hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ゲノム刷り込みドメインにおける遺伝子発現調節のエピジェネティック分子基盤

ゲノム刷り込みは、一対の対立遺伝子のうち一方の親由来の遺伝子のみが発現する現象で、刷り込み調節領域(ICR)の刷り込みマークに基づき遺伝子発現が決定される。11p15.5は、複数の刷り込み遺伝子が存在する領域であり、刷り込みの破綻はBeckwith-Wiedemann症候群(BWS)や癌と関連する。本研究では刷り込み調節の分子基盤と疾患との関連について解析した。1.KIP2/LIT1刷り込みドメインのICRであるDMR-LIT1は、母性アレルのみメチル化している。BWS患児ではこの母性メチル化とともにヒストンH3K9メチル化も喪失することを明らかにした。癌において腫瘍抑制遺伝子KIP2が物理的に離れたDMR-LIT1のDNAとH3K9のメチル化により制御されていることを明らかにした。また、DNAメチル化酵素とH3K9メチル化酵素を欠失したES細胞の解析から、刷り込み維持にはDNAメチル化とヒストンH3K9メチル化の両方が重要であることが示唆された。2.正常細胞とBWS細胞をプロテインチップで解析し、刷り込み調節候補分子をスクリーニングしたが、これまでに刷り込みに関与すると推測される分子は同定できていない。3.ヒストンH3K9、H3K27、H4K20のモノ、ジ、トリメチル化について解析した。その結果、H3K20のモノメチル化のみが父アレルに優位に存在することが判明し、新たな刷り込みマークである可能性が示唆された。4.弧発性Wilms腫瘍37例について、ジェネティック、エピジェネティックな解析を行った。ジェネティックな異常としては11p LOH(27%)が、エピジェネティックな異常としてはIGF2 LOI(37%)が最も高頻度であった。また、11pの異常は9割の症例に認められ、Wilms腫瘍発生に最も重要な染色体領域と考えられた。ゲノム刷り込みは、一対の対立遺伝子のうち一方の親由来の遺伝子のみが発現する現象で、配偶子形成過程で付けられる印(刷り込みマーク)に基づき遺伝子発現が決定される。ヒト染色体11p15.5は、複数の刷り込み遺伝子が存在する刷り込み領域であり、刷り込みの破綻はBeckwith-Wiedemann症候群(BWS)や胎児性腫瘍と関連する。刷り込みマークとして、DNAメチル化と特定のヒストン修飾が考えられている。本研究では刷り込みマークに基づく遺伝子発現調節の分子基盤を明らかにするため、DNAメチル化酵素遺伝子欠失ES細胞(Dnmt-/-ES)とヒストンH3K9メチル化酵素欠失ES細胞(G9a-/-ES)を用いて、刷り込み遺伝子Lit1の解析を行った。また、クロマチン免疫沈降法にて、刷り込みマークとしてのピストンH3K27トリメチル化の役割について検討した。Dnmt-/-ESおよびG9a-/-ESの両細胞において、DNAメチル化は消失し、刷り込み遺伝子Lit1が両アレル発現を示した。G9aをトランスジーンでレスキューするとLit1の発現は片アレル発現に回復した。この結果から、刷り込み維持にはDNAメチル化とヒストンH3K9メチル化の両方が重要であることが考えられた。また、G9a-/-ESでDNAメチル化が消失していることから、H3K9メチル化がDNAメチル化より上位の刷り込みマークである可能性が示唆された。一方、トリメチル化H3K27は、BWS領域では母アレル

特異的に認められたが、別の刷り込み領域であるPWS/AS領域では父アレル特異的に認められた。これら2つの刷り込み領域は、エピジェネティックな修飾は類似しているが遺伝子の発現パターンは異なっている。H3K27トリメチル化が、両領域の刷り込み遺伝子の発現パターンの違いを引きおこすマークである可能性が示唆された。ゲノム刷り込みは、一対の対立遺伝子のうち一方の親由来の遺伝子のみが発現する現象で、配偶子形成過程で付けられる印(刷り込みマーク)に基づき遺伝子発現が決定される。ヒト11p15.5は刷り込み領域であり、刷り込みの破綻はBeckwith-Wiedemann症候群(BWS)やWilms腫瘍と関連する。本研究では刷り込み調節の分子基盤と疾患との関連について解析した。1.正常細胞とBWS患者由来細胞におけるタンパク質発現の差異をプロテインチップを用いて解析し、刷り込み調節の候補分子をスクリーニングした。異なる発現を示すタンパク断片を8種類の分子量ピークとして検出し、データベース検索にて35種類のタンパク質がヒットした。現時点では、既知の機能からゲノム刷り込みに関与すると推測される分子は含まれていないが、今後解析を進めていきたい。2.F1マウス由来線維芽細胞を用いたクロマチン免疫沈降法(ChIP法)により刷り込みマークとしてのヒストンH3K9、H3K27、H4K20のモノ、ジ、トリメチル化について解析した。その結果、H3K20のモノメチル化のみが父アレルに優位に存在することが判明した。ヒストンH3のメチル化は遺伝子抑制のマークであり、父アレル上ではほとんどの刷り込み遺伝子は抑制されていることから、H3K20モノメチル化が刷り込みマークである可能性が示唆された。3.37例の弧発性wilms腫瘍について、4つの関連遺伝子座、IGF2/H19、KIP2/LIT1、WT1(以上11p)、β-catenin(3p21)のジェネティック、エピジェネティックな解析を行った。ジェネティックな異常としては11pLOH(27%)が、エピジェネテイックな異常としてはIGF2LOI(37%)が最も高頻度であった。また、9割の症例が11pの異常を示した。11番染色体短腕は、Wilms腫瘍発生に最も重要な染色体領域と考えられた。
中国法典形成史――国家法の非国家的形成に関する通史的な考証

従来の法典編纂史研究においては、明清時代について法制関連の主たる編纂物を「国政要覧」として「法典」と区別し、研究対象から除外する傾向がある。そのために、高度に法化されていた行政の分野が法令ではなく「慣例」によって支配されている、という歪んだ結論が導き出される。実際には、中国においては、主権者が頻りに法令集を編集する努力を繰り返している。為政者たちは、諸々の法規範が、時間の経過や職掌の専門化に伴い断片化される実態を恐れて不断に諸法規範が全貌できる体制を整える努力を続ける。その際、法令間の矛盾を解決する試みもなされる。つまり、法令集の中には、某法令はすでに現行法として用いてはいけない等の注記が施される。現存している法令集の中では、明清の会典の他に、宋代の天聖令にもこの現象は見られる。このような記述は、すでに単純な法令集の編集という範囲を超える。それは既存の法規範に対して効力を持ち続けるものと、失効するものを選別する作業である。同様な作業を該当する全ての法規範について実施し、効力を持ち続ける規範のみを整理して列記すれば、そこに近代の法実証主義者が夢見る総合的な法典が成立する。この仮想的「法典」と比べれば、中国における法令集の編纂は確かに中途半端に終わっていると言えよう。しかし、法源体系の無欠缺性という十九世紀的な幻想から思考を解放さえすれば、行政法を含んだ総合的な法令集は、ほとんどの国で統一的な行政法典の成立を見なかった近代ヨーロッパを大きく凌駕していることを認めざるを得ない。本研究においては、勅撰の法令集に関する新しい所見に基づき、唐代の「令」、「格」及び宋代の「勅」(「勅令格式」を含む)を再検討したところ、それらも勅撰の法令集に過ぎないことが確認された。この発見によって今後中国の法典編纂史が「仮想の法典」の束縛から解放され大きく塗り替えられることが期待される。本年度に行った研究によって得られた新たな知見は下記の通りである。1、両漢における減死罪名の変遷に関する時代考証を通じて、減死措置が赦から分化し、減死条令に整備される過程が判明した。2、両漢の律学著作の調査を通じて、律典形成に向けた法的知の学問的体系化が、減死条令を中心に行われたことが証明された。減死の恒常的実施および減死条令の明文化への注目は本研究を初例とする。3、肉刑復活論の内容的再検討および時代考証によって、復活論と法典編纂とが「罪次」という罪名カテゴリーによって媒介されたこと、さらに出現時期及び変遷過程が律典の形成過程に対応することが解明された。先行研究では、肉刑復活論は専ら刑罰の論理で捉えられているのに対して、本研究は初めて罪名の分析を通じて法典編纂との関連に焦点が当てられた。4、同時代的史料への限定によって魏律篇目に関する先行研究が見直され、次の篇目が新たに得られた。「盗、賊、囚、興、雑、金布、劫略、詐、毀亡、繋訊、請〓、興擅、乏留、驚事、償贓、免坐」。5、『律九章』及び『法経六篇』に関する史料の時代比定によって、三国時代と唐代とではその篇目に関する認識が異なっていたことが判明した。従来知られなかった三国時代伝存の『律九章』は、「盗、賊、囚、興、雑、具」(=法経六篇)に「厩、金布」の二篇および未詳の一篇を加えた九篇から構成されている。6、晋律の伝承過程に関する考証を通じて、南北朝の律学においても、「私的な法典」(南斉律等)が編纂されたこと、法典の管理が国家よりも律学によってなされた事実が示された。7、令典に関する史料再考によって、北斉令において令が始めて法典の形式を備えたことが判明した。

しかし、法源体系の無欠缺性という十九世紀的な幻想から思考を解放さえすれば、行政法を含んだ総合的な法令集は、ほとんどの国で統一的な行政法典の成立を見なかった近代ヨーロッパを大きく凌駕していることを認めざるを得ない。本研究においては、勅撰の法令集に関する新しい所見に基づき、唐代の「令」、「格」及び宋代の「勅」(「勅令格式」を含む)を再検討したところ、それらも勅撰の法令集に過ぎないことが確認された。この発見によって今後中国の法典編纂史が「仮想の法典」の束縛から解放され大きく塗り替えられることが期待される。
韓国における九曲の成立とその景観構造の展開

今日韓国にみられる「九曲」は、渓流に沿って9つの景勝地を設定して、それらを遊覧賞景して愉しむものであり、李朝時代に成立した伝統的な環境文化である。しかしながら李朝時代の九曲は、単に賞景の対象ではなく、儒者たちにとっては自然の根源へと遡る志向とともに、儒者たちの「師」へと遡行する強い志向をもつものであった。特に16世紀のものは、儒者たちにとっては住まいの一部に他ならなかった。本研究の目的は、李朝における伝統的な環境文化である「九曲」が、中国に淵源をもちながらも朝鮮半島独自の構造をもつものとして成立した諸点を明らかにし、加えて歴史的な流れの中での展開様相の一端を考察するものである。21年度の成果は、九曲における「修養の階梯」説の分析に重点をおいたもので、「景と曲における視点場」と題し日本建築学会大会の建築史・意匠部門で発表した。(「日本建築学会学術講演梗概集」pp.675676)東アジアの環境文化として九曲は、景勝地をいくつか設定命名(「表題化」)し、それを「題詠」する点において「八景」と似ている。この二つの景観構成法における視点場(通常の意味のように視覚に限定したものではなく、他の感覚をも含んだ行為・姿勢をふくむ身体の場としてとらえた)からの比較を通して、九曲の「修養の階梯性」(儒学的な「道」の根源を探り求めて各曲を階梯的に進み行くという構成説)のうまれる根拠を分析した。また、方法論として「表題」レベルと「題詠」レベルの相違にも言及した。本年度は、主として李朝の大儒学者・李栗谷の「高山九曲歌」とそれに関する諸資料について詳細な分析をおこなった。この成果の一端は、「九曲と住まい」と題して既に投稿済みであり、22年度日本建築学会大会(富山9月)において発表の予定である。日本にも中国にもない韓国独自の伝統的景観構成としての九曲の構造を明らかにする研究は、韓国でもはじまったばかりであり、韓国固有の伝統的な景観文化を明らかにするとともに、現代の景観構成に対しても新たな示唆を与えうると考えられる。韓国には、渓流に沿って九つの景勝地を設定命名し、それらの風景を遊覧しながら享受する風景構成法「九曲」がある。この伝統的な環境文化が、中国に淵源をもちながらも、朝鮮半島独自の「九曲文化」として成立した諸契機を明らかにし、加えて歴史的な流れの中での展開様相の一端を考察することが本研究の目的である。22年度の成果は、16世紀李朝の大儒学者・李栗谷の「高山九曲歌」の分析をとおして、中国の九曲には見られない朝鮮半島の独自性の一つとして、九曲が儒者の住まい(精舎)を中心として空間的に捉えられる事例、いわば「住まいとしての九曲」の例を示し、17世紀以降そのような構成が希薄になることを指摘した。これは、「九曲と住まい」と題して日本建築学会大会の建築史・意匠部門(富山大学9月)で発表した。(「日本建築学会学術講演梗概集」pp.795796)23年度は、中国朱子の「武夷九曲歌」と、李朝の大儒学者・李退渓のそれに対する次韻詩の比較を通して、九曲空間における遡源性の二重の意味を析出した。この成果は、「九曲と遡源」と題して既に投稿済み(2011年3月)であり、23年度日本建築学会大会(東京8月)において発表の予定である。「九曲文化」は、韓国において「風水」や「八景」とならぶ伝統的な環境文化であり、日本にも中国にもない韓国独自の文化であろうが、それに関する研究は、韓国でもはじまったばかりである。九曲の特質や構造を明らかにすることは隣国の環境文化を理解することに資するばかりか、現代の景観や風景の構成法についても新たな示唆を与えうると考えられる。韓国には、儒者たちが自らの集住地である山間渓流に沿って九つの佳景地を設定・命名し、それらを遊覧すると同時に、詩歌や絵画などに表現し享受した一種の環境文化「九曲」がある。この伝統的な環境文化が、中国朱子の「武夷九曲歌」に淵源をもちながらも、李朝時代に儒者たちが朝鮮半島独自の「九曲文化」として成立させた諸契機を明らかにし、加えて歴史的な流れの中での展開様相の一端を考察することが本研究の目的である。23年度の成果としては、16世紀李朝の大儒学者・李退渓が詠んだ、朱子の「武夷九曲歌」に対する次韻詩を中心にして、陶淵明の桃花源および朱子「武夷九曲歌」との比較を通して、九蘭園林における遡源の空間的意味を明らかにした。すなわち、窮極処(いわばゴール)を桃花源のように九曲園林の外部に求めるのではなく、また「武夷九曲歌」のごとき単に第9曲昌という園林内部にそれを置くわけでもなく、九曲園林を経験する人の経験の垂直方向

深部に窮極処を置いていることを朗らかにした。これは、「九曲と遡源」と題して日本建築学会大会の建築史・意匠部門で発表した。(日本建築学会学衛講演梗概集」pp.795796)「九曲文化」は、韓国において「風水」や「八景」とならぶ伝統的な環境文化であり、日本にも中国にもない韓国独自の文化であろうが、それに関する研究は、韓国でもはじまったばかりである。九曲の特質や構造を明らかにすることは、現代の景観や風景の構成法についても新たな示唆を与えうると同時に、隣国の儒林たちの環境文化を深く理解することにも資するものと考えられる.
低環境負荷次世代冷媒の毛管定数の高精度直接測定と分子動力学的解析手法確立

冷凍機・空調機に封入されている作動流体には,フロンと呼ばれるフッ素,炭素,水素から構成される物質が用いられている.これらの物質の地球温暖化係数は2800や675と非常に高いため,この係数が低い物質への転換が急務となっている.本研究では,新規に合成された地球温暖化係数が1程度と非常に低い物質を取り上げ,相変化過程の熱物質移動を支配する最も重要な物性の一つである表面張力の高精度測定と分子シミュレーションによる予測を行う.高精度測定では,示差毛管上昇法を用い実施している.R1123やR1224yf(Z)などの新たに合成された物質の測定を行った.次いで新規物質を成分とするR1123/R32やR744/R32/R1234yfなどの混合物質の測定も実施し,結果の公表に努めている.分子動力学的シミュレーションでは,R1234yfやR1123などの単一物質のシミュレーションを行い,測定結果との比較を行っている.これら新物質は炭素の二重結合とフッ素を有する事が特徴であり,高精度な計算を行うためには,電荷を含む分子内力場の厳密な値が必要になる.フロンの場合,それらの値の多くは密度の測定値を参照して検証されている場合が多く,蒸発潜熱や表面張力の値を参照したものはまだ提案されていない.表面張力の測定値とシミュレーション結果を比較したところ明らかな差異があり,時間的空間的計算領域の見直しでは解決に至らなかった.測定値との一致を得るためにはさらに厳密な分子内力場の値が必要である可能性がある.今後はさらに文献調査を進めるとともに,分子内力場の計算による精度向上を試みる.本年度は,新たにR1224yd(Z)の表面張力測定を行い,次いで混合冷媒R744/R32/R1234yfの表面張力測定を完了した.また昨年度測定したR1123/R32系混合冷媒の公表を行った.一方,分子動力学的シミュレーションでは,炭素の二重結合とフッ素を有するR1234yfやR1123などのシミュレーションを行い,測定結果との比較を行ったところ,測定誤差以上の差異が生じる事が分かったが,解析領域の改善などでは解決に至らなかった.計算に用いた分子内力場の値は密度データから検証された文献値を採用しているため,気液密度の計算結果は測定結果と精度よく一致していることが確認された.一方で,表面張力と蒸発潜熱の値で差異が生じている事から,これらの物性値を計算するためにはさらに厳密な分子内力場の値が必要になることが明らかになった.測定では,新たな物質R1336mzz(Z)や,その混合物質などの測定を引き続き実施し,測定結果に基づいた表面張力と飽和温度の相関式を提案する.ただし,臨界点極近傍では表面張力が極めて小さくなるため,測定誤差が生じている可能性があり,その分析を行うとともに補正手段を講じる.シミュレーションでは,計算精度向上のためには分子内力場の精査が必要であるため,さらに文献調査を進めるとともに,汎用ソフトなどを利用した電荷の計算などを行い,現在使用している値の検証を試みる.冷凍・空調機器の作動流体である冷媒にはフロンガスが多く用いられている.ルームエアコンに最もよく用いられる冷媒の地球温暖化係数は675と非常に高く,この係数が低い物質へ変更することが急務となっている.そこで本研究では,新規に合成がなされた地球温暖化係数が1程度と非常に低い物質を取り上げ,相変化伝熱過程を支配する最も重要な熱物性の一つである表面張力の,高精度測定と分子動力学シミュレーションによる予測を行う.本年度は,3本の毛細管で測定を行うことで精度を向上させた,示差毛管上昇法によってR1123(F2C=CHF)の表面張力を温度範囲265 K305 Kで測定した.再現性確認のため,サンプルを入れ替えて3回測定を実施した.測定誤差は±0.25 mNm-1であり,3回の測定結果はその範囲内で一致していることから,再現性も十分であることを確認した.この測定結果を基に,van der Waals型の予測式を提案することができた.上式中のTcritは,R1123の臨界温度331.7 Kであることを示す.さらに前倒しで,混合冷媒R1123/R32も測定を行うことができ,その結果は来年度学会等で公開予定である.一方分子動力学シミュレーションでは,無重力無限平面の気液界面を模擬して表面張力の解析を試みた.まずは比較的分子間力が大きく気液界面を維持しやすいため計算が易しいと思われたOctaneでの解析を試みた.分子内ポテンシャルはOPLSを用いて計算した.物性計算ソフトREFPROPとの比較を行ったところ,解析結果のほうが20から30%高い値となったが,温度に対する変化には定性的な一致が見られた.今後は,分子内ポテンシャルの再計算,解析領域と時間平均領域の拡大などによって精度向上を試みる.当初の予定では,今年度,測定装置の設計製作と,既存物質の測定による測定精度の確認,さらに新物質R1123の測定が予定されていた.そこで毛細管3本を用いる測定装置を製作し,R32やR134aといった既存物質を測定することで,測定の健全性を十分に確認することができた.

また,提供された新物質R1123の純度が非常に高いものであった事も幸いし,3回の測定に測定誤差以上の偏差は現れず,安定した測定結果を得られることが出来た.そこで来年度実施予定であった混合冷媒R1123/R32の測定に着手することが出来た.現在のところ組成比,62.9/37.1 mass%, 51.9/48.1 mass%, 39.3/60.7 mass%, 19.0/81.0 mass%での測定が終了しており,順次学会や論文等で結果を報告する予定である.冷凍機・空調機に封入されている作動流体には,フロンと呼ばれるフッ素,炭素,水素から構成される物質が用いられている.これらの物質の地球温暖化係数は2800や675と非常に高いため,この係数が低い物質への転換が急務となっている.本研究では,新規に合成された地球温暖化係数が1程度と非常に低い物質を取り上げ,相変化過程の熱物質移動を支配する最も重要な物性の一つである表面張力の高精度測定と分子シミュレーションによる予測を行う.高精度測定では,示差毛管上昇法を用い実施している.R1123やR1224yf(Z)などの新たに合成された物質の測定を行った.次いで新規物質を成分とするR1123/R32やR744/R32/R1234yfなどの混合物質の測定も実施し,結果の公表に努めている.分子動力学的シミュレーションでは,R1234yfやR1123などの単一物質のシミュレーションを行い,測定結果との比較を行っている.これら新物質は炭素の二重結合とフッ素を有する事が特徴であり,高精度な計算を行うためには,電荷を含む分子内力場の厳密な値が必要になる.フロンの場合,それらの値の多くは密度の測定値を参照して検証されている場合が多く,蒸発潜熱や表面張力の値を参照したものはまだ提案されていない.表面張力の測定値とシミュレーション結果を比較したところ明らかな差異があり,時間的空間的計算領域の見直しでは解決に至らなかった.測定値との一致を得るためにはさらに厳密な分子内力場の値が必要である可能性がある.今後はさらに文献調査を進めるとともに,分子内力場の計算による精度向上を試みる.本年度は,新たにR1224yd(Z)の表面張力測定を行い,次いで混合冷媒R744/R32/R1234yfの表面張力測定を完了した.また昨年度測定したR1123/R32系混合冷媒の公表を行った.一方,分子動力学的シミュレーションでは,炭素の二重結合とフッ素を有するR1234yfやR1123などのシミュレーションを行い,測定結果との比較を行ったところ,測定誤差以上の差異が生じる事が分かったが,解析領域の改善などでは解決に至らなかった.計算に用いた分子内力場の値は密度データから検証された文献値を採用しているため,気液密度の計算結果は測定結果と精度よく一致していることが確認された.一方で,表面張力と蒸発潜熱の値で差異が生じている事から,これらの物性値を計算するためにはさらに厳密な分子内力場の値が必要になることが明らかになった.高精度測定では,今年度に引き続き混合冷媒R1123/R32の測定を実施し,組成の表面張力へ及ぼす影響を把握する.また測定結果から組成の影響を加味することが出来る簡易予測式をR1123/R32に対して提案する.
遺伝学とケミカルバイオロジーの融合による植物オートファジーの分子理解と応用展開

申請者はこれまで、光ストレスによって障害を受けた葉緑体が、細胞内分解系であるオートファジーによって選択的に除去されることを明らかにしてきた。本研究では、この「選択的クロロファジー経路」の誘導・制御メカニズムに焦点を当て、その解明のために、植物遺伝学の手法を駆使する遺伝学的解析と、ケミカルバイオロジーを取り入れたクロロファジー制御化合物のスクリーニングを遂行する。得られた候補遺伝子・候補化合物は随時、作用機序の解析につなげ、さらにはクロロファジー経路の人為的な制御がストレス耐性機構としてどの程度重要か、また、作物のストレス耐性や、品質の向上を目指す研究へ発展し得るか、を検証する。
植物の菌根菌遷移への適応戦略とその進化過程の解明

本研究は、世界で最も大きな菌従属栄養植物の1つであるラン科タカツルランが、多様な木材腐朽菌と共生していることをDNA解析、in vitro培養および安定同位体比解析の3つのツールを用いて多角的に解明し、陸上植物の菌根共生系において、木材腐朽菌と共生するジェネラリストの存在を実証することに初めて成功した。これまで予備調査として、ジェネラリストの検証を行う対象種のタカツルランにおいて、菌根菌相を調査するために、自生地より菌根を採集し、分子同定法によって菌を特定する作業を行ってきた。しかし、サンプル数が限られていたため、本研究ではより広範囲の自生地でサンプルを採集し、菌根菌相の全貌を解明することを試みた。H27年度の調査では、これまで調査してきた鹿児島県に加え沖縄県の自生地でもサンプルを採集することに成功した。また、菌根菌相の遷移を解明するため、鹿児島県と沖縄県の各1地点にモニタリングサイトを選定し、個体にID番号を付与して、それぞれから菌根のサンプルを採集した。さらに、着生する枯死木内の菌相を解明するため、材より子実体を採集し分子同定を行ったところ、うち1種はITS領域の塩基配列がタカツルランの菌根菌と完全に一致し、菌根菌が形成した子実体を採集することに成功した。本研究で採集した菌根より、一部の菌根菌を単離培養することに成功し、共生培養による発芽試験及び単離菌株の特性評価を行って、日本菌学会第59回大会においてポスター発表を行った。ジェネラリストとスペシャリストの進化解明においては、対象とするオニノヤガラ属のうち、近縁種3種において菌相を比較し、種分化の過程でどのように菌相が変化したかを解明する研究を行った。その結果、アキザキヤツシロランはクヌギタケ属と特異的に共生するスペシャリストであるが、それに対して近縁種のクロヤツシロランとハルザキヤツシロランはクヌギタケ属に加えて複数の菌群と共生するよりジェネラリストな種であることを明らかにし、これらの菌相を比較して種分化の過程で菌根菌相がダイナミックに変化したことを明らかにした。これらのデータは論文としてとりまとめ、American Journal of Botany誌上で発表した。タカツルランの菌根菌共生の全貌を明らかにするため、これまで調査してきた鹿児島県に加え、今年度は沖縄県の自生地でサンプルの採集を行い、国内の分布域を広くカバーするサンプリングを達成することができた。菌根菌の遷移を解明するため、定点観測地点を鹿児島県と沖縄県に各一カ所ずつ選定してモニタリングを開始し、研究の基盤をほぼ整えることができた。今年度はこれらのサイトにおいて、各個体にID番号を付与し、それぞれの菌根を採集した。またホストの木材についても同時にモニタリングを行い、分解段階の遷移に伴う枯死木内の菌相変化を解明するため、各枯死木の分解段階の記録や発生する子実体の採集を行った。ジェネラリストとスペシャリストの解明においては、オニノヤガラ属を対象とした研究内容の一部データをとりまとめ、論文として公表することができた。本年度は、ジェネラリストの検証を行う対象種であるタカツルランについて、以前より調査を行っていた鹿児島県集団に加え、H27年度に新たに発見した沖縄県の集団を中心に個体のモニタリング調査および菌根菌相の解明を行った。鹿児島県集団と沖縄県集団の合計28個体より根を採取し、分子同定にて菌根菌を同定した結果、担子菌の8目にまたがる37種類の菌根菌を検出し、そのほとんどは木材腐朽菌であった。加えて、地中より採集した菌根からは外生菌根菌のベニタケ科に属する菌種を検出し、ラン科植物の菌根菌として知られるケラトバシディウム科やツラスネラ科の菌種も低頻度ながら検出された。このことから、タカツルランは多様な木材腐朽菌ばかりでなく、外生菌根菌やラン菌根菌など、実に幅広い菌類と共生を行うことが明らかとなった。また、タカツルランより検出された木材腐朽菌の多くは、これまで菌根菌として植物の根より見つかったことのない種類であり、これらの菌種が菌根性を持つことを初めて実証することができた。次に、安定同位体比を計測してタカツルランの菌従属栄養性を評価したところ、炭素の安定同位体値は、対象として測定した近隣の独立栄養植物より有意に高い値を示し、本種が生育に必要な炭素の供給をほぼ全て菌根菌に依存する完全菌従属栄養植物であることが裏付けられた。また、炭素と窒素の安定同位体比を個体周辺の木材腐朽菌や外生菌根菌の子実体と比較したところ、タカツルランの同位体比は木材腐朽菌にもっとも近い値を示し、木材腐朽菌と外生菌根菌の両方と共生するものの、主として木材腐朽菌に栄養の供給を依存していることが明らかとなった。これらのデータは、現在投稿論文としてとりまとめ、投稿間近である。対象種が共生する菌根菌相を解明するため、地理的に離れた様々な自生地で菌根の採集を行った。今後はこれらのサンプルより分子同定法を用いて、菌根菌を特定する作業を行い、菌根共生の全貌を明らかにする。

菌根菌の遷移を解明するため、今年度設定したモニタリングサイト2地点において定期的に各個体から菌根の採集を行う。また、同時にホストの木材における木材腐朽菌の遷移を解明するため、材からも子実体を採集して分子同定を行い、最終的に木材の分解段階に沿った材の中の菌相と菌根菌相の遷移を解明する。スペシャリストの対象種については、今後も自生地の探索を行う。ジェネラリストとスペシャリストの解明においては、対象となるオニノヤガラ属について引き続きサンプルの採集と菌根菌相の特定を進める。また、発芽時に共生する菌と成熟個体で共生する菌相が異なる事例も報告されていることから、種子を採集して自生地播種試験を行い、発芽時の共生菌相についても特定を進める。日本産オニノヤガラ属の近縁種が多く自生する台湾においてもオニノヤガラ属の菌根菌相を解明するため、台湾の国立自然科学博物館に台湾産オニノヤガラ属の菌根菌を分子同定法により特定する作業を依頼している。これらのデータを共有し、近縁種群内で菌相を比較することで種分化の過程で菌根菌相がどのように変化してきたのかを解明する。得られた成果は、積極的に所属学会の大会等で発表を行うとともに、学術雑誌で公表する。菌根共生、系統分類
箔のマイクロ成形加工における多結晶塑性力学特性

1.極薄板の専用引張試験機の試作と材料特性試験方法の確立マイクロコンピュータ制御と,3台のCCDカメラを用いた画像処理により,引張ひずみ,塑性ひずみ比(r値)の非接触・インプロセス計測が可能である点に特徴がある.本装置を用いて,以下の加工実験に供する板厚50μmのスチール箔SPCE,SUS430材の引張諸特性を求めた.2.板厚50μm以下の箔を対象としたマイクロ深絞り試験機の開発マイクロ加工においては,例えば,ダイとポンチの位置合わせが問題となるため,従来の加工装置とは本格的に異なった構造を開発する必要がある.本装置では,ダイをX-Yテーブル上に設置し,CCDカメラを用いた画像処理より両工具の精密位置決めを可能にした.3.試作マイクロ深絞り試験機による板厚50μmの箔材のマイクロ深絞り加工特性試験スチール箔SPCE,SUS430材のマイクロ深絞り加工特性を調べた.限界絞り比,加工荷重に及ぼす板厚tと,相対的形状[Dp/t](Dp:ポンチ直径)因子の影響を調べた処,基本的には連続体力学に基づいた幾何学的相似則が成立することが明かとなった.4.多結晶塑性変形による不均一ひずみと加工特性の評価マイクロ成形において,加工寸法(ポンチ直径Dp)が小さくなると,相対的に結晶粒径Dgとの比Dp/Dgが大きくなる.走査電子顕微鏡により深絞りカップの形状精度を調べたところ,多結晶塑性変形による不均一ひずみの影響が認められた.5.マイクロ成形加工設計手法の確立極薄板のマイクロ成形では,塑性加工に伴う自由表面粗さを加工寸法精度の点から考慮する必要があり,また形状精度には結晶異方性を考慮した加工設計が必要であることが明らかとなった.以上のまとめとして,マイクロ成形加工の設計指針を与えた.1.極薄板の専用引張試験機の試作と材料特性試験方法の確立マイクロコンピュータ制御と,3台のCCDカメラを用いた画像処理により,引張ひずみ,塑性ひずみ比(r値)の非接触・インプロセス計測が可能である点に特徴がある.本装置を用いて,以下の加工実験に供する板厚50μmのスチール箔SPCE,SUS430材の引張諸特性を求めた.2.板厚50μm以下の箔を対象としたマイクロ深絞り試験機の開発マイクロ加工においては,例えば,ダイとポンチの位置合わせが問題となるため,従来の加工装置とは本格的に異なった構造を開発する必要がある.本装置では,ダイをX-Yテーブル上に設置し,CCDカメラを用いた画像処理より両工具の精密位置決めを可能にした.3.試作マイクロ深絞り試験機による板厚50μmの箔材のマイクロ深絞り加工特性試験スチール箔SPCE,SUS430材のマイクロ深絞り加工特性を調べた.限界絞り比,加工荷重に及ぼす板厚tと,相対的形状[Dp/t](Dp:ポンチ直径)因子の影響を調べた処,基本的には連続体力学に基づいた幾何学的相似則が成立することが明かとなった.4.多結晶塑性変形による不均一ひずみと加工特性の評価マイクロ成形において,加工寸法(ポンチ直径Dp)が小さくなると,相対的に結晶粒径Dgとの比Dp/Dgが大きくなる.走査電子顕微鏡により深絞りカップの形状精度を調べたところ,多結晶塑性変形による不均一ひずみの影響が認められた.5.マイクロ成形加工設計手法の確立極薄板のマイクロ成形では,塑性加工に伴う自由表面粗さを加工寸法精度の点から考慮する必要があり,また形状精度には結晶異方性を考慮した加工設計が必要であることが明らかとなった.以上のまとめとして,マイクロ成形加工の設計指針を与えた.
健康長寿社会の実現への寄与が期待される食品成分の機能解析と分子作用機構解明

私達は、食品成分の機能性を核内受容体PPARの活性化を指標として評価する系を、これまでに確立している。本研究ではこの評価系を指標として、食品機能成分がどのような機構でどのような分子が制御を受けて、生活習慣病発症に関連する代謝系を改善するのかを、植物性ポリフェノールのレスベラトロールに注目し、以下のことを明らかにした。1)私達は、レスベラトロールによるPPARα活性化がcAMP依存性ぽスポジエステラーゼ阻害剤存在下で増強されることを、細胞培養とマウスを用いた生体において明らかにしている。さらに、cAMP産生酵素アデニル酸シクラーゼの活性化剤の存在下においても、培養細胞でレスベラトロールによるPPARα活性化が増強されることを見出している。そこで、アデニル酸シクラーゼ活性化剤をレスベラトロールとともにマウスに摂取させ検討した。その結果、培養細胞と同様に生体においても細胞内のcAMPを維持する条件でレスベラトロールによるPPARα活性化が増強された。以上より、レスベラトロールによるPPARα活性化はcAMPを介して制御されることが明らかとなった。2)食品中には、レスベラトロールにグルコースが結合した配糖体が多く含まれている。一般的に、ポリフェノールの配糖体は生体での吸収率、利用効率が良いと言われている。そこで、レスベラトロール配糖体のピセイドのPPARα活性化を検討した。マウスにピセイドを摂取させたところ、PPARα依存的な遊離脂肪酸の減少、PPAR応答遺伝子の発現誘導がが認められた。その効果はレスベラトロールを摂取させた場合と同程度であったが、より強い活性化は見られなかった。現在、レスベラトロールとピセイドの投与期間や投与濃度などの検討やそれぞれの吸収率の比較等、さらに検討を続けている、平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。私達は、食品成分の機能性を核内受容体PPARの活性化を指標として評価する系をこれまでに確立している。本研究ではこの評価系を指標として、食品機能成分がどのような機構でどのような分子が制御を受けて、生活習慣病発症に関連すそこでる代謝等を改善するのかを、植物性ポリフェノールのレスベラトロールに注目して検討し、以下の2点を明らかにした。1)私たちは培養細胞を用いたPPAR活性化検討において、cAMP依存性ホスホジエステラーゼ(PDE)阻害剤存在下で、レスベラトロールのPPARα活性化が増強されることを明らかにしている。そこで、PDE阻害剤とともにレスベラトロールをマウスに摂取させて、生体内でのレスベラトロールによるPPARα活性化とcAMPの関与について検討した。その結果、培養制帽系と同様に生体においても、cAMP減少を抑制した条件ではレスベラトロールによるPPARα活性化が増強されることが明らかとなった。2)レスベラトロールは、心血管系疾患の発症リスク低下に関与する分子として注目されている。そこで、ヒト動脈硬化発症モデルのApoE欠損マウスにおけるレスベラトロールの効果とPPARα活性化の関与を検討した。レスベラトロールを摂取したApoE欠損マウスでは、血漿HDLコレステロール濃度が有意に増加する一方で、non-HDL/HDL比は有意に減少した。さらに、大動脈弓部における脂肪沈着の減少、大動脈起始部の血管壁肥厚および脂肪沈着およびマウロファージ浸潤の抑制が観察された。さらに、ApoE/PPATα二重欠損マウスを作製し同様の実験を行ったところ、これらの効果は認められなくなった。以上より、レスベラトロールは抗動脈硬化作用を有し、その効果はPPARα依存的である可能性が示唆された。私たちは培養細胞を用いた系でレスベラトロールによるPPARα活性化が細胞内のcAMP量減少を抑制することで増強されることを明らかにしているが、マウスを用いた本研究によって生体内でも同様であることを明らかにすることができた。さらに、レスベラトロールの血管への作用を、ヒト動脈硬化症モデルのApoE欠損マウスを用いて検討した結果、レスベラトロールはPPARα活性化を介して、抗動脈硬化作用を有することが明らかとなった。私達は、食品成分の機能性を核内受容体PPARを指標として評価する系を、これまでに確立している。本研究ではこの評価系を指標として、食品機能成分がどのような機構で、どのような分子が制御を受けて、生活習慣病発症に関連する代謝等を改善するのかを、植物性ポリフェノールのレスベラトロールに注目し検討した。レスベラトロールは、心血管系疾患の発症リスク軽減に関わる分子として、注目されているが、分子作用機構は十分に明らかではない。私達はこれまでに、レスベラトロールがPPARαを直接活性化することを見出している。そこで、レスベラトロールの血管および心臓への効果とPPARα活性化の関与を検討した。ヒト動脈硬化症モデルのApoE欠損マウスにレスベラトロールを摂取させると、動脈硬化指数non-HDL/HDL比の減少、大動脈弓部での脂肪沈着の減少、血管壁肥厚およびマクロファージの浸潤の抑制が観察された。これらの効果は、ApoE/PPARα二重欠損マウスでは観察されなかった。以上の結果から、レスベラトロールはPPARα依存的に抗動脈硬化作用を有する可能性が示唆された。

さらに、マウス新生仔由来初代培養心筋細胞に、拍動を維持した状態でレスベラトロールの刺激を行うと、脂質代謝に関わるPPAR応答遺伝子、オートファジーやエネルギー代謝に関わる遺伝子の発現が誘導することを明らかにした。一方、PPARα欠損マウスの新生仔由来心筋細胞では、多くの遺伝子でこのような誘導が見られなくなった。以上の結果から、レスベラトロールは心筋に直接作用し、PPARα依存的に心臓の機能維持に関与している可能性が示唆された。レスベラトロールは、心血管系疾患の発症リスク軽減に関与する分子として注目されているが、その作用機構は十分に明らかにされていない。本研究では、ApoE欠損マウスだけでなくApoE/PPARα二重欠損マウスを新たに作製した検討から、レスベラトロールはPPARαを介して抗動脈硬化作用をもつことを明らかにした。さらに、マウス新生仔由来初代培養心筋細胞を用い、生体の状態に近い拍動した状態で、心臓への効果を検討できる系を確立した。この方法により野生型およびPPARα欠損型マウス新生仔から調整した心筋細胞に対する効果から、レスベラトロールは心臓の機能維持に作用し、PPARα活性化が関与することを明らかにした。また、マクロファージの炎症および抗炎症メディエーター産生に対するレスベラトロールの作用について明らかにするための検討を開始した。現在までに、マクロファージ株化細胞やマウス腹腔マクロファージを用いた評価系を確立している。私達は、食品成分の機能性を核内受容体PPARの活性化を指標として評価する系を、これまでに確立している。本研究ではこの評価系を指標として、食品機能成分がどのような機構でどのような分子が制御を受けて、生活習慣病発症に関連する代謝系を改善するのかを、植物性ポリフェノールのレスベラトロールに注目し、以下のことを明らかにした。1)私達は、レスベラトロールによるPPARα活性化がcAMP依存性ぽスポジエステラーゼ阻害剤存在下で増強されることを、細胞培養とマウスを用いた生体において明らかにしている。さらに、cAMP産生酵素アデニル酸シクラーゼの活性化剤の存在下においても、培養細胞でレスベラトロールによるPPARα活性化が増強されることを見出している。そこで、アデニル酸シクラーゼ活性化剤をレスベラトロールとともにマウスに摂取させ検討した。その結果、培養細胞と同様に生体においても細胞内のcAMPを維持する条件でレスベラトロールによるPPARα活性化が増強された。以上より、レスベラトロールによるPPARα活性化はcAMPを介して制御されることが明らかとなった。2)食品中には、レスベラトロールにグルコースが結合した配糖体が多く含まれている。一般的に、ポリフェノールの配糖体は生体での吸収率、利用効率が良いと言われている。そこで、レスベラトロール配糖体のピセイドのPPARα活性化を検討した。マウスにピセイドを摂取させたところ、PPARα依存的な遊離脂肪酸の減少、PPAR応答遺伝子の発現誘導がが認められた。その効果はレスベラトロールを摂取させた場合と同程度であったが、より強い活性化は見られなかった。現在、レスベラトロールとピセイドの投与期間や投与濃度などの検討やそれぞれの吸収率の比較等、さらに検討を続けている、レスベラトロールは、心血管系疾患の発症リスク低下に関与する分子として注目されているが、心臓および血管への作用の分子機構は十分に明らかにされていない。
肥満モデルマウスにおけるビタミンDシグナルと胆汁酸代謝の関係

肥満病態における胆汁酸代謝に、ビタミンD受容体がどのように関与するかを明らかにすることを目的とした。4週間の高脂肪食摂取は野生型マウス、ビタミンD受容体欠損マウスいずれの血中タウロコール酸濃度を減少させた。高脂肪食摂取によって糞中非抱合型コール酸、デオキシコール酸、αムリコール酸、βムリコール酸が増加したが、ビタミンD受容体欠損マウスではこれらの胆汁酸はさらに増加した。本研究結果よりビタミンD受容体は血中タウロコール酸の代謝に関与することと、ビタミンD受容体欠損マウスでは非抱合型胆汁酸が増加することが明らかになり、腸内細菌による脱抱合化反応が活発に起こっていることが示唆された。本研究課題は、肥満病態における胆汁酸代謝に、Vitamin D receptor (VDR)と腸内細菌がどのように関与するのかを明らかにすることを目的としている。平成26年度は、肥満病態における胆汁酸代謝に対するVDRの関与について研究を進めた。マウスに4週間高脂肪食を摂取させることで、体重増加、血中グルコース、トリグリセリド、コレステロール値の増加を認め、肥満病態モデルを確立した。野生型マウス及びVDR欠損マウスにおいて、総胆汁酸濃度の大きな違いはなかった。血漿、肝臓、尿、便より胆汁酸を抽出し、これまで当研究施設で確立されていたGC/MSによる胆汁酸組成解析に加え、LC/MSによる胆汁酸組成解析手法も確立した。血漿中及び肝臓中では、コール酸、タウロコール酸、これらの二次胆汁酸であるデオキシコール酸、タウロデオキシコール酸が検出され、マウスで特徴的な胆汁酸であるムリコール酸類(Muricholic acids; MCAs)を高濃度に検出した。一方、尿及び便中では、一次胆汁酸であるコール酸よりもデオキシコール酸濃度が高く、もう一種類の二次胆汁酸であるリトコール酸を高濃度に検出した。また、MCAsの濃度パターンは血漿及び肝臓中と異なるパターンをとった。VDR欠損マウスの血中成分は高脂肪食摂取で野生型と同様の傾向を示したが、体重は増加しなかった。VDR欠損マウスの血中コール酸及びタウロコール酸濃度が野生型よりも高い傾向を認めたが、高脂肪食摂取による変化は認められなかった。VDR欠損マウスにおける胆汁酸組成解析は、これまでに一部の研究室が、健康な状態でのプール胆汁酸組成を報告するのみである。高脂肪食摂取時における各部位(血漿、肝臓、尿、便)での胆汁酸組成変化の解析は世界初の知見であり、VDRの胆汁酸代謝への関与を研究する上で重要な情報の一部といえる。本研究課題は、肥満病態における胆汁酸代謝に、Vitamin D receptor (VDR)と腸内細菌がどのように関与するかを明らかにすることを目的とした。平成27年度は、肝臓、尿、便、胆汁中胆汁酸組成解析を行った。高脂肪食摂取は、肝臓中タウロαムリコール酸はVDR欠損によって増加傾向を示した。その他の胆汁酸にVDR欠損の影響は認めなかった。便中では、高脂肪食摂取によって非抱合型コール酸、デオキシコール酸、αムリコール酸、βムリコール酸が増加し、VDR欠損でこれら胆汁酸の濃度は増加傾向を示した。尿中では、抱合型胆汁酸の排出増加を予想したが、これに反し、高脂肪食摂取による胆汁酸組成変化にVDR欠損の影響は認めなかった。高脂肪食摂取は、野生型マウス胆汁中にもタウロコール酸の増加を認めなかった。平成26年度より、野生型マウスは体重が増加し、VDR欠損マウスは増加しないことと、VDR欠損マウスでは血中タウロコール酸の増加を確認している。さらに、高脂肪食摂取は野生型、VDR欠損いずれの血中タウロコール酸濃度も減少させたが、VDR欠損マウスでの濃度は野生型よりも高値を示した。本研究結果より示唆されることは、1. VDRは血中タウロコール酸の代謝に関与すること、2.便中にタウロコール酸の脱抱合後のデオキシコール酸が増加したことより、VDR欠損では腸内細菌による脱抱合化反応が活発になったこと、3.タウロコール酸増加は膜型胆汁酸受容体を介して脂肪燃焼、体重減少にはたらいたことである。VDR欠損マウスの高脂肪食摂取時の胆汁酸組成解析はこれまでに報告のない情報として、今後の肥満病態と胆汁酸代謝、腸内細菌の関係性を詳細に知るうえで有用な情報となりうる。平成26年度研究計画では、肥満病態における野生型マウス及びVDR欠損マウスの胆汁酸組成変化を比較し、肥満病態における胆汁酸組成変化の中で、VDRが関与するポイントを見つけることが大きな目標であった。

この目標のために、マウスの肥満病態モデルの確立と胆汁酸組成解析の実験系確立が必要であったが、高脂肪食の選別とGC/MS解析からLC/MS解析へのプロトコール移行に時間を要した。更に、高脂肪食を摂取した野生型マウス及びVDR欠損マウスにおいて、胆汁酸組成変化のみられるタイムポイントを検討する為の時間設定が必要であったため、計画の達成が遅れている。既に高脂肪食摂取での野生型マウス及びVDR欠損マウスの血漿、肝臓、尿、便サンプルの回収は完了しており、これらの胆汁酸組成を解析することでタイムポイントを限定、追試等を行い確認していく段階にある。VDRリガンドによって胆汁酸組成を変化させる試みについて、既に各種VDRアナログを開発し、マウスにおけるVDR活性化能までの評価を終えているが、VDRアナログの細胞レベルでのスクリーニングに時間を要したため、VDRリガンド投与時のマウスでの胆汁酸組成解析は遅れている。生化学方策1、VDR欠損マウスでの胆汁酸組成変化について引き続き評価する。現在解析中の肝臓、尿、便サンプルに加え、より高濃度の胆汁酸を含み、胆汁酸代謝の変動を反映する胆汁中の胆汁酸組成解析を行う。VDR依存性の変化が認められない場合は、高脂肪食摂取期間を4週間から8週間程度まで延長する。方策2、VDRリガンド投与による胆汁酸組成変化について評価する。VDRリガンドの投与条件は既に決定したので、一回投与、連続投与等で各部位の胆汁酸組成変化を評価する。方策3、方策1及び方策2においてVDR欠損マウスやVDRリガンド投与による胆汁酸組成の変化が認められた条件に、抗生剤投与による腸内細菌の除菌処理を行い、胆汁酸組成変化を評価する。抗生剤投与条件の設定(抗生剤投与後に盲腸内容物、便中の16s rRNA量を評価)は、上記方策1及び方策2の胆汁酸組成解析と同時並行で進める。除菌条件の設定後、野生型マウス及びVDR欠損マウスに高脂肪食を摂取させ、血漿、肝臓、尿、便、胆汁中の胆汁酸組成解析を行う。抗生剤投与により、VDR依存性の変化に影響が出た場合、盲腸内容物又は便中の腸内細菌組成も評価する。
ジルコニアセラミックスの電子構造と物性

ジルコニアセラミックスは酸素イオン伝導特性という優れた機能特性を有している。しかし、その特性の発現機構には依然として未解明の部分が多い。本研究ではジルコニアセラミックスの持つ機能特性の支配要因を電子論的観点から解明し、その局在量子構造の制御による新たな材料設計を行うことを目的として研究を行ってきた。イットリア安定化ジルコニア(YSZ)単結晶に対して高温圧縮試験を行い、線欠陥である転位の導入がイオン伝導特性に与える影響を解析した。その結果、転位の導入によりYSZの酸素イオン伝導率が向上することが確認された。これは、転位芯が酸素空孔の高速拡散経路として働き、酸素イオン拡散の促進に寄与したためであると考えられる。種々の希土類添加安定化ジルコニア(FSZ)の酸素イオン拡散の素課程における化学結合状態の変化を格子静力学計算及び第一原理分子軌道計算を用いて解析した。移動する酸素イオン周囲の化学結合状態は大きく変化し、saddle pointでは強い反結合状態にある。基底状態と遷移状態での有効共有電子密度の変化が酸素拡散における移動エンタルピーの主要因になっていると考えられる。また、ジルコニアよりも高いイオン伝導性を有することで近年注目されているランタンガレートに対する解析も行った。第一原理バンド計算法の一つである平面波基底PAW法を用いて、温度及び酸素分圧の影響を考慮した欠陥形成エネルギーの評価を行った。計算結果は、ランタンガレート中では1300K、10^<-21>1atmという広い酸素分圧域において酸素空孔が安定に存在することを示していた。これは、既報の実験結果と良い一致を示しており、第一原理計算によるイオニクス材料設計が可能であることが明らかとなった。ジルコニアセラミックスは超塑性特性、酸素イオン伝導特性という優れた材料特性を有している。本研究では、格子静力学計算及び第一原理分子軌道計算を用いることで、ジルコニアセラミックスの持つ機能特性の支配要因を電子論的観点から解明することを目的として研究を行ってきた。イットリア添加正方晶ジルコニア多結晶体(Y-TZP)の超塑性変形挙動は添加元素の影響を受けて大きく変化する。DV-Xα分子軌道計算法を用いて添加元素がTZPの化学結合状態に与える影響を第一原理計算に基づいて解析した。その結果、破断伸びが増大する系においては有効共有電子密度が増大する傾向にあることが確認された。添加元素の偏析に伴い軌道エネルギーの低い安定な分子軌道に属する電子密度が増大することで粒界エネルギーは低下すると考えられる。粒界の安定化は破壊エネルギーの増大、すなわち変形中の粒界破壊に対する抵抗の増大を意味する。これにより、有効共有電子密度を増大させる元素の添加は変形中の粒界破壊を抑制し延性を向上させると考えられる。原子間力顕微鏡を用いた相対粒界エネルギーの測定から、延性を向上させる元素が粒界偏析することで粒界エネルギーが低下することが確認されており、計算結果を裏付ける結果が得られた。