hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
異なる入力情報の相互作用による自己組織化メカニズムの解明

脳内の外界モデル形成には,外界からのボトムアップ(感覚)情報だけでなく,注意や情動などによる広範囲調節系と呼ばれる内因性の情報も融合する必要がある。海馬や皮質などの神経回路への調節系の信号は,集中時などに内在性アセチルコリン(Ach)として放出され,記憶に関与するとの報告がある。そこで、本研究はボトムアップ入力の統合に対するAChによる修飾を細胞およびネットワークレベルの実験により検証を行った脳内の外界モデル形成には,外界からのボトムアップ(感覚)情報だけでなく,注意や情動などによる広範囲調節系と呼ばれる内因性の情報も融合する必要がある。そこで、本研究はボトムアップ入力の統合に対するAChによる修飾を細胞およびネットワークレベルの実験により検証を行った研究の目的脳内の情動や注意に関わるトップダウン情報は、個体間のコミュニケーションで重要な情報と直結しており、脳内モデルの自己組織化に与えるコミュニケーションの影響として捉えることができる。本研究では、ボトムアップとトップダウンというヘテロな系の相互作用ダイナミクスを実験と理論の両側面から明らかにすることで、コミュニケーションの脳内神経機構を探る糸口としていく研究を行っている。平成21年度の具体的な実験結果としては、ラット海馬スライスを用いて、(1)CA1野錐体細胞へのCA3からSchaffer側枝経由のボトムアップ入力によるシナプス可塑性が、コリン作動性ニューロンからのトップダウン入力により受ける影響を調べた。結果としてアセチルコリンが放出されるとゆっくりとした60秒程度のEPSPが起こり、その間に入った入力による可塑性(スパイクタイミング依存性可塑性:STDP)が促進されることが分かった。この結果は、情動及び随意・注意などの情報が海馬における情報連合にいかに関与するかを示す細胞レベルの重要な知見となり、コミュニケーションの脳内モデルにおける記憶・学習過程の重要な基盤の理解になると考えられる。(2)また、海馬歯状回において、モダリティーの異なる感覚系の2入力があることに着目し、そのボトムアップ入力の情報統合についてグルタメイトのアンケージング刺激による局所刺激を用いた実験を行い、その非線形性を評価することができた。さらに来年度はCA1野と同様にアセチルコリンによるトップダウン情報の影響も加味する情報統合様式の解明を目指したい。脳内の情動や注意に関わるトップダウン情報は、個体間のコミュニケーションで重要な情報と直結しており、脳内モデルの自己組織化に与えるコミュニケーションの影響として捉えることができる。平成22年度の具体的な実験として下記の2つを行った。1ラット海馬歯状回においてはモダリティーの異なる入力情報(匂いなどの非空間情報と場所に関する空間情報)の組み合わせが、組織化された回路構造を形成していることが近年報告されている。このことは海馬の入力部である歯状回で、ボトムアップ情報の相互作用が起こることを示唆している。このローカルなネットワークのダイナミックスを解析に際し、それぞれの入力部位の持つ周波数特性について調べ、それぞれの入力情報が異なる処理様式で行われている事を明らかにした。また、入力相互の影響を調べ、その非線形性の同定も行った。2昨年度に引き続き、海馬CA1野において、トップダウン入力としてのアセチルコリンが、ボトムアップ入力(CA3からの入力)の可塑性を促進させることをスパイクタイミング可塑性のプロトコルを用いて明らかにした。現在、論文をNeuroscience誌に投稿中である。近年、ボトムアップ情報のみに依存した外界モデルの形成メカニズムは実験的にも理論的にもかなり明らかになってきているが、情報創成の視点から見たトップダウン機能を実現するメカニズムに関する研究はほとんどない。本研究ではトップダウンの作用として、報酬・罰や注意などに応じた感覚情報(ボトムアップ情報)統合への修飾に注目し、個体の目的に合わせた脳内モデルの自己組織化を可能にするメカニズムを探る。ボトムアップとトップダウンというヘテロな系の相互作用ダイナミクスを実験と理論の両側面から明らかにすることで、コミュニケーションの脳内神経機構を探る糸口としていく。具体的には下記の2つの研究を行った。1.細胞レベルのトップダウンとボトムアップの相互作用:海馬CA1野及び歯状回のローカルなネットワークにおいて報酬系や注意などにかかわるトップダウン入力が、いかにニューロンにおけるボトムアップ型情報の統合に影響を与えるかを調べた。結果として注意などに関わるトップダウン入力としてのアセチルコリンが、CA1野のボトムアップ入力による可塑性を促進することが分かった。また海馬歯状回でのトップダウン入力の影響を調べる前実験として、樹状突起の近位ブランチへのボトムアップ入力同士が非線形加算を行っていることを明らかにした。2.ネットワークレベルのトップダウンとボトムアップの相互作用:皮質間ネットワークのレベルにおいても、ボトムアップ的な異なる入力の連合学習が、トップダウン入力の状況下でどのように影響を受けるかを調べてきた。結果として恐怖条件付け後に、電気刺激のみでも聴覚野応答が起きることが分かり、ネットワークレベルにおけるアセチルコリンの役割を明らかにした。本研究では脳内トップダウン情報の作用として、注意などに応じた感覚情報統合への修飾に注目し、個体の目的に合わせた脳内モデルの自己組織化を可能にするメカニズムを探ることを目的とし、トップダウンというヘテロな系の相互作用ダイナミクスを実験と理論の両側面から明らかにするため次の2つの研究を行った。

1.細胞レベルのトップダウンとボトムアップの相互作用:ラット海馬CA1野におけるACh放出時(トップダウン情報)のスパイクタイミング依存性可塑性(ボトムアップ情報処理)への影響に着目し.最終年度は抑制性細胞の有無によるAchの存在下での長期増強および長期抑圧を調べた。結果として、その修飾メカニズムにおいてニコチニック受容体とムスカリニック受容体が協力し可塑性の方向と大きさが定まることを明らかにした。2.ネットワークレベルのトップダウンとボトムアップの相互作用:皮質間ネットワーク(特に聴覚野と感覚野)のレベルにおいても、異なるボトムアップ入力情報の連合学習が、トップダウン入力の状況下でどのように影響を受けるかを調べた。結果としてAChが皮質関連合に重要な役割を担っていることを明らかにした。以上、細胞レベルおよび皮質間ネットワークレベルの実験において、注意に関わるとされる広範囲調節系の1つであるAchがトップダウン情報として神経ネットワークの可塑性修飾において果たす役割を示し、そのメカニズムを明らかにした。そして理論サイドからは生理実験データの十分な議論を行いモデルの構築までを行った。脳内の外界モデル形成には,外界からのボトムアップ(感覚)情報だけでなく,注意や情動などによる広範囲調節系と呼ばれる内因性の情報も融合する必要がある.海馬や皮質などの神経回路への調節系の信号は,集中時などに内在性アセチルコリン(ACh)として放出され,記憶に関与するとの報告がある.そこで,本研究はボトムアップ入力の統合に対するAChによる修飾を以下2つの実験で検証することを試みた.細胞レベル:ラット海馬CA1野におけるACh放出時のスパイクタイミング依存性可塑性について調べてきた.平成24年度は,ホモシナプティックな刺激も含め可塑性へのAChの影響を調べた.結果として, AChの存在下で長期増強(記憶)が促進され長期抑圧(忘却)が妨げられ,その修飾メカニズムにおいて抑制性細胞の局所ネットワークが重要なカギを握ることが明らかとなった.結果は,Neuroscience,Brain Research,Advances in Cognitive Neurodynamics IIIに報告し出版した.ネットワークレベル:モルモットに対して純音と電気刺激による恐怖条件付けを行い,条件付け前後における聴覚野の応答変化について光計測で調べた.その結果,電気刺激による情報が扁桃体→前脳基底部を経て聴覚野へAChを放出し,ボトムアップ入力(音情報)と連合を起こし,電気刺激のみでも聴覚野が応答することを発見した.結果をまとめ国際学会誌CognitiveNeurodynamics,Advances in Cognitive Neurodynamics IIIに発表した.本研究はボトムアップ入力の統合に対するAChによる修飾を以下2つの実験で検証することを試みてきた.
カーボカウントのアドヒアランスを高める食事指導プログラムの開発と効果・検証

カーボカウントは、2型糖尿病患者においてもHbA1cの改善に寄与されていた。継続治療へのアドヒアランスを高める因子は「自己の糖尿病への理解・関心・情報」や「現治療への満足」であり、患者個々に適した知識や態度への対応が求められることが明らかとなった。また、エネルギー由来の指導では不十分であった飲酒指導では、カーボカウントによりエビデンスを提示することで、食事療法への意欲と実践度を高める可能性が示唆された。これらを踏まえた対象者、指導者ニーズに応じた指導ツールを用いた「カーボカウントのアドヒアランスを高める食事プログラム」は、指導経験に差異なく指導者の自信を高めることが期待された。【糖尿病療養指導におけるアドヒアランスを高める因子の探求】療養療法を長期に継続するためには、数値目標だけでなく、患者の意向や必要性、価値観が反映されることでアドヒアランスが高まることが報告されている。そこで、自治体が実施した平成25年度1糖尿病性腎症悪化防止事業および2糖尿病重症化防止事業のベースライン時の参加者を対象に、質問紙による生活基本情報、疾病に関する意識・知識・行動、糖尿病の治療満足度および食物頻度調査による食生活状況を解析した。1の対象者は、レセプトから糖尿病腎症23期と推定される65名(70.0歳、BMI 25.6kg/m2、HbA1c 7.0%、TG 110mg/dl、e-GFR 65mL/min1.73m2、炭水化物摂取量230.2g)、2は「糖尿病で未治療かつHbA1c 8.1%以上」または「糖尿病で治療中かつHbA1c 10.0%以上」の33名(69.0歳、BMI 26.8kg/m2、HbA1c 10.2%、TG 161mg/dl、e-GFR 87mL/min1.73m2、炭水化物摂取量261.5g・中央値)である。1では「糖尿病に関心度が高い人」は、健診結果管理が良く、健康情報を生活改善行動に取り入れることや糖尿病の知識に自信はあるが、自分の疾病状況をよく理解しているとは限らず、治療継続への満足度は低かった。2では、加齢とともに高血糖の自覚が減っていた。「現治療への満足度が高い人」は、自分の疾病状況をよく理解しており、治療継続への満足度が高かった。双方に共通していたことは、ストレスと自覚的健康度に強い関連性があり、自分に必要な情報収集ができる人は、情報の活用により生活改善の行動を決めることができる傾向が高かった。以上の結果から、健康情報の効果的な提供や活用法の検討が、継続治療のアドヒアランスを高める因子である可能性が示唆された。1)カーボカウント評価指標の検討レセプトから抽出された早期腎症期の糖尿病患者64名(男性36名、女性28名、年齢69.0歳、BMI25.8kg/m2、eGFR71.8ml/min/1.73m2)の結果を、目標達成群(HbA1c(NGSP)7%未満)35名、非目標達成群(7%以上)29名に分け、指導に有用な生活習慣項目を検討した。達成群では服薬量に変化はなく、夕食摂取エネルギー量(626±173→572±136kcal/食)、昼食炭水化物量(72.9±27.4 →70.3±29.1g/食)、夕食炭水化物量(80.0±29.6→72.3±22.5g/食)、30分以上の運動習慣(2.9→3.3点)、BMI(24.9±4.0→24.5±4.0kg/m2)、HbA1c 6.7(5.7-8.2)→6.3(5.6-6.9)%に有意な改善がみられた。体重管理と共に、「3食の適正配分」や「炭水化物の均等摂取」といった炭水化物量に着目した食後高血糖対策としてのカーボカウントが、HbA1cの改善に反映された可能性が示唆された。2)カーボカウントのアドヒアランスを高める食事指導プログラムの開発26年度計画に基づき、動機づけ面接技法に準拠した目標志向型食事指導プログラムを構成する指導ツール「食後高血糖対策のためのかんたん指導ツール」(イラスト入り指導シート32枚*1、チェックシート4枚*2、指導シートを用いた指導例、解説80頁)の作成を行った。「指導ツールの使い勝手の検討」を管理栄養士10名に依頼中である。*1)あなたの血糖値に影響しているものは?インスリン分泌と血糖の関係、炭水化物と血糖の関係、食後高血糖を招く食事(炭水化物重ね食べ、主食量の確認)食べ方で血糖をコントロール(はや食い、欠食や夜遅い食事、睡眠不足の影響)種類別運動の効果、服薬のコツ、指導票、チェックシート他勤労男性の食事療法への意欲と実践度を高めるために、関心が高い飲酒と睡眠について炭水化物量との関連を検討した。対象は特定健診結果がFBS160mg/dlまたはHbA1c7.0%以上の男性108名(52歳,BMI26.7kg/m2,FBS154mg/dL)のベースライン調査である。一元配置分散分析によるアルコール摂取量による3群(非飲酒者、飲酒者23g未満、23g以上)

間の比較では、多飲者にγGTP(34.5、47.0、58.0IU/L、P for trend=0.022)、総エネルギー摂取量(1924、2116、2167kcal/日、p=0.041)の有意な増加が観察された。アルコールを含む夕食エネルギー摂取量(696、787、947kcal、p=0.013)に対し、炭水化物量(94.9、86.4、72.6g、p=0.020)、主食エネルギー摂取量(249、200、145kcal、p=0.002)は逆を示し、飲酒のエネルギー摂取量を主食の減量で調整している可能性が観察されたが、調整相当以上のエネルギーをアルコールから摂取している可能性も示唆された。睡眠時間による3群(7時間未満群,7時間群,8時間以上群)間の同様の検討では、年齢(51、55、58歳、p=0.000)、BMI(26.7、26.8、24.6kg/m2、p=0.004)、総エネルギー摂取量(2004、1995、1742kcal、p=0.042)、総炭水化物摂取量(p=0.004)、総脂質摂取量(p=0.035)に有意な差が観察された。また未満群は他群に比べて「不規則な生活」が血糖値への影響要因と自覚しており、1日の主食炭水化物量(171、143g、p=0.005)が多かった。エビデンスを示し、知識の妥当性を示すことで改善行動への意欲の向上を促し、継続性が高まる可能性が示唆された。予定していた1評価シートの妥当性の検討と2食事支援の効果検証(クロスオーバー試験)を自治体での介入時に実施することが困難(前後比較研究のみ実施)であったため、保健指導機関で別途実施予定である。カーボカウントは、2型糖尿病患者においてもHbA1cの改善に寄与されていた。継続治療へのアドヒアランスを高める因子は「自己の糖尿病への理解・関心・情報」や「現治療への満足」であり、患者個々に適した知識や態度への対応が求められることが明らかとなった。また、エネルギー由来の指導では不十分であった飲酒指導では、カーボカウントによりエビデンスを提示することで、食事療法への意欲と実践度を高める可能性が示唆された。これらを踏まえた対象者、指導者ニーズに応じた指導ツールを用いた「カーボカウントのアドヒアランスを高める食事プログラム」は、指導経験に差異なく指導者の自信を高めることが期待された。前年までに「体重管理」に加え「食後高血糖対策」としてのカーボカウント(3食の適正配分・炭水化物の均等摂取)がHbA1cの改善に反映し、継続治療アドヒアランスを高める因子として健康情報の効果的な提供が示唆された。本年は「カーボカウントのアドヒアランスを高める食事指導プログラム」の効果検証を目的にA.指導シートの活用頻度調査、B.Aを組み入れたプログラム評価(指導者の自信度前後比較)を医療機関、保健センターに在勤の保健師、管理栄養士に実施し、36名の回答を得た。A.1糖尿病療養指導(外来)、2特定保健指導(自治体)、3同(健保)に共通して活用頻度が高かったツールは[炭水化物を多く含む食品を確認/食材・菓子][主食量の一定][食べ方で血糖コントロール/時間設定][同/野菜を先にゆっくり食べる]であった。1群では[インスリン分泌と血糖値の関係]、23群では[飲酒、喫煙、欠食、夜遅い食事などと血糖の関連]と、対象者に沿った内容がそれぞれ有意(p<0.05)に選択された。B.は、28項目の自信度(6件法/1低-6高)を、指導経年別1未経験者11名、23年以下15名、35年以上10名に検討、全ての項目で向上していた(p<0.05)。介入前、共通して低かった項目は[対象者に合わせた炭水化物量の算出(2.5)][健康食品やサプリメントの指導(2.7)]で、高い項目は[対象者のチャレンジを認める(4.2)][対象者のチャレンジを言葉で称賛する(4.1)]であった。
局所加熱による溶融液相を用いたチタン酸化合物球状粒子の合成

液中レーザー溶融法において2種類の混合粒子を原料とし、それらの複合化合物の球状粒子合成を行った。TiO2とMgCO3の組み合わせからはいずれの原料組成比率の場合でも結晶性のMgTi2O5の生成が生成した。この系ではレーザー照射によって液相が生じるのがTiO2のみであるが、複合酸化物が生成した。一方で、ヘマタイトFe2O3とB4Cの組み合わせからFeBやFe2B球状粒子を得るためには、両原料がレーザー照射によって液相になる必要があることが明らかとなり、複合化のメカニズムは組み合わせによって大きく異なることが考えられる。平成26年度は、酸化チタン(アナタース)と炭酸バリウムや酸化バリウム、または炭酸マグネシウム粉体の混合分散液中でのレーザー照射によって粒子間で起こる反応の解明に取り組んだ。酸化チタンの単独分散液の場合、レーザー照射によってルチル構造を有するサブミクロン球状粒子が得られるのに対し、炭酸バリウム混合分散液中では同様なサブミクロン球状粒子が得られるが、レーザー照射フルーエンスや分散液濃度、酸化チタンと炭酸バリウム混合比といった条件を検討したところ、どの様な条件においてもそれらの粒子は、アモルファスであった。さらに、生成粒子の元素分析のために、照射後の回収粒子中の未反応炭酸バリウムの除去を目的とし、回収粒子を希塩酸にて処理したところ、炭酸バリウムに加え、生成した球状粒子も溶解することが観察された。このような溶解は、炭酸バリウムの混合比率が高い程、その傾向が顕著であることが明らかとなった。この様な結果より、炭酸バリウムの場合、生成物の化学組成が混合比によって依存する可能性が示唆された。一方、酸化チタンと炭酸マグネシウムの混合分散液中で得られる球状粒子は、混合比率がMg: Ti= 1: 1であるにもかかわらずMgTi2O4であった。TiO2の光学吸収端が410 nmであるのに対し、MgTi2O4の吸収端は365 nm、MgTiO3は297 nmと、Mg組成比の増加に従い吸収端が短波長にシフトする。今回使用したレーザーの波長は355 nmであったことから、MgTi2O4よりMgの組成比が増加すると、光学吸収しないことで温度上昇が起こらないと考えられることから低Mg組成比であるMgTi2O4が生成物として得られたと考えられる。エタノール中における酸化チタン(アナタース)分散液のレーザー照射により得られる球状酸化チタンのフルーエンス依存性について検討した。既報の研究では生成粒子の自然沈降で回収出来た粒子のみを分析していたが、本研究では遠心分離機を用いて、全生成粒子を回収し、SEMによる観察を行った。66 mJ cm-2 pulse-1で球状粒子が観察されはじめ、それらのサイズ分布ヒストグラムでは、200 nmを単独のピークとした半値幅が約80 nmのサイズ分布が得られた。110 mJ cm-2 pulse-1ではサイズ分布が広くなり、約100 nmに小さなピークと400 nmに大きなピークが見られた。さらに200 mJ cm-2 pulse-1ではサイズ分布が広くなり、100 nmに小さな、600 nmに大きなピークが見られた。この様なサイズ分布の二峰性はフルーエンスの増大に従い顕著になり、その際に200 nm付近を中心として、粒子の存在率が減少していくことが明らかになった。このような結果は、ミー理論を基にした粒子の吸収断面積のサイズ依存性を考慮した、相変化に必要なフルーエンスのサイズ依存曲線により説明出来る。この曲線は200 nmを極小とした下に凸の形をしている。このことは、他のサイズよりも200 nm程度の粒子が比較的低いフルーエンスによって相変化(溶融や気化)しやすいことを示している。これらの結果より、低エネルギー密度では200 nmのサイズの球状粒子が溶融によって選択的に生成し、高エネルギー密度では200 nmサイズの粒子が選択的に気化することから消失したと考えられる。また、本研究でレーザー照射後の生成物を厳密に回収することによって、これまで報告されてきたサブミクロン球状粒子だけではなく、ナノ球状粒子も生成することが初めて明らかになった。本研究課題においても重要な、液中レーザー溶融法の詳細な球状粒子生成メカニズムを明らかにすることが出来た。また本課題でも重要な役割を果たす酸化チタンのレーザーフルーエンス依存性のメカニズムについて明らかにすることが出来たため。酸化チタンと炭酸マグネシウムの混合分散液に対するレーザー照射によって、チタン酸マグネシウム化合物球状粒子が得られることを確認していた。この系では、波長355nmのレーザー照射中に酸化チタンが溶融するのに対し、炭酸マグネシウムは固体のままである。そこで本年度は、混合分散液へのレーザー照射によって得られる複合材料球状粒子のメカニズムをより理解することを目的とし、材料は当初の目的とは異なるが、照射するレーザー波長に対していずれも光学吸収を有する材料の組み合わせによる複合球状粒子の生成を試みた。原料にヘマタイトとB4Cのエタノール混合分散液に、532nmのレーザー光を照射した。照射後の磁気回収物の化学組成はレーザー光のエネルギー密度に依存しており、75、100 mJ cm-2 pulse-1ではマグヘマイトやγ-FeOOHが得られたのに対し、150 mJ cm-2 pulse-1以上では新たにFeBの生成が確認出来た。磁気回収粒子のXRD分析によって、FeBの生成比率は、レーザーのエネルギー密度の上昇にしたがって増加した。

各レーザー光のエネルギー密度において、粒子が吸収したエネルギーから見積もられる到達温度より、150 mJ cm-2 pulse-1未満のレーザー照射では、原料であるヘマタイトは溶融しているのに対してB4Cは固体であり、一方で150 mJ cm-2 pulse-1以上のレーザー照射では、ヘマタイトとB4Cの両方が溶融していると考えられた。これらの結果より、マグヘマイトとB4Cの系において混合原料粒子の複合球状粒子を得るためには、両方の原料粒子が溶融している必要があることが明らかとなった。液中レーザー溶融法において2種類の混合粒子を原料とし、それらの複合化合物の球状粒子合成を行った。TiO2とMgCO3の組み合わせからはいずれの原料組成比率の場合でも結晶性のMgTi2O5の生成が生成した。この系ではレーザー照射によって液相が生じるのがTiO2のみであるが、複合酸化物が生成した。一方で、ヘマタイトFe2O3とB4Cの組み合わせからFeBやFe2B球状粒子を得るためには、両原料がレーザー照射によって液相になる必要があることが明らかとなり、複合化のメカニズムは組み合わせによって大きく異なることが考えられる。平成26年度の目標であった、複数種のチタン複合酸化物の合成について、バリウム、およびマグネシウムに関して取り組み、エネルギー密度や混合組成比といった条件が生成粒子の組成に及ぼす影響について等の予備的知見を得ることが出来た。H27年度に得られた結果を基に、チタン酸化合物の合成に取り組む。材料化学詳細な複合酸化物合成プロセスを明らかにするために、平成26年度に得られた複合酸化物粒子断面の組成分布をナノレベルで分析する。また、酸化チタンと炭酸バリウムの混合分散液中で得られたアモルファス粒子の結晶化のために加熱処理、および遅延レーザーパルスの重畳による球状粒子の結晶化を試みる。加えて、イオンの状態の2族元素を原料とした場合の複合酸化物合成の可能性についても検討する。研究を進めていく上で、より単純な系での液中レーザー溶融法の詳細なメカニズム解明の必要性が出てきたため、当初の複合化合物を作製する計画から、酸化チタン単独の系の詳細を明らかにすることに計画を変更した。そのため当初、混合粒子を得るために必要となる消耗品を購入する予定であった予算の執行を行わなかった。平成26年度中の研究により、炭酸バリウムの混合比による生成物の化学組成依存性の可能性が示唆され、さらに炭酸マグネシウムの場合、MgTi2O4の複合酸化物が生成することが明らかになった。そこで詳細な複合酸化物合成プロセスを明らかにするために、これらの粒子内組成分布をナノレベルで分析することが必要であり、その試料作製や分析に要する経費を平成27年度に計上する。また、酸化チタンと炭酸バリウムや酸化バリウムの混合分散液中で得られた生成粒子がアモルファスであることが今年度中に明らかとなり、結晶化のためには加熱処理が必要となることから、そのための実験に必要な消耗品等の購入のための経費を平成27年度に計上する。混合粒子調製に必要となる消耗品(ミル用ビーズ等)の購入と、混合分散液調製、照射の研究を迅速に進めるために技術補助員の雇用を行う。
分子動力学法によるITOのドーピング機構の解明と構造最適化

透明電導性酸化物ITO(Tin doped Indium Oxide)において、SnはInサイトに置換固溶するといわれるが、置換したSn周りの酸素は、置換に伴い緩和されなければならない。さらに、Snの置換に伴い、格子中の電荷のバランスを補うために、格子間に酸素が取り込まれる。一方、スパッタリングにより作製されるITO薄膜は、その製膜条件により、結晶の配向性やSnの取り込み量が異なることが知られている。本研究では、そのようなSnドーピングによる緩和構造を基に、ITO中のSnのドーピングにともなう構造変化を分子動力学法シミュレーションにより調べ、電気伝導度とSnの固溶量・過剰酸素の取り込み量などの実験データと、本研究で得られたシミュレーション結果を比較することにより、より高い電気伝導性を有するITOの構造を検討することが研究の目的である。本年度は、分子動力学シミュレーションの最も重要なポイントとなるポテンシャルの検討を行った。ポテンシャルの型は、酸化物で最も一般的なBorn-Mayer型2体ポテンシャルを用いた。本研究では、構造情報を最も重要視するため、酸化インジウムの複雑な構造をほぼ完全に再現するようなポテンシャルを探査した。同様に、Snのポテンシャルについては酸化スズの結晶構造を用いた。実際には、NTVアンサンブルで、系の圧力が常圧(latm)になるようなポテンシャルを調査し、得られたポテンシャルを用いてNTPアンサンブルで実際のシミュレーションの条件での結果、構造の再現性が認めれられた。そこで、それらのポテンシャルセットを用いて、ITOのシミュレーションを行った。まず、分子動力学に用いるITOの基本セルを構築した。2In^<3+>=2Sn^<4+>+O^<2->と考え、格子内の電荷の中性を考えると、2個のInと2個のSnが置換すると、酸素1個が過剰に格子間に取り込まれる。このようなセルを構築し、分子動力学シミュレーションを行い、Snの置換位置や、格子間酸素の挙動を調べ、酸素6配位のSnは、結晶学で言うb-siteが安定で、置換により格子内に取り込まれた酸素を配位し7配位になったSnは、d-siteが安定であるという結果が得られた。そして、系の温度を上げ、酸素の拡散挙動を調べた結果、d-siteに置換したSn周りには酸素がトラップされやすく、一方のb-siteに置換したSnまわりには酸素のトラップは比較的少なく、b-siteに置換したSnは活性、すなわち、電子伝導性に寄与していると考えられる。このような過剰酸素の挙動の結果から、Snをb-siteに多く置換した構造をもったITOの電気伝導性が高いことがシミュレーションから得られた最適化構造であった。一方スパッタリングにより作製されるITO薄膜は、その製膜条件により、結晶の配向性やSnの取り込み量が異なることが知られている。実際には、NTVアンサンブルで、系の圧力が常圧(1atm)になるようなポテンシャルを調査し、得られたポテンシャルを用いてNTPアンサンブルで実際のシミュレーションの条件での結果、構造の再現性が認められた。21n^<3+>=2Sn^<4+>+O^<2->と考え、格子内の電荷の中性を考えると、2個のInと2個のSnが置換すると、酸素1個が過剰に格子間に取り込まれる。

本研究では、そのようなSnドーピングによる緩和構造を基に、ITO中のSnのドーピングにともなう構造変化を分子動力学法シミュレーションにより調べ、電気伝導度とSnの固溶量・過剰酸素の取り込み量などの実験データと、本研究で得られたシミュレーション結果を比較することにより、より高い電気伝導性を有するITOの構造を検討することが研究の目的である。本年度は、分子動力学シミュレーションの最も重要なポイントとなるポテンシャルの検討を行った。ポテンシャルの型は、酸化物で最も一般的なBorn-Mayer型2体ポテンシャルを用いた。本研究では、構造情報を最も重要視するため、酸化インジウムの複雑な構造をほぼ完全に再現するようなポテンシャルを探査した。同様に、Snのポテンシャルについては酸化スズの結晶構造を用いた。実際には、NTVアンサンブルで、系の圧力が常圧(latm)になるようなポテンシャルを調査し、得られたポテンシャルを用いてNTPアンサンブルで実際のシミュレーションの条件での結果、構造の再現性が認めれられた。そこで、それらのポテンシャルセットを用いて、ITOのシミュレーションを行った。まず、分子動力学に用いるITOの基本セルを構築した。2In^<3+>=2Sn^<4+>+O^<2->と考え、格子内の電荷の中性を考えると、2個のInと2個のSnが置換すると、酸素1個が過剰に格子間に取り込まれる。このようなセルを構築し、分子動力学シミュレーションを行い、Snの置換位置や、格子間酸素の挙動を調べ、酸素6配位のSnは、結晶学で言うb-siteが安定で、置換により格子内に取り込まれた酸素を配位し7配位になったSnは、d-siteが安定であるという結果が得られた。そして、系の温度を上げ、酸素の拡散挙動を調べた結果、d-siteに置換したSn周りには酸素がトラップされやすく、一方のb-siteに置換したSnまわりには酸素のトラップは比較的少なく、b-siteに置換したSnは活性、すなわち、電子伝導性に寄与していると考えられる。このような過剰酸素の挙動の結果から、Snをb-siteに多く置換した構造をもったITOの電気伝導性が高いことがシミュレーションから得られた最適化構造であった。
イリオモテヤマネコ・ツシマヤマネコの起源・進化の探索と集団内多様性の分子系統解析

本研究の目的は、ミトコンドリアDNAおよび高多型性DNAマーカーを用いて、イリオモテヤマネコ・ツシマヤマネコ集団がこれまでにたどってきた進化の過程と両者の集団内多様度を理解することであった。2年間の計画において、以下の成果が得られた。(1)ミトコンドリアDNAのなかでも進化速度が速いといわれるD-loop領域を分析した。イリオモテヤマネコに適合するPCRプライマーをデザインし、PCRダイレクトシーケンス法により塩基配列を解読した結果、イリオモテヤマネコ集団内では個体変異が全くみられなかった。(2)高多型的マーカーであるマイクロサテライトDNA領域の多型分析により、イリオモテヤマネコ集団およびツシマヤマネコ集団の遺伝的多様性が極度に低下していることが示唆された。この多様性低下は、両集団が島に隔離されていた期間(各々、約20万年、10万年)に起こった遺伝的浮動または近親交配によりもたらされた可能性がある。(3)別の高多型的DNAマーカーである主要組織適合遺伝子複合体(MHC)ClassIIのDRB遺伝子について、遺伝子増幅法(PCR)によって対立遺伝子の検出を試みた。PCR産物をクローニングし、塩基配列を決定した結果、イリオモテヤマネコ、ツシマヤマネコ、ベンガルヤマネコから複数の対立遺伝子が得られた。現在、塩基配列の分子系統学的解析を継続している。(4)環境庁対馬野生生物保護センターとの研究協力体制を整えると共に、同センターの展示室においてヤマネコのDNA分析に関する展示を行い、研究成果を一般に公開した。本研究の最終目的は、ミトコンドリアDNAおよび高多型性DNAマーカーを用いて、イリオモテヤマネコ・ツシマヤマネコ集団がこれまでにたどってきた進化の過程と両者の集団内多様度を理解することである。第一年目の本年度は、ミトコンドリアDNAのなかでも進化速度が速いといわれるD-loop領域を分析した。一方、高多型的マーカーであるマイクロサテライトDNA領域の多型分析を継続しているが、未だにイリオモテヤマネコ集団内の個体変異は検出されていない。これらの結果は、イリオモテヤマネコ集団の遺伝的多様性が極度に低下していることを示唆している。この多様性低下は、この集団が島に隔離されていた約20万年の間に起こった遺伝的浮動または近親交配によりもたらされた可能性がある。さらに、別の高多型的DNAマーカーである主要組織適合遺伝子複合体(MHC)を検出するため、イエネコのMHC塩基配列データから新しいPCRプライマーをデザインした。そして、これらを用いて、イリオモテヤマネコのMHCをPCR増幅できることが分かった。今後は、このようなDNAマーカーを用いて多様性分析を発展させる。また、両ヤマネコのサンプリングを継続し、集団遺伝学的分析に十分なサンプルサイズを確保するよう努力する。本年度(2年目)には以下の研究成果が得られた。(1)対馬を訪問し、ツシマヤマネコ生息地の自然環境を調査した。環境庁対馬野生生物保護センターとの協力体制を整えると共に、同センターの展示室においてヤマネコのDNA分析に関する展示を行い、研究成果を一般に公開した。(2)主要組織適合遺伝子複合体(MHC)ClassIIのDRB遺伝子について、遺伝子増幅法(PCR)によって対立遺伝子の検出を試みた。PCR産物をクローニングし、塩基配列を決定した結果、ツシマヤマネコ集団から複数の対立遺伝子が得られた。予備的解析として、イエネコから得られているDRB対立遺伝子(4グループ)と分子系統学的に比較した結果、ツシマヤマネコのDRB対立遺伝子はグループ1またはグループ2とクラスターを形成したが、グループ3およびグループ4に属する対立遺伝子はこれまでのところ得られていなし。また、ツシマヤマネコに特異的な対立遺伝子も検出された。

一方、イリオモテヤマネコおよび大陸産ベンガルヤマネコから得られた対立遺伝子は、グループ1またはグループ2に属するものであった。技術的な問題点は、PCR産物のクローニングとその塩基配列決定法により得られた塩基配列について、その塩基配列の多型が真の多型なのか、PCRによる人工産物なのか、判定が困難なことである。現在のところ、この問題を解決すべく、詳細な対立遺伝子のタイピングを行っている。
大気圧プラズマによる植物免疫システム活性化の分子基盤と病害防除への応用

プラズマは一般に気体が電離した状態のものを指し、工学、医学、農学などの幅広い分野に応用可能な新技術として注目されている。プラズマの一つである大気圧プラズマは、室温状態で反応性の高いラジカルなどの活性種を生成することから、農産物への照射により、品質に影響を与えることなく、表面の微生物(糸状菌や細菌)を殺菌して貯蔵性を高めるなど、食品分野への利用が注目されている。本課題では、大気圧プラズマがウイルスに対して及ぼす影響と植物の免疫システムの活性化による病害防除効果について解析した。大気圧プラズマ非照射のTMV懸濁液を同様にN遺伝子タバコ品種に接種ところ、ウイルス感染による局部壊死病斑の形成の顕著な低下が認められ、照射時間依存的にウイルス粒子の崩壊とTMV RNAの分解が認められた。以上より、大気圧プラズマは、TMVを不活化する効果があることが示された。ウイルスを不活性化するプラズマ照射条件をすでに確立したことから、次に、プラズマを植物体に照射による植物免疫の活性化と病害防除の解析に着手した。プラズマ照射により、抵抗性誘導マーカーとなる防御関連遺伝子の発現が誘導されたことから、プラズマによる植物免疫システムの活性化を介した病害防除への活用が示唆された。一方で、プラズマ照射強度、時間、植物生育ステージによっては、細胞死が誘導されることも明らかになった。今後、植物免疫システムの活性化に適切な、プラズマ照射条件の詳細な検討を予定している。大気圧プラズマは、TMVを不活化する効果があることが示された。さらに、プラズマを植物体に照射することにより、抵抗性誘導マーカーとなる防御関連遺伝子の発現が誘導されたことから、プラズマによる植物免疫システムの活性化を介した病害防除への活用が示唆されており、研究はおおむね順調に進展していると判断した。これまでの研究から、植物病原細菌・ウイルスを不活性化するプラズマ照射条件をすでに確立した。次に、プラズマを植物体に照射による植物免疫の活性化と病害防除の解析に着手したが、照射時の水導入量、電圧、照射時間により、植物細胞に致死的なダメージを与えることが判明した。そのダメージを生じずに植物免疫を活性化するプラズマ照射条件の設定を行う。プラズマは一般に気体が電離した状態のものを指し、工学、医学、農学など幅広い分野に応用可能な新技術として注目されている。プラズマ照射に種子伝搬性イネ苗病害の抑制効果を検討した。イネもみ枯細菌病菌(Burkhorderia glumae)またはイネ苗立枯病細菌を減圧接種(5分)することにより、罹病種子を準備した。同種子を、28°Cで1日吸水させ、はとむね期に達した種子にプラズマを10分間(2分,5回)照射した。その後、照射種子を育苗土に播種し,9日間培養し(30°C,16時間明/8時間暗)、発病度を調査した。その結果、プラズマ非照射区では発病度97.6だったのに対し、プラズマ照射区では、イネもみ枯細菌病・イネ苗立枯病とも、有意に低い発病度を示し、両病害の発病が抑制されていることが明らかとなった。また、イネの発芽率や生育には、プラズマ照射が影響しないことも確認した。以上の結果から、プラズマ照射により、イネもみ枯細菌病菌やがイネ苗立枯病細菌が死滅したものと推測された。また、種子を切断し、DAB染色により過酸化水素の生成を解析したところ、プラズマ非照射に比べ、プラズマ照射で、種子の胚組織に過酸化水素の蓄積が認められたが、プラズマ照射前に種子を吸水させたかった場合は、病害抑制も認められず、過酸化水素の生成も求められなかった。したがって、プラズマ照射により、水から生成された活性酸素種が、イネもみ枯細菌病菌の殺菌効果に寄与している可能性が考えられた。プラズマ照射により植物組織に活性酸素種のひとつである過酸化水素が直積することが確認できた。本課題では、大気圧プラズマがウイルスに対して及ぼす影響を解析した。大気圧プラズマを、タバコモザイクウイルス(TMV)懸濁液に照射したのち、N遺伝子をもつタバコ品種に接種したところ、照射時間依存的にウイルス感染による局部壊死病斑の形成が認められなくなった。同時に、コントロールとして、大気圧プラズマ非照射のTMV懸濁液を同様にN遺伝子タバコ品種に接種ところ、ウイルス感染による局部壊死病斑の形成が認められたことから、大気圧プラズマをTMV懸濁液に照射することにより、TMVの感染性が低下することが明らかになった。大気圧プラズマ照射後のTMV粒子を電子顕微鏡で観察したところ、照射時間依存的にウイルス粒子の崩壊が観察された。また、大気圧プラズマ照射後のTMV懸濁液からTMV RNAを抽出し、電気泳動で確認したところ、照射時間依存的にTMV RNAの分解が認められた。以上より、大気圧プラズマ照射により、TMVに粒子構造の崩壊とTMV RNAゲノムの分解が促進されたことにより、感染性が喪失したものと考えられた。

また、TMVの不活化は、粒子構造の崩壊と、TMV RNAゲノムの分解に起因することを明らかにした。これらは新規な知見であり、現在、論文を投稿中である(minor revisionにて再投稿中)。したがって、おおむね順調に研究が進展していると言える。プラズマは一般に気体が電離した状態のものを指し、工学、医学、農学などの幅広い分野に応用可能な新技術として注目されている。プラズマの一つである大気圧プラズマは、室温状態で反応性の高いラジカルなどの活性種を生成することから、農産物への照射により、品質に影響を与えることなく、表面の微生物(糸状菌や細菌)を殺菌して貯蔵性を高めるなど、食品分野への利用が注目されている。本課題では、大気圧プラズマがウイルスに対して及ぼす影響と植物の免疫システムの活性化による病害防除効果について解析した。大気圧プラズマ非照射のTMV懸濁液を同様にN遺伝子タバコ品種に接種ところ、ウイルス感染による局部壊死病斑の形成の顕著な低下が認められ、照射時間依存的にウイルス粒子の崩壊とTMV RNAの分解が認められた。以上より、大気圧プラズマは、TMVを不活化する効果があることが示された。ウイルスを不活性化するプラズマ照射条件をすでに確立したことから、次に、プラズマを植物体に照射による植物免疫の活性化と病害防除の解析に着手した。プラズマ照射により、抵抗性誘導マーカーとなる防御関連遺伝子の発現が誘導されたことから、プラズマによる植物免疫システムの活性化を介した病害防除への活用が示唆された。一方で、プラズマ照射強度、時間、植物生育ステージによっては、細胞死が誘導されることも明らかになった。今後、植物免疫システムの活性化に適切な、プラズマ照射条件の詳細な検討を予定している。大気圧プラズマは、TMVを不活化する効果があることが示された。さらに、プラズマを植物体に照射することにより、抵抗性誘導マーカーとなる防御関連遺伝子の発現が誘導されたことから、プラズマによる植物免疫システムの活性化を介した病害防除への活用が示唆されており、研究はおおむね順調に進展していると判断した。本年度は、過酸化水素が直接、病原菌に殺菌作用をもつ可能性を示すデータが得られたが、今後は、プラズマ照射した植物組織における他の活性酸素種の生成と防御関連遺伝子の発現を解析し、プラズマによる植物の免疫システムの活性化について検討を進める。大気圧プラズマは、室温状態で反応性の高いラジカルなどの活性種を生成することが明らかになっているが、実際に、大気圧プラズマを照射したTMV懸濁液において、どうのような活性種が生成されているのかは、明らかになっていない。生成される活性種は、TMV粒子構造の崩壊とTMV RNAゲノムの分解に寄与していると推察されることから、生成される活性種を具体的に明らかにし、大気圧プラズマによるTMV不活化のメカニズムを解明する。これまでの研究から、植物病原細菌・ウイルスを不活性化するプラズマ照射条件をすでに確立した。次に、プラズマを植物体に照射による植物免疫の活性化と病害防除の解析に着手したが、照射時の水導入量、電圧、照射時間により、植物細胞に致死的なダメージを与えることが判明した。そのダメージを生じずに植物免疫を活性化するプラズマ照射条件の設定を行う。
大気大循環における偏差パターン形成についての研究

本研究は、異常気象等に関わる大気大循環変動の空間パターン形成の力学を明らかにしようとしたものである。観測データによるモード同定、簡単な準地衡風モデルおよび大気大循環モデルによる積分のほか、線型化したモデルを構築し、定常応答、そのモード展開、また、アンサンブル時間積分による短周期擾乱のフィードバック効果算定等、さまざまな形でそれを用いた。北極振動(AO)または北大西洋振動(NAO)とよばれる変動パターンについて、北半球冬季気候平均場のもとでの定常微小擾乱に対する線型演算子のもっとも減衰の少ないモードとしてそれが同定できること、さらにそのモードの準中立性は軸対称成分と定常非軸対称成分間の運動量フィードバックで基本的には説明できること、また、このフィードバックは気候場の非軸対称成分の経度方向のスケールの小さい北大西洋で有効に働くこと等が明らかになった。また、熱帯にもほぼ軸対象な変動モードが存在することが示唆され、Tropical Axisymmetric Mode (TAM)と名づけた。観測データ、モデル積分を詳細に検討した結果、それが実体を持ち、かつ、エルニーニョのはるか上流にあたるアジア地域へのテレコネクションやモンスーンの変動を考察する際に重要なモードであることを示唆した。夏季日本の南海上の亜熱帯高気圧は大きな年々変動成分を持ち、その動向が日本の天候に影響することはよく知られている。1998年夏の事例の解析により、この夏にはこの西太平洋亜熱帯高気圧(以下WP)の著しい強化が、赤道東太平洋および赤道東インド洋(スマトラ沖)の2領域の高海面水温に誘起された鉛直循環偏差に伴うフィリピン東沖での積雲活動の抑制によって引き起こされていたことがわかった。今後、湿潤過程を含む本モードの力学と海面水温偏差等による励起メカニズムの明らかにする必要がある。異常気象など数週間以上の時間スケールでの天候の変動を支配する大気循環の偏差パターンの形成力学に関して研究を行なっている。本年度の成果の概要は以下の通りである。・パターン形成を理解する力学的道具として,3次元的に変化する基本場のもとでの定常線型応答を計算するモデル,および与えられた大規模場の元での短周期擾乱の集団効果を計算するいわゆるストームトラックモデルを開発した。プログラムはなお詳細部分を調整中であるが,以下に述べる成果の一部はこのモデルによるものである。・エルニーニョ現象の日本の天候への影響を再考察した。観測データの再解析により,エルニーニョに伴う大規模な下降流が西太平洋で対流活動を抑制し、これに伴う大気の冷却が,西太平洋亜熱帯域に高気圧性の循環偏差を生じさせ,日本付近へ暖湿流を送りこむ。エルニーニョ時に暖冬や冷夏となりやすいのはこのためであることがわかった。冷却源が循環偏差を創る力学メカニズムの詳細を定常応答モデルによって考察中である。・エルニーニョ時に現れやすいとされる太平洋-北米テレコネクションパターンの形成には,エルニーニョに伴う熱帯の熱源だけでなく,中緯度ジェット気流の変形とそれに伴う短周期擾乱活動の変化も考慮に入れなければならないことを,定常応答モデルを用いて確認した。・エルニーニョの顕著な熱帯太平洋の中緯度への影響は比較的よく調べられてきたが,熱帯大西洋の中緯度への影響の度合いは不明である。このことについて大気大循環モデルでの実験結果及び定常応答,ストームトラックモデルを用いた解析により,太平洋ほど顕著ではないが,一定の影響はあり,それは北大西洋パターンとして知られる大気の内部モードを選択的に励起することであることがわかった。・中緯度大気を模したメカニスティックモデル内での大規模場と短周期擾乱の相互作用について解析を行ない,両者間に働く正のフィードバックが大気の主変動パターンの選択律として働いていることがわかった。

本年度の成果の概要は以下の通りである。・前年度までに開発した,3次元基本場のもとでの定常線型応答モデル,および与えられた大規模場の元での短周期擾乱の集団効果を計算するストームトラックモデルを用いて,北大西洋においてもっとも卓越する北大西洋振動(NAO)パターンの力学を考察した。とくに,NAOパターンが海面水温偏差によって励起され得ることを示し,その励起メカニズムには潜熱解放,ジェット気流と高周波擾乱の間の相互作用等が関っていることを上記モデルを用いて明らかにした。・エルニーニョ時に日本が暖冬となりやすい原因は,西太平洋での大規模な下降流とそれに伴う大気の冷却が日本の南海上下層に高気圧性偏差を作り,これによって南西の暖湿気流が日本列島に吹き寄せるためである。定常応答モデルに冷源を与えることによってこれを確認し,また,大気大循環モデルと海洋混合層モデルを結合したモデル実験によって,冷源の強化には西太平洋でのローカルな大気海洋相互作用が重要であることを明らかにした。・北極振動(AO)と呼ばれる大気の主要変動パターンの力学を線型モデルを用いて明らかにした。帯状平均流と定常プラネタリー波の間に働く正のフィードバックにより,AOが準中立モードとして存在することができ,それゆえに長周期変動においてAOが卓越することを示した。・1998年夏には長江洪水を初めとして東アジアは豪雨,洪水に見舞われた。西太平洋亜熱帯高気圧の強化がこの主因の一つである。モデル実験により,この高気圧の強化には東南インド洋および赤道東太平洋ペルー沖の高海面水温が貢献していたことを明らかにした。・インド東アジアモンスーン域の天候変動は日本にも大きな影響がある。中緯度においては,テレコネクションパターンなどと呼ばれるいくつかの変動パターンが卓越することが知られているが,湿潤過程が卓越するモンスーン域の変動パターンについては案外よく知られていなかった。水蒸気流束場の観測データを解析したところ,98年夏の東アジアの洪水を引き起こしたパターンや,以前から知られた西太平洋-日本間のテレコネクションパターン,インド東南アジア域のモンスーン変動を支配するパターン等を抽出することができた。異常気象など数週間以上の時間スケールでの天候の変動を支配する大気循環の偏差パターンの形成力学に関して研究を行っている。・北極振動の卓越した2000/2001年冬の偏差パターン形成について、先立つ秋の北シベリアの積雪偏差が重要な要因の一つであったという仮説に基づき、予報実験を実施した。結果は、この年と反対符号の偏差場が卓越した1988/1989年の実験結果と対照した。・西太平洋の亜熱帯高気圧の変動を含むモードがインド東アジアモンスーン域の水蒸気フラックス変動の主要モードであることを確認した。このモードは、海面水温強制を必ずしも必要としないことを、気候学的海面水温を与えた大気大循環モデル実験によって確認した。
糸状菌ゲノム情報にもとづく有用二次代謝産物生合成系の検索とその発現・生産系の開発

A. oryzae RIB40株のゲノム解析から見出されたタイプI型PKS遺伝子について、芳香族型Ao11113の13種、還元型Ao21212の12種、ペプチド合成酵素とのハイブリッド型(PKS/NRPS)Ao3133の3種について順次、発現用宿主であるA. oryzae M-2-3株に形質転換・導入しているが、今年度は新たにAo15、17、18 PKSについてその生産化合物を同定した。その結果、Ao18 PKSは、ナフトピロンYWA1の合成酵素であること、Ao15 PKSはオルセリン酸合成酵素であることが判明した。また、Ao17形質転換体は、2つの主生成物を与えたが、これらはいずれもヘプタケタイドであるcitreoisocoumarinとalternariolであると同定した。両者は、炭素鎖長は同じであるものの閉環様式が全く異なっている。また、後者は、Alternaria属糸状菌の生産するマイコトキンとして報告されている化合物であり、A. oryzaeがその生産能を潜在的に有することが確認された。RIB40株には全長PKS/NRPSをコードするAo3133に加え、一部欠失のあるPKS/NRPS遺伝子が存在しているが、その周辺遺伝子情報の検討から、本来はシクロピアゾン酸(CPA)の生合成に関わっていたことが推定された。そこで、RIB40株の配列をもとにCPR生産菌A. flavusのゲノムデータベースを検索し、CPA生合成に関わると思われる遺伝子クラスターを見出した。これを確認するため、A. flavasの対応するPKS/NRPS遺伝子を上記Ao PKSの発現と同様にして、A. oryzaeで発現したところ、CPA生合成前駆体の生産を確認した。現在、A. oryzae以外の菌株のポリケタイド生合成遺伝子についても解析を進めている。麹菌A.oryzaeのゲノム解析から見出されたタイプI型ポリケタイド合成酵素PKS遺伝子について、そのコードするPKSのドメイン構造を確認し、芳香族型Ao11113の13種、還元型Ao21212の12種、ペプチド合成酵素とのハイブリッド型Ao3133の3種に分類し、A.oryzae全PKSの発現、機能同定を進めることとした。また、A.fumigatusや、Aspergillus terreusのゲノム情報から、生理活性二次代謝産物の生合成遺伝子クラスターを検索し、その候補となる遺伝子領域をいくつか見出した。一方、ゲノムプロジェクトは進められてはいないものの、その生合成にDiels-Alder環化の関与が考えられており、化学構造的にも、生理活性からも興味深い還元型ポリケタイド化合物solanapyroneを生産するジャガイモ夏疫病菌Alternariasolani、および、マクロラクトン環に芳香環が融合した特徴的な構造と抗ガン作用などの活性を持つradicicolの生産菌であるPenicillium luteo-aurantiumよりPKS遺伝子を検索し、各々4種、3種の新規PKS遺伝子断片をクローニングし、そのPKS全長塩基配列を決定した。麹菌A.oryzaeの芳香族型PKS13種(Aoll113)、還元型PKS12種(Ao21212)、ペプチド合成酵素とのハイブリッド型PKS3種(Ao3133)を糸状菌発現ベクターpTAex3RにGateway法を用いて導入し、各PKSの発現プラスミドを構築した。Ao11の発現プラスミドpTA-Ao11をA.oryzaeに形質転換・導入し、その主生産物が芳香族ナノケタイドのtopopyroneとそのPKS反応副生成物であるhaematomoneであると同定した。

これを確認するため、A. flavasの対応するPKS/NRPS遺伝子を上記Ao PKSの発現と同様にして、A. oryzaeで発現したところ、CPA生合成前駆体の生産を確認した。現在、A. oryzae以外の菌株のポリケタイド生合成遺伝子についても解析を進めている。