hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ハーフメタルを用いた革新的スピントランジスタの創製

電荷に加えて、電子スピンを制御するスピントランジスタは,スピントロニクス分野において実現が強く求められている.本研究では、スピントランジスタ実現のために、新しい動作原理に基づくトランジスタ構造を独自に考案した.基本構造は、ハーフメタルCo_2MnSiを電極とする二重の強磁性トンネル接合(二重MTJ)である.ハーフメタルであるCo_2MnSiを用いることで,大きな磁気電流比と大きなON/OFF比とを兼ね備えたスピントランジスタが実現できる.前年度までの研究により,ゲート電圧の印加により,ドレイン電流の過渡応答が観測されることがわかった.また,過渡応答から磁気電流比とON/OFF比の評価を行った結果,磁気電流比が最大で215%,ON/OFF比は最大2920(いずれも低温)という値を得ることに成功した.過渡応答の形状がRC直列回路のそれと同様の形状をしていることから,トンネル障壁層の抵抗とゲート電極を構成する容量(ゲート容量)とが素子の出力を決定するパラメータになると考えられる.そこで本年度は,トンネル障壁層とゲート電極を構成するMgO層の膜厚を変化させながら素子の作製・評価を行った.評価の結果,磁気電流比の大きさはその素子のTMR比の大きさに対応することがわかった.ON/OFF比に関しては,素子のTMR比の大きさに加えて,ゲート容量が大きくなると大きなON/OFF比が得られるということが明らかになった.素子のTMR比を向上させることができれば,さらに大きな磁気電流比とON/OFF比とを得ることができる.TMR比の向上のために,スピントランジスタを構成する二重MTJの,Co_2MnSiとMgOの界面へ極薄のCoFe層の挿入を試みた.上部界面,下部界面それぞれにおいて挿入するCoFe層の最適化を行った.最適化の結果,CoFe層なしでは40-60%程度(室温)であったTMR比を,最大で134%(室温)まで向上させることができた.電荷に加えて、電子スピンを制御するスピントランジスタは,スピントロニクス分野において実現が強く求められている.本研究では、スピントランジスタ実現のために、新しい動作原理に基づくトランジスタ構造を独自に考案した.基本構造は、ハーフメタルCo_2MnSiを電極とする二重の強磁性トンネル接合(二重MTJ)である.ハーフメタルであるCo_2MnSiを用いることで,大きなスピン依存シグナル比と大きなON/OFF比とを兼ね備えたスピントランジスタが実現できる.今年度は,効率よくスピントランジスタを動作させるための素子構造について研究を行った.本研究で作製するスピントランジスタは二重のトンネル接合とゲート電極から構成される.トンネル接合とゲート電極は容量(ゲート容量)によって結合する.ゲート容量が大きいほど,入力(ゲート電圧)に対する出力の変化が大きくなる.大きなゲート容量を得るために,Cr/MgO/Co_2MnSiの三層膜をゲート容量として用いる素子構造を考案した.MgO層の膜厚によって,ゲート容量の導体間距離を自在に制御できるため,極めて大きなゲート容量が実現できる.スピントランジスタの動作には二重MTJの容量(サイズ)にも依存すると考えられる.最適な動作を示す構造を調べるために,さまざまなサイズのゲート電極と二重MTJからなるスピントランジスタ構造を作製した.ゲート容量中のMgO層の膜厚は10-20nm,ゲート電極のサイズは200-400μm^2,MTJのサイズは0.2-80μm^2である.作製した全てのサイズの素子において,高いトンネル磁気抵抗比とトンネルコンダクタンスの高いバイアス依存性が観測された.これらはスピントランジスタの動作に必要な特性である.作製した素子にパルス状のゲート電圧を印加して,ドレイン電流の測定を行った.ゲート電圧の印加によって過渡応答が観測された.これは,作製した素子構造のゲート電極が容量として機能しているためであり,スピントランジスタとして動作している可能性を示す結果である.電荷に加えて、電子スピンを制御するスピントランジスタは,スピントロニクス分野において実現が強く求められている.本研究では、スピントランジスタ実現のために、新しい動作原理に基づくトランジスタ構造を独自に考案した.基本構造は、ハーフメタルCo_2MnSiを電極とする二重の強磁性トンネル接合(二重MTJ)である.ハーフメタルであるCo_2MnSiを用いることで,大きな磁気電流比と大きなON/OFF比とを兼ね備えたスピントランジスタが実現できる.前年度の研究により,パルス状のゲート電圧を素子に印加することで,ドレイン電流の過渡応答が観測されることがわかった.過渡応答におけるドレイン電流の最大値と最小値の比をゲート電圧によるON/OFF比と定義する.本年度は,スピントランジスタのON/OFF比を向上させることを目的として研究を行った.作製した素子において,ゲート電極からのリーク電流が大きいと過渡応答が観測されず,スピントランジスタとして機能しなくなる.微細加工プロセスの改善を行うことにより,リーク電流の非常に少ない素子を作製することができた.過渡応答の観測は,デジタル・オシロスコープによって行う.素子とオシロスコープの接続の仕方により,観測される過渡応答が大きく変化してしまう。より正確な過渡応答を観測するために,測定系の最適化を行った.

本研究におけるスピントランジスタは,二重の強磁性トンネル接合(MTJ)と,それらと容量結合したゲート電極(ゲート容量)により構成される.作製した素子における過渡応答をはじめとした出力特性は,MTJおよびゲート容量の作製条件に大きく依存する.ON/OFF比の向上のために,MTJの障壁層とゲート容量を構成する絶縁体(ともにMgO)の膜厚をさまざまに変化させた素子を作製して,ON/OFF比の評価を行った.膜厚の最適化の結果,本年度の研究開始時点では室温で100程度,低温で200程度であったON/OFF比を,最大で室温1266,低温2920という値にまで向上させることに成功した.電荷に加えて、電子スピンを制御するスピントランジスタは,スピントロニクス分野において実現が強く求められている.本研究では、スピントランジスタ実現のために、新しい動作原理に基づくトランジスタ構造を独自に考案した.基本構造は、ハーフメタルCo_2MnSiを電極とする二重の強磁性トンネル接合(二重MTJ)である.ハーフメタルであるCo_2MnSiを用いることで,大きな磁気電流比と大きなON/OFF比とを兼ね備えたスピントランジスタが実現できる.前年度までの研究により,ゲート電圧の印加により,ドレイン電流の過渡応答が観測されることがわかった.また,過渡応答から磁気電流比とON/OFF比の評価を行った結果,磁気電流比が最大で215%,ON/OFF比は最大2920(いずれも低温)という値を得ることに成功した.過渡応答の形状がRC直列回路のそれと同様の形状をしていることから,トンネル障壁層の抵抗とゲート電極を構成する容量(ゲート容量)とが素子の出力を決定するパラメータになると考えられる.そこで本年度は,トンネル障壁層とゲート電極を構成するMgO層の膜厚を変化させながら素子の作製・評価を行った.評価の結果,磁気電流比の大きさはその素子のTMR比の大きさに対応することがわかった.ON/OFF比に関しては,素子のTMR比の大きさに加えて,ゲート容量が大きくなると大きなON/OFF比が得られるということが明らかになった.素子のTMR比を向上させることができれば,さらに大きな磁気電流比とON/OFF比とを得ることができる.TMR比の向上のために,スピントランジスタを構成する二重MTJの,Co_2MnSiとMgOの界面へ極薄のCoFe層の挿入を試みた.上部界面,下部界面それぞれにおいて挿入するCoFe層の最適化を行った.最適化の結果,CoFe層なしでは40-60%程度(室温)であったTMR比を,最大で134%(室温)まで向上させることができた.
Nkx2.5を軸とした心臓の発生機構の系統的解析

本研究は胎生初期から心臓で特異的に発現するホメオボックス遺伝子であるNkx2.5を軸に心臓の発生を制御する分子カスケードを系統的に解析することを目的としている。本研究の第一の目的は、Nkx2.5の発現を制御する上流遺伝子を同定することにより、マウスにおける心筋系列(cardiac lineage)の決定機構を明らかにすることである。Nkx2.5周辺のゲノムDNAを含むBACクローンを複数クローニングし、上流40kbまでカバーする5種類のレポーターコンストラクトを作製した。現在、ES由来心筋細胞を用いてのレポーターアッセイが進行中であり、さらにエンハンサーを絞り込んでいく予定である。本研究の第二の目的は、Nkx2.5の下流遺伝子群を同定することにより、心臓の初期形成やルーピングに重要な遺伝子群をクローニングすることである。8.5日胚の心臓より採取したRNAをT7またはPCRを用いて増幅し、それぞれDNAチップ、サブトラクションに用いた。得られた遺伝子については、野生型とホモの心臓での発現の差をin situ hybridizationにて確認した。今までに、ホモの心臓で発現がない遺伝子、ホモの心臓で発現が異常に増加している遺伝子を数種ずつ単離しており、現在発現パターンや機能について解析中である。Nkx2.5は、胎生中期以降の心房中隔の形成や心房内・房室間での刺激の伝導にも重要な役割を果たすが、心房のみでNkx2.5をノックアウトしたマウスを作製し、それらのメカニズムを調べることが本研究の第三の目的である。ミオシン軽鎖2Vの遺伝子座にNkx2.5をノックインするためのコンストラクトを作製し、ES細胞にトランスフェクションした。相同組みかえ体を単離し、さらにCre発現ベクターにより、Neoカセットを取り除いた相同組みかえクローンを得た。胚盤胞への注入が終了し、現在キメラマウスの誕生を待っているところである。
alpha1アドレナリン受容体遺伝子導入培養心筋細胞における各種イオンチャンネル活動の解析

アドレナリン受容体(AR)は神経系をはじめ、循環器、内分泌系においても、重要な役割をしていることが知られている。この受容体には機能や薬剤の感受性、組織分布などにより種々サブクラス(alpha1、alpha2、beta1、beta2およびbeta3)に分けられている。これらのうち、alpha1ARはカテコールアミン(アドレナリンとノルアドレナリン)によってPI代謝亢進、細胞内Ca2+の上昇により種々の生理反応に関わっていることが知られている。本年度、我々はヒト前立腺cDNAライブラリーより、ヒトalpha1アドレナリン受容体(AR)をコードしている遺伝子の1つをクローニングした。クローニングした。この遺伝子は、全長2.28kbで、そのうちORF(open reading frame;翻訳可能な配列)は1.4kbであり、塩基配列より推定されるアミノ酸残基数は466個であった。このヒトalpha1CAR遺伝子とウシalpha1CAR遺伝子とのORFでの相同性は、塩基配列で90%、推定アミノ酸配列においては93%の非常に高い相同性を示した。また、この遺伝子はG-蛋白共役受容体ファミリーに共通の7回の膜貫通領域を持つ構造をしており、推定アミノ酸配列におけるウシalpha1CARとの膜貫通領域の相同性は97%、比較的相同性が低い7回目の膜貫通領域以降の細胞内C末端領域(テール部位)についても83%の相同性が認められた。更に、そのcDNA塩基配列を元に、逆転写酵素-PCR法にてヒト各組織におけるalpha1CARのmRNA発現を検討し、心臓、肝臓、大脳等に局在することを確認した。心筋におけるこのalpha1CARの各種イオンチャンネルへの影響を解析する目的でG蛋白質と共役する第三細胞内ループに対するペプチド抗体を作成し、パッチクランプ法を用いて検討中である。クローニングした。
2層系量子ホール状態におけるマクロ量子コヒーレンスの検証

本年度は,量子ホール状態においてジョセフソン効果につながる巨視的コヒーレンスが最もよく現れる2層系のランダウ準位占有率ν=1の量子ホール状態について,さらに詳しく研究した。この系の巨視的コヒーレンスを研究する手段として,アハラノフ・ボーム効果によって層間の位相差を変化させる面内磁場を加えることは,非常に有力である。この面内磁場に対する量子ホール状態の変化を磁気輸送現象の測定を通して詳しく調べたところ,量子ホール状態であるのに磁気抵抗がゼロに落ちず,ピークが発生する領域が存在することがわかった。この領域について抵抗の温度変化,面内磁場依存性を測定した結果,層間の位相差が2π急激に変化する部分(ソリトン)が一定の間隔で並んだ状態(ソリトン格子相)であることがわかった。この発見は,量子ホール状態において巨視的なコヒーレンスが失われたことで抵抗が発生することを明確に示唆しており,非常に興味深い結果である。また,これまで2層系ν=1量子ホール状態に面内磁場を加えた時の実験結果としては,活性化エネルギーの測定結果に異常が見られることが知られており,整合非整合相転移として解釈されていた。本研究は,さらに踏み込んだ知見を与えるもので,非整合相にはソリトン格子相と定位相非整合相が存在し,面内磁場を大きくすることで,ソリトン格子相が定位相非整合相に漸近する様子を示している。また,面内磁場と総電子密度に対する2層系ν=1量子ホール状態の相図も作成することができ,相境界線の変化から,電子同士の相互作用について重要な実験データを提供することができた。この研究結果は,近く主要な学術雑誌に投稿する予定である。本研究は,二層系量子ホール状態の層間の電気伝導度をマイクロ波空胴共振器摂動法を用いて測定することを目標としている。今年は,マイクロ波空胴共振器摂動法による研究手法を確立することを目標にし,空胴共振器と測定用のクライオスタットの製作を行い,実際に一層系の試料の伝導度を測定した。まず摂動法を行うのに適した高いQ値を持った空胴共振器の開発を行った。Q値とは空胴共振器の性能を表す指標で,最初3000程度だったものを改良し,最終的に4.2Kで17000程度のQ値を持つ空胴共振器を作製できた。これと平行して共振器及び試料を1Kまで冷却できるクライオスタットを作製し,これらを用いて一層系の試料の電気伝導度を測定した。試料はGaAsとAlGaAsのヘテロ接合構造をしており,界面に2次元電子面が形成されている。超伝導マグネットでこの面に垂直に磁場を加え,2次元電子面に平行な方向の伝導度を測定したところ,磁場中での縦伝導度がところどころ極大となる変化を示した。この周期は磁場の逆数に対して一定であり,シュブニコフード・ハース振動であることが確認された。また,試料を磁場中で傾けたところ,伝導度の変化は2次元電子面に対して垂直な磁場成分にのみ依存することが分かった。これにより電気伝導度の変化は2次元電子面における電子のサイクロトロン運動によるもので,量子ホール効果が測定できることが分かった。今後はより低い温度を得るため,マイクロ波空胴共振器摂動法用の希釈冷凍機を作製するとともに,二層系の試料を用いた測定を行う予定である。2層系量子ホール効果は,超伝導ジョセフソン接合と非常によく似た系であり,この系におけるジョセフソン効果の可能性は実際に理論的に指摘されていた。近年では,実験的にもジョセフソン効果と類似した層間の電気伝導度の変化が観測されている。本研究の目的は,2層系量子ホール効果において励起が期待されているジョセフソン・プラズモンの実験的な検証を行うことである。昨年は1.7Kまで冷却できるクライオスタットを製作し,1層系試料を用いて量子ホール効果を測定したが,今年は50mK程度まで冷やせる希釈冷凍機にマイクロ波の伝送回路を組み込み,2層系試料を用いて層間の電気伝導度やジョセフソン・プラズモンの共鳴周波数を測定する実験を行うことを目指した。また,2層のトンネリングの大きさと2層系量子ホール効果の関係を詳しく調べるため,平行してトンネリングの大きな試料における励起ギャップと横磁場の依存性を測定する実験を行うことにした。クライオスタットの製作と2層系試料を用いた実験については,マイクロ波の伝送回路を希釈冷凍機の少ないスペースに組み込むことが難しく,実際に試料を入れて実験するには至らなかった。,今後実際にジョセフソン・プラズモンの検出に向けて実験を開始する予定で,現在実験方法を開発している途中である。また,トンネリングの大きな試料を用いた実験では,ν=1における励起ギャップの横磁場依存性が,層間コヒーレンスの存在を裏付けるような振舞いをすることが分かった。これにより,このトンネリングの大きな2層系は近年実験的に検出されたジョセフソン効果に類似の電気伝導度ピークよりもさらに大きなピークを示すことが期待される系であることがわかった。

この面内磁場に対する量子ホール状態の変化を磁気輸送現象の測定を通して詳しく調べたところ,量子ホール状態であるのに磁気抵抗がゼロに落ちず,ピークが発生する領域が存在することがわかった。この領域について抵抗の温度変化,面内磁場依存性を測定した結果,層間の位相差が2π急激に変化する部分(ソリトン)が一定の間隔で並んだ状態(ソリトン格子相)であることがわかった。この発見は,量子ホール状態において巨視的なコヒーレンスが失われたことで抵抗が発生することを明確に示唆しており,非常に興味深い結果である。また,これまで2層系ν=1量子ホール状態に面内磁場を加えた時の実験結果としては,活性化エネルギーの測定結果に異常が見られることが知られており,整合非整合相転移として解釈されていた。本研究は,さらに踏み込んだ知見を与えるもので,非整合相にはソリトン格子相と定位相非整合相が存在し,面内磁場を大きくすることで,ソリトン格子相が定位相非整合相に漸近する様子を示している。また,面内磁場と総電子密度に対する2層系ν=1量子ホール状態の相図も作成することができ,相境界線の変化から,電子同士の相互作用について重要な実験データを提供することができた。この研究結果は,近く主要な学術雑誌に投稿する予定である。
新規推奨トラフ値達成のためのテイコプラニン簡易投与法の有用性評価

【目的】テイコプラニンはMRSAに対して抗菌力を示すグリコペプチド系抗菌薬である。近年、テイコプラニンのトラフ血中濃度は1530μg/mLとより高濃度での管理が推奨されているが、推奨域を維持するための至適投与法は確立されていない。本研究では、テイコプラニンが投与された患者を対象として負荷投与後、維持量投与時の血中濃度実測値と推奨域への到達率について検討を行った。また、得られた結果を基に、九州大学病院薬剤部で開発してきたテイコプラニン簡易投与法の有用性について評価した。【方法】テイコプラニンが投与された成人(18歳以上)ならびに新生児(出生後28日未満)患者を対象とし、負荷投与後(投与3日目または4日目)、維持量投与時(投与5日目以降)の血中濃度測定値を抽出した。主治医もしくは感染症専門医が目標血中濃度を1530μg/mLに設定することが必要と判断した場合は、高用量負荷投与ならびに、血中濃度実測値に基づく維持量の設定を行った。得られた血中濃度を基に、負荷投与後、維持量投与時の推奨域への到達率について評価した。なお本研究は、九州大学医系地区部局臨床研究倫理審査委員会の承認を得た後に実施した。【成果】簡易投与法にて推奨する高用量負荷投与が実施された成人患者は、15%(8/55)であり、うち推奨域に達した患者は5人(63%)であった。維持量投与時に簡易投与法に準じた投与量にて投与されていた患者は15人であり、うち推奨域に達した患者は73%(11/15)であった。一方、新生児患者において、負荷投与後(初回>12mg/kg、以降>6mg/kg)の推奨域到達割合は70%(7/10)であった。また、維持量投与時(>6mg/kg)の推奨域到達割合は86%(6/7)であった。本研究では、モンテカルロシミュレーションモデルを用いて開発した成人患者におけるテイコプラニン簡易投与法の有用性を示すとともに、新規推奨トラフ値達成のための新生児における至適投与量を明らかにした。本研究結果は、抗菌化学療法の適正使用に大きく貢献したと考えられる。
赤痢アメーバにおける遺伝学的手法の開発に関する研究

赤痢アメーバの嚢子化機構は伝播に必須である。嚢子化機構を詳細に解析するために、関連種であるEntamoeba invadensを用いて、嚢子化に伴う遺伝子発現調節機構解析のための基礎的遺伝学手法の開発を試みた。E.invadensにおいて逆遺伝学的手法を導入するために、まず、リポソーム及びエレクトロポーレションを用いた遺伝子導入の可能性を検討した。導入プラスミドは赤痢アメーバのレクチン及びシステイン合成酵素遺伝子のプロモーターを蛍ルシフェラーゼレポーター遺伝子に繋げたものを用いた。リポフェクチン、リポフェクタミンなど数種のリポソームを用いても、エレクトロポーレションを用いても、E.invadensにルシフェラーゼの活性を検出することはできなかった。そこで、E.invadens特異的プロモーターの獲得を目的として細胞内小胞輸送において分子スイッチとして機能する低分子量GTP結合蛋白をコードする遺伝子を7種類獲得し、現在、全塩基配列を決定している。また、更に、他のE.invadens由来のプロモーターを用いて発現プラスミドを作成し、レポーター遺伝子導入を成功させようと試みている。赤痢アメーバにおける病原性因子の解析を促進するために、リポソームによる形質転換を用いて、アンチセンスによる遺伝子発現抑制を行った。現時点でアンチセンスを用いた発現阻害作用は、システイン合成酵素遺伝子プロモーターとルシフェラーゼ遺伝子を用いてエピソームから発現させたレポーター遺伝子の発現をフォスフォロチオエート結合をもったアンチセンスオリゴで抑制した場合、30-40%であった。更に、オリゴヌクレオチドのウラシル塩基のC-5プロピニル修飾を施したものを用いると10%程度抑制効果が高まった。更に、メチル化などの修飾により抑制活性が高まると期待される。また、オリゴヌクレオチドの導入効果を向上されるために他種の陽性リボソームを用いたが、リポフェクタミン以上に導入効率の良いリポソームは見つからなかった。リポフェクタミンによるオリゴヌクレオチドの導入効率・局在の評価はFITCラベルしたオリゴヌクレオチドを用いて行った。その結果、8-12時間後に細胞質中に強いシグナルが見られた。顕著な核移行は見られなかった。従って、アンチセンスオリゴヌクレオチドは細胞質での蛋白合成を阻害しているものと想像された。本研究によりアンチセンス法による赤痢アメーバでの発現制御が一層の進展を見せ、病原性因子など多くの遺伝子産物の機能を解析する上で有用な手段を提供するものと思われる。
リモートセンシングデータを用いた市街地延焼危険地区の抽出手法に関する研究

1.兵庫県南部地震の被災地域である阪神地域(神戸市、芦屋市、西宮市)を対象として、地震火災規模と震災前の緑被率、建ぺい率等市街地特性との相関を分析した。(1)町下目別市街地情報集計データより求めた市街地特性値(木造率、老朽建物率、容積率及び人口密度)と火災規模との相関を分析した結果、木造率、老朽建物率との相関が見られた。(2)空中写真による建ぺい率、緑被率に関する詳細な読みとり分析の結果、焼失面積の大きな火災において、高い建ぺい率と低い緑被率との関係が認められた。(3)ランドサットTMより求めた正規化植生指標(NVI)を緑被率に換算して火災規模との関係を見た結果では、低い緑被率の地域の火災に大規模火災が多いことが認められた。2.兵庫県南部地震の直後に大きな延焼火災が発生した神戸市の長田地区と東灘地区を対象に、ランドサットTMデータを用いて制約条件付き最小自乗法により緑被率を求め、緑被率の分布と延焼火災区域との対応を考察した。まず、制約条件付き最小自乗法による土地被覆率の推定方法で比較的精度の高い緑被率を求め、2次元重み付き移動平均による緑被率の地域平均による評価方法を検討した。その結果を用いて、緑被率と大規模延焼火災の発生地域との関係を考察し、緑被率の低い地域に大規模延焼火災が生じていたことを具体的な場所により示した。
流動過冷却水中におけるガスハイドレートの生成機構

【生成実験】内容積が500CC,耐圧1MPaの容器内の下部空間に過冷却水を,上部空間にプロパンガスを充填し,過冷却水を容器底部からポンプにより容器外へ導き,容器上部から容器内の気液界面に流入させた.そして,循環流量,過冷却度,圧力を変化させることによって,ハイドレート生成に及ぼす各種パラメータの影響を実験的に確認するとともに,生成ビデオ画像を収録した.ゲストガスにはプロパンガスを用いた.実験条件は,水循環流量Qは550950cc/min,水温Tは0.30.9°C,圧力Pは0.4,0.45MPaである[1]生成範囲Q=550CC/minではいずれの水温,圧力でも生成は確認できなかった.Qの増大につれ生成可能な過冷却度も低下し,950CC/minでは,すべての過冷却度について生成が確認された.[2]生成開始までの時間(1)流量を固定した実験では,生成開始までの時間は,過冷却度の増大とともに低下し,その割合は次第に減少する.そして,過冷却度3.3K以上では生成開始までの時間は,過冷却度にかかわらず700Sec前後であることを示した.(2)過冷却度を固定した実験では,生成開始までの時間は流量が大きいほど短いことを明らかにした.【微細粒子-水混相流の流動特性】微細粒子-水混相流のクエット流れに関する数値解析を行い,(1)この流れでは,粒子濃度は一様にならず,濃度分布が形成されること(2)せん断速度により濃度分布の形状が異なること(3)せん断速度の増大に伴い見かけ粘性も増大し,非ニュートン流体の挙動が見られることを明らかにした.【生成実験】内容積が500CC,耐圧1MPaの容器内の下部空間に過冷却水を,上部空間にプロパンガスを充填し,過冷却水を容器底部からポンプにより容器外へ導き,容器上部から容器内の気液界面に流入させた.そして,循環流量,過冷却度,圧力を変化させることによって,ハイドレート生成に及ぼす各種パラメータの影響を実験的に確認するとともに,生成ビデオ画像を収録した.ゲストガスにはプロパンガスを用いた.実験条件は,水循環流量Qは550950cc/min,水温Tは0.30.9°C,圧力Pは0.4,0.45MPaである[1]生成範囲Q=550CC/minではいずれの水温,圧力でも生成は確認できなかった.Qの増大につれ生成可能な過冷却度も低下し,950CC/minでは,すべての過冷却度について生成が確認された.[2]生成開始までの時間(1)流量を固定した実験では,生成開始までの時間は,過冷却度の増大とともに低下し,その割合は次第に減少する.そして,過冷却度3.3K以上では生成開始までの時間は,過冷却度にかかわらず700Sec前後であることを示した.(2)過冷却度を固定した実験では,生成開始までの時間は流量が大きいほど短いことを明らかにした.【微細粒子-水混相流の流動特性】微細粒子-水混相流のクエット流れに関する数値解析を行い,(1)この流れでは,粒子濃度は一様にならず,濃度分布が形成されること(2)せん断速度により濃度分布の形状が異なること(3)せん断速度の増大に伴い見かけ粘性も増大し,非ニュートン流体の挙動が見られることを明らかにした.本研究は,ガスハイドレートの生成について,バッチ式に替わる連続式の開発を意図したものである.今年度は水分子に包摂されるゲスト物質にプロパンを用いた実験を行い,以下に示す中間的成果を挙げた.まず,エチレングリコール水溶液を冷却媒体とする恒温水槽内に,耐圧10気圧,内容積200CC程度の圧力容器を水平に設置した.ついで,容器内の空間に蒸留水とプロパンガスを封入し,循環ポンプにより容器底部から水を冷却槽を経て容器上部へ導いた.そして,容器内に形成されている気液界面へ液柱状の水を流下させた.【1】この方式の採用により,外部から機械的撹拌を与えることなくガスハイドレートが生成可能であることを実証した.このことは,現在のハイドレート生成技術の「常識」に疑問を投げかけるものである.【2】ハイドレート生成時における容器内の水温変化とビデオ画像を対応させ次の事実を見出した.(1)ハイドレートの生成開始とほぼ同時に容器内の水温に若干の変化,すなわち温度降下量の低下または温度上昇があること.(2)ハイドレートは次のように生成されることが観察された.(1)液柱状の流下水が気液界面に衝突する際にガスを巻き込む.(2)巻き込まれたガスは水中で微細な気泡となって分散の後,液中を上昇する.(3)そして,ハイドレートは微細気泡まわりに形成される.【装置】内容積が500CC,耐圧1MPaの容器内の下部空間に過冷却水を,上部空間にプロパンガスを充填し,過冷却水を容器底部からポンプにより容器外へ導き,容器上部から容器内の気液界面に流入させた.そして,循環流量,過冷却度,圧力を変化させることによって,ハイドレート生成に及ぼす各種パラメータの影響を実験的に確認するとともに,生成ビデオ画像を収録した.ゲストガスにはプロパンガスを用いた.【実験条件】循環流量;550950cc/min水温;0.30.9°C圧力;0.4,0.45MPa【実験結果:[1]生成範囲】循環流量550CC/minではいずれの水温,圧力でもハイドレートの生成は確認できなかった.

循環流量の増大につれて生成可能な過冷却度も低下し,950CC/minの条件では,すべての過冷却度について生成が確認された.循環流量による違いは,水中内におけるガス気泡の挙動に基づくものであることをビデオ画像をもとに示した.【実験結果:[2]生成開始までの時間】(1)流量を固定した実験では,生成開始までの時間は,過冷却度の増大とともに低下し,その割合は次第に減少する.そして,過冷却度3.3K以上では生成開始jまでの時間は,過冷却度にかかわらず700Sec前後であることを示した.(2)過冷却度を固定した実験では,生成開始までの時間は流量が大きいほど短いことを明らかにした.
自然環境保全と防災に資する詳細な地形データを用いた地すべり斜面の抽出と危険度評価

本研究は、地すべりの発生場の地質・地形的特徴と実際の地すべり変動を明らかにし、それに基づいて、広域から地すべり斜面の抽出や危険度の順位付けの評価手法を、白神山地における地すべり地を対象として調査し、その発生場の分布や地すべり地形や歪量と速度の平面的分布を定量的解析することによって構築しようとするものである。さらに、白神山地のような世界自然遺産で自然環境保全と防災対策の施策を実用化するため、地すべりハザードマップを作成し、危険度高い箇所でのモニタリング方法についても示す。
Si素子上への強誘電体超格子のヘテロ成長による強誘電体極限材料の創成

高度化された集積化知能システムを実現するためには、(1)小さく薄くても、大きな誘電・強誘電特性をもつ集積化知能システム極限材料の創成。および(2)Si素子上への高・強誘電体のヘテロ成長。の両技術が不可欠である。我々は、レーザーMBE法を用いて様々な人工格子を形成し物質創製の面から、極限集積化シリコン知能エレクトロニクスの実現を検討した。中でも、Biを含む他のペロブスカイト類縁化合物は、d軌道の電子数に対応して、誘電体(Ti,V酸化物)から磁性体(Mn,Fe,Co酸化物)、超伝導体(Cu酸化物)と広範な電気・磁気特性を示す。電磁気学の見地からは不可能ではない強磁性と強誘電性の共存が実現すれば、同一領域に双極子分極と、スピン分極という異なるメカニズムでの記録が可能な新しい情報記録媒体の創製が期待できる。本年度は、(1)誘電特性発現の限界サイズの理論的/実験的考察、(2)強磁性と強誘電性が共存する極限材料薄膜化、(3)非酸化物系(カルコゲナイド系)強誘電体薄膜のSi基板上への成長、(4)強誘電体材料の脳型メモリへの適用化検討を実施した。さらに、極限知能を材料の立場から実現することを目指し、我々は脳型メモリを提案した。特に、脳の有する諸機能が強誘電体材料の様々な物性により代替できることを見い出した。このような研究の中で、(1)より誘電体の量子論的限界サイズ(膜厚)は1520Åであることが明らかになった。これはデバイス設計に指針を与えるものである。また(2)より電荷(+、-)と、スピン(N,S)による、4値の情報記録デバイスの可能性が示された。今後(4)の実現に注力し、ペロブスカイトエンジニアリングにより、今後の新しいメモリ材料の発展を実現したい。
近世朝廷社会の構造と特質

本年度は研究課題としていた点のうち、近世の朝廷社会と地域社会との関わり、朝廷社会に生きる人々の文化的力量について研究を進めた。その中で二つの具体的な課題に取り組んだ。第一に、近世の朝廷儀式を通じた地域社会の様相。新天皇が即位の後に初めて行なう新嘗祭である大嘗祭において竹木を献上する山城国山科郷の人びとの動向について検証した(特に使用した史料は京都市歴史資料館蔵比留田家文書)。この結果、山科郷は禁裏料で、「勤皇」的な志向性があったと評価されているが、実際、彼らの利害は一様ではなく、役負担を忌避しようとする側面を見い出した。第二に、朝廷社会の文化的動向の検証。前年に引き続き持明院流入木道及び四条流庖丁道を分析した。持明院流入木道については、その特質と門人化の契機を検討した。また、持明院流入木道の「秘伝」(宮内庁書陵部・国立公文書館・国文学研究資料館などに所蔵)を分析し、持明院家は近世初頭に公家家職として整備していき、和歌・漢詩・勅額の制作おいて、紙の上にどのように文字を配置するかという点にこだわった「秘伝」であることから、朝廷社会以外での利用は少なく、町や村に住む人びとにとっては必要性が乏しかったと結論づけた。四条流庖丁道については、公家家職として創造した四条家を中心に検討した(宮内庁書陵部蔵)。四条流庖丁道については継続中であるが、近世後期に至って、新たな公家家職として創造したことが明らかとなった。本年度は特別研究員採用に当たって研究課題としていた点のうち、近世天皇の日常の世話をした非蔵人の存在形態の検証を中心的に研究した。その中でふたつの具体的な課題に取り組んだ。第一に、非蔵人の存在形態の検証。これまで近世の非蔵人については研究が乏しいので、東京大学史料編纂所・京都市歴史資料館・京都府立総合資料館に所蔵されている非蔵人に関する史料(例えば、松尾家記録写真帳や松尾家当主による日記、羽倉敬尚による旧蔵文書の写本など)を用いて、非蔵人を勤めた家柄の確定、近世非蔵人の成立過程、禁裏御所・仙洞御所における非蔵人の役割、堂上公家との関係などを検証した。その作業として、600人に及ぶと思われる非蔵人データベースの作成を行なった(現在もなお作業途中である)。第二に、非蔵人を含んだ公家社会の文化的動向の検証。上記の課題のうち、禁裏御所・仙洞御所における非蔵人の役割を調べていく中で、非蔵人の文化的力量が禁裏御所・仙洞御所の中で大きな影響を持っていることが判明した。既に、堂上公家や地下官人の文化的力量については、報告者の博士論文でも若干触れたが、当時の文化を考える上で、非蔵人の存在は欠かすことができないと思い、これまでの関心と相俟って、公家社会の文化的動向をより詳細に明らかにする作業を進めた。具体的には、近世に至って家職として確立した持明院流入木道(書道)を事例として、持明院流入木道の門人の確定、持明院流入木道成立の契機、門人となる人々の意識を検証した。その作業として、東京大学史料編纂所に所蔵されている持明院家に提出された門人誓詞の写真帳から294人に及ぶデータベースを作成し、それぞれがどのような人物かという確定を進めている(現在もなお作業途中である)。本年度は特別研究員採用に当たって研究課題としていた点のうち、近世天皇の雑事を担った非蔵人の存在形態、朝廷の財務を担った口向役人の役割を検討した。これは非蔵人に関する史料を用いて、1禁裏御所・仙洞御所における非蔵人の人数と役割、2堂上公家との関係、3門跡寺院において活動した非蔵人の役割などを検証した。1の作業として、慶長年間から明治2年まで767人に及ぶ非蔵人データベースの作成を行なった。23として、近世初頭から18世紀初頭にかけての非蔵人の動向を検証した。第二に、公家社会の文化的動向の検証。具体的には近世に至って家職として確立した持明院流入木道を分析した。1持明院流入木道成立の契機、2持明院流入木道の門人の動向、3門人がどのような契機で入門するのかなどを検証した。1の作業として、持明院家に提出された門人誓詞の写真帳(東京大学史料編纂所所蔵)から門人化の契機を検討した。23の作業として、国文学研究資料館などに所蔵された入木道の秘伝書の類を検証して、何が相伝されたのか、どのように相伝されたのかを検討した。また、実際に入木道に入門した姫路藩主酒井忠以の日記から、文化動向の中で、入木道がどのような意味を持つかについて検討した。第三に、口向役人の検証。近世朝廷の経営は幕府旗本と朝廷内部の下級役人である口向役人によって担われている。特に、朝廷儀式に参加する地下官人は賄頭や勘使と称される口向役人の指示により、下行の受け渡しや諸道具の受取を行なっている。そこで口向役人のうち、賄頭や勘使に任命されるかをデータとしてまとめた(「御内儀侍中家譜」宮内庁書陵部蔵)。次に、どのような業務があるのか、地下官人の日記より抜き出し、賄頭や勘使の機能を検討した。

本年度は研究課題としていた点のうち、近世の朝廷社会と地域社会との関わり、朝廷社会に生きる人々の文化的力量について研究を進めた。その中で二つの具体的な課題に取り組んだ。第一に、近世の朝廷儀式を通じた地域社会の様相。新天皇が即位の後に初めて行なう新嘗祭である大嘗祭において竹木を献上する山城国山科郷の人びとの動向について検証した(特に使用した史料は京都市歴史資料館蔵比留田家文書)。この結果、山科郷は禁裏料で、「勤皇」的な志向性があったと評価されているが、実際、彼らの利害は一様ではなく、役負担を忌避しようとする側面を見い出した。第二に、朝廷社会の文化的動向の検証。前年に引き続き持明院流入木道及び四条流庖丁道を分析した。持明院流入木道については、その特質と門人化の契機を検討した。また、持明院流入木道の「秘伝」(宮内庁書陵部・国立公文書館・国文学研究資料館などに所蔵)を分析し、持明院家は近世初頭に公家家職として整備していき、和歌・漢詩・勅額の制作おいて、紙の上にどのように文字を配置するかという点にこだわった「秘伝」であることから、朝廷社会以外での利用は少なく、町や村に住む人びとにとっては必要性が乏しかったと結論づけた。四条流庖丁道については、公家家職として創造した四条家を中心に検討した(宮内庁書陵部蔵)。四条流庖丁道については継続中であるが、近世後期に至って、新たな公家家職として創造したことが明らかとなった。
鉄触媒による精密制御を基軸とする新規な有機合成手法の開発

本研究では、鉄触媒(あるいは試薬)とアリールグリニャール試薬等による次の反応を開発した:ジエノエート等へのヘテロ環の付加/ジエニルホスフィンオキシドへの付加/ジエニルホスホネートへの付加/置換ジエノエート等への付加/脂肪族グリニャール試薬のジエノエート等への付加/ω-ヨードジエノエート等への付加と環化/エンイノエートへの付加とメロシン合成/エンイノエートと有機ハロゲン化物との3成分反応/ω-ヨードエノエート等からシクロプロパン合成/ピリジン4位選択的アルキル化/官能性ジエンモノエポキシドからジンコホリンの合成研究/ニトロ化合物からアミンの合成/CeCl3とCuFとニトロ化合物からニトロン合成本年度当初の交付申請書記載の研究計画に沿い、あるいは新たに、以下の結果を得た。1鉄触媒存在下でフリルグリニャール試薬を、α,β,γ,δ-不飽和エステルに作用させcis -アルケニル置換フランを合成し、これからフラノシクロへプテノンを得た。/2鉄塩触媒存在下でα,β,γ,δ-不飽和ホスフィンオキシドへのアリールグリニャール試薬のδ-選択的付加を行い、cis-アリルホスフィンオキシドを得た。この付加体にWittig反応を行い、立体選択的なジエン合成を行った。/32と同様に鉄塩触媒存在下でα,β,γ,δ-不飽和ホスホネートへのアリールグリニャール試薬のδ-付加を行い、cis-アリルホスホネートを得た。さらに同様に立体選択的なジエン合成を行えた。また、BINOLやTADDOL由来の光学活性α,β,γ,δ-不飽和ホスホネートへのジアステレオ選択的付加反応も検討し、最高85:15程度の選択性で付加体を得た。/4鉄塩触媒存在下で、γ-位にアルコキシやハロゲン基を有するα,β,γ,δ-不飽和エステルやアミドにアリールグリニャール試薬を作用させ、これらの官能基を損なわずcis -アルケン付加体を得た。/5既に鉄触媒存在下でアリールグリニャール試薬のエンイノエートへのδ-付加を報告したが、この反応によりアルカロイド・メロシンの全合成の鍵となる4置換アレンを合成した。/6既に報告した鉄触媒によるメチルグリニャール試薬の官能性ジエンモノエポキシドへの置換反応を利用し、イオノホア・(+)-ジンコホリンの全合成に必要な主要セグメントを光学活性体として合成できた。/7鉄塩触媒共存下でニトロ化合物にグリニャール試薬を作用させ、還元的カップリング反応によりグリニャール試薬を取り込んだアミンが得られた。本年度当初の交付申請書記載の研究計画に沿い、あるいは新たに、以下の結果を得た。1.鉄触媒存在下でシクロプロピルグリニャール試薬がα,β,γ,δ-不飽和化合物のδ位に選択的に付加し、cis-オレフィンを有する付加体が初めて得られた。/2.鉄塩触媒存在下でアリールグリニャール試薬をω-ヨード-α,β,γ,δ-不飽和エステルに作用させると、δ-選択的付加ののち分子内アルキル化により閉環し、ジ置換シクロヘキセン、同シクロペンタン、および同シクロヘキサンが、それぞれ立体選択的に得られた。/3.エンイノエート、sec-あるいはtert-アルキルグリニャール試薬、およびハロアルキンまたはハロアルカンの3成分カップリング反応が、Fe試薬だけでなくむしろCu触媒によって効率良く進行した。/4.鉄塩触媒存在下で官能性アリールグリニャール試薬とエンイノエートから4置換アレンが合成でき、これを利用してアルカロイド・メロシンの形式的全合成を達成した。/5.鉄触媒によるベンジルグリニャール試薬近傍のC-H結合の活性化反応を検討する過程で、ベンジルグリニャール試薬によるピリジン4位の位置選択的アルキル化反応を見出し、新反応として確立した。/6.鉄触媒存在下でメチルグリニャール試薬によるジエンモノエポキシドの置換反応を利用し、イオノホア・(+)-ジンコホリンの全合成に必要なサブセグメントの合成に着手した。/7.鉄塩触媒共存下でのニトロ化合物とグリニャール試薬の還元的カップリング反応の検討途上、これらの基質にCeCl3とCuFを作用させることにより、ニトロンを与えることを見出した。上記の項目1 7は、本年度当初の交付申請書記載の研究計画の項目17にそれぞれ対応するものである。本年度当初の交付申請書の研究計画に沿い、以下の結果を得た。1. Fe触媒による脂肪族グリニャール試薬のα,β,γ,δ-不飽和エステルへのδ-選択的付加反応を、ジエニルや各種置換メチルグリニャール試薬で検討したが、好結果は得られなかった。/2. α,β,γ,δ-不飽和エステルやアミドへのアリールグリニャール試薬の付加反応で、鉄触媒に光学活性リガンド(例えばDiop、Binap、あるいはBenzPなど)を共存させ検討したが、光学活性な付加体は得られなかった。/3. Fe触媒によるアリールグリニャール試薬のEE、EZ、またはZE-α,β,γ,δ-不飽和エステルへの付加反応では、従来のEE型だけでなく、EZあるいはZEのエステルでも反応が進行した。後者の中間エノラートとMeIの生成物は、EE基質による立体選択性から向上しなかった。/

4.鉄触媒とメチルグリニャール試薬によるγ,δ-エポキシ-α,β-不飽和エステルのメチル置換反応を鍵とする(+)-ジンコホリンの合成を検討し、その主要フラグメントの入手を完了した。/5.前項のエポキシドの反応を、新たにγ,δ-アジリジノ-α,β-不飽和エステルに適用し、同様に選択的なメチル置換体の合成が出来た。/6.鉄塩触媒下でi-PrMgClをω-ヨード-α,β,γ,δ-不飽和アミドに作用させ、ハロゲン-メタル交換を経て(cis-アルケニル)シクロプロパンを得た。これを銅触媒で行うと、逆に(trans-アルケニル)シクロプロパンが得られた。また、銅触媒下で同様にi-PrMgClとω-ヨード-α,β-不飽和スルホンまたはニトリルの反応で、官能基を損なわずシクロプロパンが得られた。上記の項目15および6は、本年度の交付申請書の研究計画の項目15および6+7にそれぞれ対応する。本研究では、鉄触媒(あるいは試薬)とアリールグリニャール試薬等による次の反応を開発した:ジエノエート等へのヘテロ環の付加/ジエニルホスフィンオキシドへの付加/ジエニルホスホネートへの付加/置換ジエノエート等への付加/脂肪族グリニャール試薬のジエノエート等への付加/ω-ヨードジエノエート等への付加と環化/エンイノエートへの付加とメロシン合成/エンイノエートと有機ハロゲン化物との3成分反応/ω-ヨードエノエート等からシクロプロパン合成/ピリジン4位選択的アルキル化/官能性ジエンモノエポキシドからジンコホリンの合成研究/ニトロ化合物からアミンの合成/CeCl3とCuFとニトロ化合物からニトロン合成上記の「研究実績の概要」に示した通り、本年度当初の交付申請書記載の研究計画1、2、4、および6については、これらに沿った成果1、2、4、および6(「研究実績の概要」参照)が得られた。また、本年度当初の交付申請書の項目3、5、および7については、当初の計画に従い検討したところ初期の成果が得られなかったが、その過程で予期しなかった知見がそれぞれ得られ、これらを新たな成果3、5、および7(同)として、全体的におおむね順調に研究が進行している。また、本研究の目的は、有機合成試薬として必須な希少金属に代わり、卑金属(ベースメタル)である鉄塩を触媒あるいは試薬として利用しうる有機化学反応を、以下の3つの触媒反応群に重点をおいて開発し、更にそれらを利用した有用物質合成を行うことである。(A)鉄触媒存在下での炭素-炭素(C-C)多重結合と求核試薬の反応を基軸とした合成手法の開発/(B)鉄触媒による炭素-水素(C-H)、C-ヘテロ原子、あるいはC-C結合の切断による合成手法の開発/(C)鉄触媒と還元剤のコンビネーションを利用する新規官能基変換法の開発これらの項目(A)については、「研究実績の概要」の項目14が、項目(B)には同5と6が、項目(C)には同7が該当している。また、応用利用として、4でアルカロイド・メロシンの形式的全合成を達成したほか、6ではイオノホア・(+)-ジンコホリンの全合成研究も継続している。さらに本研究過程で、鉄試薬以外の金属試薬を利用するものの、本課題の目的の大枠に合致する有用な新反応も見出すことが出来た(「研究実績の概要」の項目3、5、および7)。したがって、上記の(A)(C)の目的に沿って、バランス良く幅広い研究が遂行されていると言える。27年度が最終年度であるため、記入しない。有機合成化学初年度(平成25年度)は、新反応開発について当初の申請書記載の路線に沿った基礎的な検討を行い相当の成果を得た。
プラスチド由来脂質性シグナルと生体防御応答メカニズム

イネのいもち病菌抵抗性におけるTAの役割を調べるため、TAからJAへと代謝する過程において、TA合成、OPDA合成およびJA合成の3段階を抑制したJA欠損形質転換系統(F78Ri、AOCRi、OPRWRi)を作成し、これらのいもち病菌抵抗性を評価した。その結果、F78Ri系統はいもち病菌に対する病害抵抗性が向上したものの、AOCRiおよびOPRWRi系統は野生株と同程度の抵抗性を示した。また、AOCRi、OPRWRi系統において病害関連遺伝子は正常に誘導された。これらの結果から、JAはいもち病菌抵抗性誘導能を保持するものの、イネはJAを介さずに抵抗性反応を誘導することが明らかにされた。さらにF78Ri系統における抵抗性の向上には、JA含量の減少は関与していないことがわかった。脂肪酸代謝物質には、病原菌に対して生育阻害活性を持つものが存在する。F78Ri系統の成葉抽出物のいもち病菌に対する生育阻害活性を調べたところ、野生株よりも高い抗菌活性を示した。F78Ri系統はTA合成を抑制されているため、TA前駆体であるdienoic fatty acids (DA)の含量が上昇している。さまざまな脂肪酸代謝物質の抗菌活性を調べたところ、DAに由来する18:2-derived hydroperoxides (HPODE)やhydroxides (HODE)は、TA由来のものよりも高い抗菌活性をもつことを示した。F78Ri系統においてHPODEが多量に蓄積していた。これらの結果から、F78Ri系統において抵抗性が向上した原因は、TA合成の抑制により前駆物質であるDAおよび高い抗菌活性をもつHPODE、HODEの蓄積であると考えられた。本研究において、イネが本来もっている抗菌活性物質の含量を高めることで、病害抵抗性を向上させることが可能であることを明らかにした。イネにおいて、トリエン脂肪酸の代謝物であるジャスモン酸(JA)はさまざまな病害抵抗性遺伝子の誘導活性をもつことから、イネの病害応答性を誘導する上で重要なシグナル物質であると考えられている。メチルジャスモン酸(MeJA)処理を行った野生株(WT)に対して、非病原性もしくは病原性レースのいもち病菌を接種し、病徴の進展を調べた。MeJA処理をWTにした場合、非病原性レース接種後の病徴の進展はわずかに抑えられた。従って、JAはいもち病菌抵抗性の誘導に関与していると考えられた。次に、トリエン脂肪酸合成酵素遺伝子FAD7の発現抑制によりJA含量を低下させた形質転換イネ(F7Ri)のいもち病菌接種後の病徴の進展を調べた。同系統はJA合成を損っているにも関わらず、非病原性または病原性レース接種後の病徴の進展は抑えられていた。非病原性レースまたは病原性レースを接種した後のF7Riの防御関連遺伝の発現はWTよりも早くなった。これらの結果から、F7Riはいもち病菌に対する水平抵抗性が上昇しており、いもち病菌抵抗性遺伝子を誘導する上で、JAは必須ではないことがわかった。F7Riの水平抵抗性の上昇におけるJAの関与を調べるために、MeJA処理を施したF7RiおよびWTのいもち病菌抵抗性を比較したところ、非病原性または病原性レース接種後の病徴の進展は、F7RiにおいてWTよりも抑えられており、F7Riにおける水平抵抗性の上昇はJAの減少によるものではないことが分かった。また、F7RiはJA合成経路の最初の反応を抑制することから、同経路の中間物質もいもち病菌抵抗性に関与していると考えられた。さらに、MeJA処理をしたF7Riにおいてもいもち病菌抵抗性が相加的に付与されることから、この中間物質はJAとは独立した防御反応に関与している可能性がある。

トリエン脂肪酸(TA)は植物細胞の生体膜脂質に特徴的に多く含まれる主要多不飽和脂肪酸であるが、非常に広範なストレス応答過程に関与していることが明らかにされつつある。本研究では、TAを自然界における多様なストレスに対する複雑な適応プロセスを統御する中枢因子として位置づけ、植物に普遍的に存在する同脂肪酸の代謝過程を至適化することを通じて、異種カテゴリーに属する広範なストレスに対抗しうるイネを開発することを目標とする。昨年度、TA生成酵素であるω-3デサチュラーゼの発現を抑制した形質転換イネ(F78Ri)において、いもち病菌抵抗性が向上することを明らかにした。この系統は、TA含量が減少する代わりにジエン脂肪酸が増加しているが、本年度は、この系統において、いもち病菌抵抗性が向上するメカニズムを調べた。具体的には、1)F78Ri系統の成熟葉からのオキシリピンを含む脂肪酸抽出物のいもち病菌(Race 001)に対する抗菌活性を測定した。2)いもち病菌接種後、イネにおいてハイドロキシ脂肪酸合成が誘導されることが知られている。この経路において、18:2と18:3はそれぞれハイドロペロキシ脂肪酸(HPODEs、HPOTEs)に置換され、次にハイドロキシ脂肪酸(HODEs、HOTEs)に還元される。いもち病菌抵抗性におけるこれらのオキシリピンの関与を調べるため、HPODEs、HPOTEs、HODEs、HOTEsのいもち病菌に対する抗菌活性をin vitroで測定し、比較した。3)F78Ri系統に内在するハイドロキシ脂肪酸含量を測定し、野生株と比較した。その結果、リノール酸(18:2)由来のオキシリピンであるハイドロペロキシ脂肪酸(HPODEs)とハイドロキシ脂肪酸(HODEs)は抗いもち病菌活性をもつことを明らかにした。イネのいもち病菌抵抗性におけるトリエン脂肪酸(TA)の役割を調べるため、TAからジャスモン酸(JA)へと代謝する過程において、TA合成、OPDA合成およびJA合成の3段階を抑制したJA欠損形質転換系統(F78Ri、AOCRi、OPRWRi)をそれぞれ作成し、これらのいもち病菌抵抗性を評価した。その結果、F78Ri系統はいもち病菌に対する病害抵抗性が向上したものの、AOCRiおよびOPRWRi系統は野生株と同程度の抵抗性を示した。また、AOCRi、OPRWRi系統において病害関連遺伝子もまた正常に誘導された。これらの結果から、JAはいもち病菌抵抗性誘導能を保持するものの、イネはJAを介さずに抵抗性反応を誘導することができることが明らかにされた。さらにF78Ri系統における抵抗性の向上には、JA含量の減少は関与していないことがわかった。脂肪酸代謝物質には、病原菌に対して生育阻害活性を持つものが存在する。F78Ri系統の成葉抽出物のいもち病菌に対する生育阻害活性を調べたところ、野生株よりも高い抗菌活性を示した。F78Ri系統はTA合成を抑制されているため、TA前駆体であるジエン脂肪酸(DA)の含量が上昇している。さまざまな脂肪酸代謝物質の抗菌活性を調べたところ、DAに由来するハイドロペロキシ脂肪酸(HPODE)やハイドロキシ脂肪酸(HODE)は、TA由来のものよりも高い抗菌活性を持つことを示した。