能エポキシ化合物の架橋反応においては、ポリマー収率および耐熱性が向上することを確認した。一方、昨年度から行っていたアセタール基含有の多官能エポキシ化合物の合成は、最終的にエポキシ基を残存できないことから断念した。その代わり、リモネンオキシドを加水分解して得たリモネングリコールを用いてアセタール基含有の多官能ヒドロキシ化合物の合成を試みている。現在のところ、エステル基を有する多官能ヒドロキシ化合物の合成に成功しており、多価イソシアネートを架橋剤として加えることでネットワークポリマーを得ることができた。次年度は、光酸発生剤を含有したネットワークポリマー(エステル基またはアセタール基含有)を用いて、その解架橋と再架橋を検討する。エステル基を有するネットワークポリマーの合成に成功しているが、もう一つの系であるアセタール基を有するネットワークポリマーの合成には至っていないためである。光酸発生剤を含有したネットワークポリマーを用いて、その加水分解反応を行う。また、加水分解後のポリマーを用いて再度架橋できるかも試みる。当該年度の研究目的は、酸加水分解性を有する植物由来多官能エポキシ化合物の合成である。酸加水分解性基として、(1)エステル基と(2)アセタール基の異なる種類を選択した2パターンで研究を進めた。まず、エステル基を有する多価チオールとリモネンオキシド(シス・トランス混合異性体)のチオール・エン反応によって、植物由来多官能エポキシ化合物の合成を行った。その結果、高い反応率で対応する目的化合物を得ることに成功した。リモネンオキシドは、植物由来化合物リモネンの酸化物である。そのシス・トランス異性体のうち、特にトランス異性体はアミンとの反応性が高いことが知られている。そこで、シス・トランス混合異性体からトランス異性体を単離し、トランス異性体に限定したリモネンオキシド由来多官能エポキシ化合物の合成も行った。これは、次年度予定のアミン系架橋剤による多官能エポキシ化合物の架橋反応において、その反応率の向上や得られるネットワークポリマーの収率、耐熱性の向上を狙うためである。一方、アセタール基を有する多官能エポキシ化合物の合成の成功にはまだ至っていない。アセタール基を有する多価チオールの合成において、目的物の分離精製がうまくいっていないためである。次年度は、すでに合成に成功しているエステル基を有する多官能エポキシ化合物を用いて、目的とする酸加水分解性ネットワークポリマーの合成を進めるとともに、アセタール基を有する多官能エポキシ化合物の合成も引き続き行う。29年度の目的は、「酸加水分解性を有する多官能エポキシ化合物の合成」であった。酸加水分解性基としてエステル基とアセタール基の2方向で研究を進めた。その結果、アセタール基を対象とした多官能エポキシ化合物の合成はまだ達成できていないものの、エステル基を対象とした合成には成功している。したがって、今年度の目標は少なくとも達成できているため、「やや遅れている」と自己評価した。現在得られているエステル加水分解性多官能エポキシ化合物(1.シス・トランス混合異性体のリモネンオキシド由来、2.トランス異性体のリモネンオキシド由来)を用いて、架橋反応条件を検討することで対応するネットワークポリマーの合成を試みる。また、その収率や耐熱性を評価する。

一方で、29年度に引き続き、アセタール加水分解性多官能エポキシ化合物の合成も引き続き試みる。光酸発生剤を含有したネットワークポリマーを用いて、その加水分解反応を行う。また、加水分解後のポリマーを用いて再度架橋できるかも試みる。当該年度に予定していた化合物の合成が一部達成できてなく、次年度使用額が生じた。次年度は、当初予定のTG-DTA(熱重量示差熱分析装置)の購入費用に加え、30年度研究目的の酸加水分解性ネットワークポリマーの合成に必要な試薬等の費用、29年度に達成できていない化合物の合成費用を予定している。予定していた学会発表が震災のため中止となり、そのための旅費が次年度使用額として生じた。翌年度予定している研究費の使用用途は、ネットワークポリマーの酸加水分解反応と再架橋反応に必要な試薬の購入である。また、光照射器の購入も予定している。研究結果をまとめて学会発表も行う。
施工された海洋コンクリートの品質評価とその構造物の耐久性能に関する研究

本研究では、まず、海洋環境下に施工された構造体コンクリートの品質評価をコンピューターシミュレーションによって行うための手法について検討を行った。次に、このシミュレーション結果も含め、海洋コンクリート構造物の耐久性設計手法確立のために必要となる幾つかの具体的資料の作成を行った。以下に今回の主な検討内容について示す。1.構造体コンクリートのシミュレーションモデルを作成した。このモデルは、構造体コンクリートの品質が内部欠陥の存在状況に支配されると考え、この欠陥を球状空隙の集合としてモデル化したものである。ここでは、構造体コンクリートの品質は、ランダム関数を用いてモデルコンクリート内部へ配置された球状欠陥空隙の大きさと数の組み合わせによって表わすことができると考えた。2.コンクリート中の鉄筋のマクロ腐食モデルを作成した。これを上記1.のモデルと組み合わせ、種々の欠陥を有する構造体コンクリートの海洋環境下における鉄筋腐食ひび割れ発生までの期間のシミュレーションを行った。これによって、コンクリート内部の欠陥存在状況と構造物の劣化速度の関係をある程度定量化することができた。3.上記1.のモデルと実際の構造体コンクリートとの整合性を取るため、および海洋コンクリート構造物の耐久性設計資料となすため、実コンクリートの塩分浸透性に関して1988年から1993年までに報告された約60編の文献を整理し、塩分拡散係数やコンクリート表面塩分量などについてデータ解析を行った。海洋コンクリート構造物における複合劣化の問題を取り上げ、ここでは、塩害と中性化が複合する環境における劣化速度評価モデルを構築した。
実験肺高血圧症ラットにおけるNO/EDRFの病態生理学的意義の検討

【目的】小動物の肺動静脈本幹から肺小動静脈までの連続した血管樹において,病態下での血管口径応答を計測した報告はない.本研究では軟X線テレビ画像システムを用いたラットの肺血管造影法を開発し,モノクロタリン(MCTL)肺高血圧症ならびに慢性低酸素性肺高血圧症における内因性NOの病態生理学的意義を検討した.【方法】6週齢の雄性SDラットを用い,MCTL(60mg/kg)を1回皮下注射,または10%酸素(FIO2=0.1)の持続暴露を行った.3日-3週間後,麻酔人工呼吸下にて左葉をビジコンフェースプレート上に露出し,造影剤を左肺動脈に注入,軟X線用TVシステムで撮影記録した.内因性NOの関与をみるため,対照時,L-NMMA, L-Arginine投与時の肺動脈口径応答を解析した.【結果】本方法により口径100μm以上の肺小動静脈から左肺動静脈本幹までの口径応答を同一視野内で同時に観察できた.MCTLおよび慢性低酸素性肺高血圧症のいずれも体重増加の抑制と右心室/(左心室+中隔)重量比の増加をみた.MCTL肺高血圧症では生食投与群と比較し,投与後310日ではL-NMMA投与は内径100μm以上の肺動脈口径を有意に減少させたが,MCTL投与後1121日では有意差はなかった.他方,慢性低酸素性肺高血圧症では1-3週の全期間に渡って,室内気吸入群と比較し,L-NMMA投与は内径100μm以上の肺動脈口径を有意に減少させ,この応答は低酸素負荷2週目に最も強かった.いずれの肺高血圧モデルにおいてもL-Arginine投与でL-NMMAによる肺血管収縮は解除された.【結論】以上のin vivoにおける肺血管口径応答の解析により,MCTL肺高血圧症および慢性低酸素性肺高血圧症いずれについても肺高血圧形成過程の早期より内因性NOによる肺動脈口径の拡張性代償機転が強く働いていることが明らかとなった.【目的】小動物の肺動静脈本幹から肺小動静脈までの連続した血管樹において,病態下での血管口径応答を計測した報告はない.本研究では軟X線テレビ画像システムを用いたラットの肺血管造影法を開発し,モノクロタリン(MCTL)肺高血圧症ならびに慢性低酸素性肺高血圧症における内因性NOの病態生理学的意義を検討した.【方法】6週齢の雄性SDラットを用い,MCTL(60mg/kg)を1回皮下注射,または10%酸素(FIO2=0.1)の持続暴露を行った.3日-3週間後,麻酔人工呼吸下にて左葉をビジコンフェースプレート上に露出し,造影剤を左肺動脈に注入,軟X線用TVシステムで撮影記録した.内因性NOの関与をみるため,対照時,L-NMMA, L-Arginine投与時の肺動脈口径応答を解析した.【結果】本方法により口径100μm以上の肺小動静脈から左肺動静脈本幹までの口径応答を同一視野内で同時に観察できた.MCTLおよび慢性低酸素性肺高血圧症のいずれも体重増加の抑制と右心室/(左心室+中隔)重量比の増加をみた.MCTL肺高血圧症では生食投与群と比較し,投与後310日ではL-NMMA投与は内径100μm以上の肺動脈口径を有意に減少させたが,MCTL投与後1121日では有意差はなかった.他方,慢性低酸素性肺高血圧症では1-3週の全期間に渡って,室内気吸入群と比較し,L-NMMA投与は内径100μm以上の肺動脈口径を有意に減少させ,この応答は低酸素負荷2週目に最も強かった.いずれの肺高血圧モデルにおいてもL-Arginine投与でL-NMMAによる肺血管収縮は解除された.【結論】以上のin vivoにおける肺血管口径応答の解析により,MCTL肺高血圧症および慢性低酸素性肺高血圧症いずれについても肺高血圧形成過程の早期より内因性NOによる肺動脈口径の拡張性代償機転が強く働いていることが明らかとなった.
単体で市街地移動ロボットの走行制御に必要な精度を実現するGNSS測位

GPSをはじめとするGlobal Navigation Satellite System (GNSS)は、特に市街地の建物の近くなどで、電波の反射・回折により位置精度が大幅に悪化するため、移動ロボットの走行制御のような、常に位置の精度が必要な用途に使用することが難しかった。本研究では、天頂カメラ画像を用いて衛星が建物に遮蔽状況を判断することで高精度な測位を実現する既存の手法を発展させ、衛星の遮蔽状況を、GNSS信号そのものから推定して弁別する測位手法を研究開発し、これによりGNSSの電波受信機以外のセンサを用いず、機器単独で反射・回折の影響を受けない高精度な測位信号処理を実現することを目的としている。本研究によって将来的には、市街地における移動ロボットによるサービスや、携帯機器による位置情報を用いたアプリケーションといった、GNSSを用いた応用システムの利用範囲を大きく広げることができると考えられる。これを実現するため、衛星信号の受信によって得られる疑似距離の時系列データを用い、衛星の遮蔽状態の弁別と位置の推定を同時に行う手法を構築する。具体的には、電波の反射・回折によって生じた衛星信号の誤差を含むGNSSの信号に対して、受信機位置の推定と、衛星遮蔽状態の推定を同時に行うことで、建物等による電波の遮蔽の影響を受けにくい高精度な測位を実現する手法を研究開発している。また、構築した測位手法を用いて実環境でフィールド実験を行い、有効性の評価を行っている。30年度においては、当初の計画を修正し、受信時刻の同時推定と整数不確定性の推定も全て同時に行いつつ、遮蔽された衛星を弁別する手法の基本的な理論を構築と実験を進め、成果の一部について学会発表を行った。当初の計画においては、衛星の疑似距離から幾何的な誤差の異方性を考慮した拘束により、候補範囲を絞り込み衛星を弁別する手法を主に研究する予定であったが、衛星測位において受信位置と時刻を同時推定する際の、疑似距離の整数不確定性によって、幾何拘束が正確に絞り込めない事が判明した。そこで今年度は、モンテカルロ法の一種であるパーティクルフィルタと、衛星信号の受信によって得られる疑似距離の時系列データを用いることで、一般的なGNSS測位で行う受信時刻の推定・疑似距離の整数不確定性の推定・大気による遅延の推定に加えて、衛星の遮蔽状態の弁別を同時に行う手法の、理論構築を行うこととなった。現在までに、受信機が静止している条件のもとで、これらの推定システムを構築し、測量によって位置が既知の地点で測定したデータを用いた効果の確認を行った。しかしながら、当初計画の変更が必要になったため、研究に遅れが生じ、研究期間を延長することとなった。(期間延長の承認済み)実施期間延長による4年度目の研究実施においては、前項で述べた、受信機が静止している条件のもとで構築した、受信時刻の推定・疑似距離の整数不確定性の推定・大気による遅延の推定・衛星の遮蔽状態の弁別を同時に行う手法を拡張し、受信機移動する条件でも同様の推定が行えるシステムを構築する。これにより、当初の目標である、市街地等の建物によるGNSS信号の遮蔽の影響下においても移動ロボットの自律移動に使用可能な精度での測位が実現できるGNSS測位システムの実現を目指す。また、構築した手法の評価と、応用可能性の確認のためにフィールド試験を行う。これには、周辺に建物等がある市街地で、真値を測量等によって求めながら実際の衛星信号を取得するために、屋外自律移動ロボットの技術チャレンジの場である、つくばチャレンジ2018に参加し、データ収集および実験を行う。加えて、研究方針の変更により遅れが生じている、研究成果の発表についても引き続き進める。GPSをはじめとするGlobal Navigation Satellite System (GNSS)は、特に市街地の建物の近くなどで、電波の反射・回折により位置精度が大幅に悪化するため、移動ロボットの走行制御のような、常に位置の精度が必要な用途には使用されてこなかった。本研究では、天頂カメラ画像を用いて衛星が建物に遮蔽状況を判断することで高精度な測位を実現する既存の手法を発展させ、衛星の遮蔽状況を、GNSSの信号そのものから推定して弁別する測位手法を研究開発する。これによりGNSSの電波受信機以外のセンサを用いず、機器単独で反射・回折の影響を受けない高精度な測位信号処理を実現する。本研究によって将来的には、市街地における移動ロボットによるサービスシステムや、携帯機器による位置情報を用いたアプリケーションといった、GNSSを用いた応用システムの利用範囲を大きく広げることができると考えられる。具体的には、電波の反射・回折によって生じた衛星までの距離と衛星の位置関係の矛盾を、数値計算や解析により検出し、その結果を用いて遮蔽された衛星の弁別を行うことで、GNSSの電波受信機以外のセンサを用いずに高精度な測位を実現する手法を研究開発する。これを実現するため、ソフトウェアGNSS信号処理系をベースに、疑似距離の誤差のモデル化、位置候補範囲の計算手法、遮蔽された衛星の弁別による高精度な測位手法を研究開発する。また、最終年度には構築した測位手法を用いて実環境でフィールド実験を行い、有効性の評価を行う。計画では、初年度に(1)測位誤差のモデル化、初年度から2年度目にかけて(2)衛星の位置関係の矛盾の検出計算手法の実現、2年度目に(3)遮蔽された衛星の弁別手法と測位の実現、3年度目に(4)フィールド実験を予定していた。現在のところ、(1)の測位誤差のモデル化のためのGNSS信号のデータ収集と解析を進めており、その結果を用いた(2)の研究を進めており、おおむね順調に研究を実施している。

ただし、(1)に関して、より正確な結果を得るために、更に多くのデータが必要であることが分かったため、引き続きGNSS信号のデータ収集を行い、(2)(3)と並列して誤差モデルの改善を行う予定である。GPSをはじめとするGlobal Navigation Satellite System (GNSS)は、特に市街地の建物の近くなどで、電波の反射・回折により位置精度が大幅に悪化するため、移動ロボットの走行制御のような、常に位置の精度が必要な用途に使用することが難しかった。本研究では、天頂カメラ画像を用いて衛星が建物に遮蔽状況を判断することで高精度な測位を実現する既存の手法を発展させ、衛星の遮蔽状況を、GNSSの信号そのものから推定して弁別する測位手法を研究開発し、これによりGNSSの電波受信機以外のセンサを用いず、機器単独で反射・回折の影響を受けない高精度な測位信号処理を実現することを目的としている。本研究によって将来的には、市街地における移動ロボットによるサービスや、携帯機器による位置情報を用いたアプリケーションといった、GNSSを用いた応用システムの利用範囲を大きく広げることができると考えられる。具体的には、電波の反射・回折によって生じた衛星信号の誤差の特徴を陽に考慮することで、GNSSの電波受信機以外のセンサを用いずに、建物等による電波の遮蔽の影響を受けにくい高精度な測位を実現する手法を研究開発する。これを実現するため、疑似距離の誤差のモデル化、位置候補範囲の計算手法、遮蔽された衛星の弁別による高精度な測位手法を研究開発し、構築した測位手法を用いて実環境でフィールド実験を行い、有効性の評価を行う。このうち29年度においては、誤差の異方性を考慮した測位計算および、遮蔽された衛星の弁別手法の研究を進めた。また、測量によって地球上の真の位置が既知のGNSS信号データを収集し、このデータを元に手法の構築を進めている。計画では、2年度目に(3)遮蔽された衛星の弁別手法と測位の実現、3年度目に(4)フィールド実験を予定していた。提案書においては、衛星の疑似距離から幾何的な誤差の異方性を考慮した拘束により、候補範囲を絞り込み衛星を弁別する手法を主に研究する予定であったが、衛星測位において受信位置と時刻を同時推定する際の、時刻の誤差の影響で幾何拘束が正確に絞り込めない事が判明した。また、高精度な測位に必要な、搬送波位相測位において推定する必要がある、搬送波位相と測位コードの整数不確定性の解決が、幾何的な計算では難しい事がわかり、当初の計画であった、数値解析的に幾何拘束を解く手法から、モンテカルロ法等のアルゴリズムを主とする手法を用いるように計画を修正する必要が発生した。現在は、モンテカルロ法の一種であるパーティクルフィルタを用い、受信時刻の同時推定と、整数不確定性の推定も全て同時に行いつつ、遮蔽された衛星を弁別する手法の研究を新たに進めている。現在までに、位置・時刻の4次元空間内での、疑似距離誤差の特性を考慮した候補範囲の推定が数mの分解能で出来るようになり、この結果をもとに、当初目標に向けた精度の向上と遮蔽衛星弁別アルゴリズムの実現に向けた研究を進めている。
顕微分光分析法の最適化と分光データの実験的・理論的評価

本研究では顕微分光法の最適化をはかり定量性を確立するとともに、広く分析化学へ応用するために、試料の形状・次元性・大きさ、および試料内での分析対象の分布状態などが異なる種々の試料に対して顕微分光による測定を行った。具体的には、分析化学において顕微分光法が用いられる試料として、(1)薄膜(1次元)試料:液膜、高分子薄膜など、(2)管状(2次元)試料:マイクロキャピラリー(シリカ、ポリマー)、マイクロチャンネルチップなど、(3)球状(3次元)試料:液滴、固体微粒子(高分子、ガラス)、マイクロカプセル、脂質二分子膜から成るジャイアントベシクル、細胞(酵母)などを用いた。これらの試料に対して、種々の方法で色素を導入し、マイクロメートルオーダーの空間分解能で、吸収・発光スペクトル、およびケイ光減衰を検討した。特に、形状および色素の分布状態が分光データに与える影響を、次元性を基に明らかにした。同一量の色素が導入されても、見かけの吸光度、発光強度、スペクトルが変化すること、およびそれらの変化の度合いが分布状態、試料形状、サイズに大きく依存することを実験的・理論的に明らかにした。さらに、これらの知見を基に、顕微分光データから正確な試料濃度を決定できるだけでなく、試料の微視的な分布状態を議論する方法を提案した。本年度は、顕微分光分析法の対象となる試料について、そのサイズ、形状、空間的な次元性に着目して研究を進めた。具体的試料として、薄膜・液膜(1次元試料)、マイクロキャピラリー・マイクロチャンネル(2次元試料)、液滴・高分子微粒子・ジャイアントベシクル・マイクロカプセル(3次元試料)を取り扱った。これらの試料に対して種々の方法で色素を導入し、マイクロメートルオーダーの空間分解能で、吸収・発光スペクトル、およびケイ光減衰を検討した。特に、形状および色素の分布状態が分光データに与える影響を、次元性を基に議論した。同一量の色素が導入されても、みかけの吸光度、発光強度、スペクトルが変化すること、およびそれらの変化の度合いが色素の分布状態、試料形状、サイズに大きく依存することを実験的に示した。また、吸光光度法に関してはモデル計算を行い、見かけの吸光度と実試料濃度の関係を理論的に導出することができた。これを用いることにより、正確な試料濃度を決定することができるだけでなく、色素の分布状態を試料のサイズ依存性を基に議論する方法を提案することができた。次年度は、顕微吸光光度法で確立した方法論をさらに進めるとともに、蛍光法への展開を諮るり、顕微分光分析法により得られる分光データの定量的意義付け確立する。本年度は、引き続き試料の次元性、形状、色素の分布状態、大きさの違いに焦点をあて、データの蓄積を行った。さらに、これまでの試料に加え、近年、特に着目されているマイクロチャンネル(2次元試料)、および微小液滴(3次元試料)などの試料に関して詳細に検討した。昨年度、確立した手法を基に、これら試料中の色素の分布状態を定量的に議論することができ、その有用性とともに一般性を示すことができた。また、これらの試料は液液界面を持つことを利用して、その界面の微視的レベルでの構造、および液液抽出過程ダイナミクスの検討手法としての顕微分光法の可能性を示す結果を得ることができた。これらの結果から、定量的な分析法としてだけではなく、バルク測定では得られない微視的構造・状態を得る手法としての顕微分光法の可能性を示すことができた。
マメ科植物根毛の細胞器官および分子に対するNod因子の生物的影響

このプロジェクトはLotusのGFP-TU組み換え体を用いた微小管成長についての集約的な研究である。微小管は細胞形態形成の制御と細胞分裂の調節に中心的な役割を果たしている。重合と脱重合が交互に行われる微小管の動的なターンオーバーが微小管の生物学的な機能の重要な役割を担う。Lotus japonicusの根毛にGFPムTUを組み込むことで、生きた根毛細胞における表層微小管細胞骨格の動態を初めて可視化することができた。リアルタイムでの個々の微小管のターンオーバーを解析した結果、微小管の運動にはプラスの重合末端のみが関わっていることが分かり、動的な不安定性がLotusの根毛細胞における微小管行動の主たる型であることが明らかとなった。Mesorhizobium lotiのNod因子を与えると、生成し、成長中の表層微小管は共生感染後のある決まった時間にその性質が顕著に変化して、動的な程度が弱まった。この研究の成果は微小管の動態の関与が共生達成にいたる初期のシグナル反応に重要な関わりを持つことを明示している。根毛細胞は根粒菌(rhizobia)とマメ科植物の共生における感染の最初の場所である。この感染過程ではじめに影響を受けるのは、細胞内運動の多くを制御する細胞骨格と考えられる。この研究ブロジェクトは遺伝子組み換え体のGFP標識チューブリンを用いて、rhizobiaとそれから分泌される情報伝達分子,Nod因子によって微小管がこの段階でどのような影響を受けるかを調べることにある。研究ブロジェクトの初年度は、LotusのGPF-TU遺伝子組み換え体における微小管成長の観察と実験を集中的に行った。遺伝子組み換えを行ったのち、mutantsを選別し、生育して採種した。こうして集めた種子を実験に供した。微小管の成長速度は共焦点レーザー顕微鏡で調べた。いくつかの標品については映画を撮影した。対照となる根毛における微小管の正・負の成長に関するデータを蓄積してから、rhizobiaとNod因子で処理した場合の実験を行った。共焦点レーザー顕微鏡を用いて数百の映画を撮影し、数千個の根毛からデータを集積した。その結果、微小管の成長は根毛核の近傍及び成長先端の近傍と、細胞内の場所により異なることが分かった。実験データの予備的解析によると、rhizobia及びNod因子は微小管の成長速度に有意な遅延効果をもつことが明らかとなった。また、正常では高い正の成長速度を示す細胞の部分で、負の成長が有意に増加することも分かった。根毛に直接与えるか、あるいはrhizobiaの感染を通して与えるNod因子は、微小管の重合と脱重合の制御概構に作用すると思われる。微小管の重合にはATPとADPは重要な分子なので、次年度の研究はATP-ADPレベルに関する実験を行う。