hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
花粉伝染を制御する植物ウイルスのホールマーク遺伝子の解明

これまでのラズベリー黄化ウイルス(raspberry bushy dwarf virus, RBDV)の花粉伝染解析から、RBDVに感染した花粉が、柱頭に受粉されると、ウイルスを蓄積した花粉管が柱頭へと侵入、花粉管からウイルスが排出されることで、柱頭部にinfection fociが形成され、植物体本体へとウイルスが全身感染すると考えられた。さらに、1b遺伝子の翻訳を停止させたRBDV変異体(RBΔ1b)は、RBDV野生株(wtRBDV)と比較して、花粉による水平伝染効率が低下することを見出した。そこで、wtRBDVとRBΔ1bを用いて、ウイルス感染花粉のウイルス蓄積量、花粉管からのウイルス排出量、植物体本体への感染を導く柱頭部でのウイルス感染率について比較した。その結果、wtRBDVと比較して,RBΔ1bは,花粉のウイルス蓄積量、花粉管からのウイルス排出量、柱頭部でのウイルス感染率が低下していた。さらに、1b遺伝子を発現する形質転換Nicotiana benthamiana (1b遺伝子発現植物)を用いて、RBΔ1bの花粉による水平伝染について解析した。RBΔ1bに感染した1b遺伝子発現植物由来の花粉を健全植物に授粉すると、RBΔ1bに感染した非形質転換植物由来の花粉の授粉と比較して、花粉による水平伝染率が上昇した。そして、RBΔ1bに感染した1b遺伝子発現植物由来の花粉のウイルス蓄積量を解析すると、ウイルス蓄積量が増加しており、花粉管からのウイルス排出量も増加していることが示唆された。これらのことから、1b遺伝子により、花粉がRBDVの効率的なベクターに改変されると考えられた。2017年度、本研究を「おおむね順調に進展している。」と評価した。そして昨年度(2018年度)は、以下の4点について明らかにすることができた。1. 1b遺伝子によりRBDVの花粉による水平伝染効率が上昇する。2. 1b遺伝子が、感染花粉のウイルス蓄積量を増加させることを示唆した。3. 1b遺伝子が、花粉管からのウイルス排出量を増加させることを示唆した。4. 1b遺伝子が、植物体本体への感染を導く柱頭部でのウイルス感染率を上昇させることを示唆した。これらのことから、現在までの進捗状況は、「おおむね順調に進展している。」と判断できる。計画通りに進展しており、今後も計画通り以下の2点について研究を推進する。1.花粉管内に局在するウイルスが、花粉伝染を引き起こすウイルス源であることを明らかにしている。そこで、1b遺伝子発現の有無による花粉管内のウイルスの増殖と局在の変化を解析する。2. 1b遺伝子発現形質転換植物を用い、花粉あるいは柱頭親植物での1b遺伝子発現によるRB-m1bの花粉伝染を解析する。さらに、1b遺伝子による、花粉による水平伝染を導く柱頭でのウイルス感染について解析する。今後も計画通りに研究を推進していく。具体的には、異種ウイルス間の花粉伝染機構の共通性・普遍性の解析を進める。RBDV (イダエオウイルス属;科未設定)と分類学的に異なるウイルス種を供試して、これまで明らかにしたRBDVの花粉伝染機構と比較解析する。
代謝機能解析及び物質生産用宿主として利用可能な分裂酵母大規模遺伝子削除株の取得

分裂酵母は真核生物の中で最も遺伝子数の少ない生物の1つである。申請者らは新しく開発した遺伝子削除法を用いて、分裂酵母の染色体遺伝子をさらに削除することを試みた。その結果、第1および第2染色体末端付近の合計約660kbを同じ株で削除した大規模遺伝子削除株の創製に成功した。分裂酵母大規模遺伝子削除株は野生株とほぼ同等の生育を示し、また異種タンパク質であるGFPやヒト成長ホルモンの培地への分泌量が野生株よりも約2倍多くなった。以上の結果から今回取得した分裂酵母大規模遺伝子削除株は物質生産などにも適用可能であることを示した。本研究は「大規模に遺伝子が削除され、遺伝子発現制御機構の解析や異種タンパク質生産などの様々な研究に適用可能な分裂酵母モデル実験株の創製」を目的としている。これまでに作製した第1および第2染色体の末端に近い部分を削除した株(約660kb削除株)について、様々な培地を用いて生育について調べた。その結果、細胞形態に若干の異常は認められ、生育速度もやや遅くはなるが大きな問題は生じていないことが明らかになった。また、一連の操作で得られた各種染色体大規模削除株を宿主として、モデルタンパク質を用いた物質生産評価を実施した。モデルタンパク質として、緑色蛍光タンパク質(EGFP)は細胞内におけるタンパク質合成効率、一方、ヒト成長ホルモン(hGH)とヒトトランスフェリン(hTF)にはN末端にシグナル配列を付加し、タンパク質合成効率に加えて分泌効率も評価した。合成培地(EMM)におけるEGFPタンパク質合成効率は削除サイズを増やすごとに高くなり、最終的に660kb削除株は野生株の約1.7倍生産量が高まることがわかった。以上の結果は、生育速度や物質生産能を損なうことなく、染色体長を短くすることができた最初の報告例であり、これらの成果は国際誌であるNucleic Acid Researchにアクセプトされた。また最近、分裂酵母の必須遺伝子に関する新たな報告(Nat. Biotechnol.28, 617-623, 2010)があり、我々の仮想必須遺伝子染色体マップの再検討を行った。その結果、各染色体で削除可能な領域が複数存在することがわかり、この領域の削除株を作製中である。本研究は分裂酵母において、大規模に遺伝子が削除され、遺伝子発現制御機構の解析や異種タンパク質生産などの様々な研究に適用可能な実験株を創製することを目的としている。これまでの研究で、分裂酵母の第1および第2染色体上の配列で削除可能な領域約660kbpを削除した株を創製し、本破壊株の諸性質の検討を行った。そこで今年度は本遺伝子削除株を物質生産用の宿主として利用するために、染色体上に外来遺伝子を組み込む系についても解析を行った。分裂酵母のレトロトランスポゾンTf2はゲノム上に13個のコピー配列が存在する。Tf2を標的とした相同組換えでは13個のTf2座への安定したマルチコピー遺伝子の組込みが可能であることが期待される。遺伝子削除株でTf2の相同配列を両端に持ち、ura4マーカーとEGFPを導入した遺伝子断片を作製し、分裂酵母野生株への形質転換を行った。その結果、13ヶ所のTf2座では形質転換用断片の組込み効率に差があることが明らかになった。さらに、複数のTf2座に組込まれた株は栄養培地で継代培養を行なっても安定にEGFPが発現しており、本法が分裂酵母の異種タンパク生産に有効であることが示された。以上の結果から、本申請研究で創製した分裂酵母大規模遺伝子削除株は異種タンパク質生産用の宿主として利用可能であることがわかった。本研究の目的は「大規模に遺伝子が削除され、遺伝子発現制御機構の解析や異種タンパク質生産などの様々な研究に適用可能な分裂酵母モデル実験株の創製」である。これまで申請者は出芽酵母の全必須遺伝子約1,100個と相同性の高い分裂酵母遺伝子を検索し、これらを分裂酵母の仮想必須として分裂酵母の染色体上に印をつけた仮想必須遺伝子染色体マップを作成した。また現在既に作製した第1および第2染色体の末端に近い部分を削除した株(約660kb削除株)について、様々な培地を用いて生育について調べた。

そこで本株からさらに削除可能な領域について遺伝子削除を試みている段階である。一連の操作で得られた各種染色体大規模削除株を宿主として、モデルタンパク質を用いた物質生産評価を実施した。モデルタンパク質として、緑色蛍光タンパク質(EGFP)は細胞内におけるタンパク質合成効率、一方、ヒト成長ホルモン(hGH)とヒトトランスフェリン(hTF)にはN末端にシグナル配列を付加し、タンパク質合成効率に加えて分泌効率も評価した。合成培地(EMM)におけるEGFPタンパク質合成効率は削除サイズを増やすごとに高くなり、最終的に660kb削除株は野生株の約1.7倍生産量が高まることがわかった。我々が取得した大規模遺伝子削除株に関する論文が国際誌Nucleic Acids Research(Impact factor 8.026)にアクセプトされた。分裂酵母のゲノム配列を詳細に解析して、大規模に遺伝子を削除可能な領域がさらに特定できたため、今後はこれらの領域と既に削除できている領域をあわせることで、さらに大規模な分裂酵母遺伝子削除株の作製が可能であると考えている。現在、分裂酵母のゲノム配列を詳細に解析して、いくつかの大規模に遺伝子を削除可能な領域が特定でき、既にいくつかの領域が実際に削除可能であることを実験的に証明している。第一及び第二染色体両端を削除した4箇所の領域を削除した大規模削除株の作製に少し時間がかかったが、最終的に取得することができた。そこで今後はこれらの領域と既に削除できている領域をあわせることで、さらに大規模な分裂酵母遺伝子削除株の作製が可能であると考えている。最近、共同研究者の久留米大学の佐藤博士が分裂酵母の第1と第2染色体を融合させた株の取得に成功した(Sato H et al. Curr. Biol. 22, 658-667, 2012)。本株は第1と第2染色体を融合させた時にテロメア近傍の領域が既に削除されている。そこでこの株を供与いただき、現在大規模遺伝子削除を試みている。この株から野生株と同様に遺伝子削除を行うことにより、さらに100kb以上の遺伝子が削除された株を創製することが可能になり、遺伝子削除がさらに進むことが期待できる。これまで作製した分裂酵母大規模遺伝子削除株は第1および第2染色体末端の遺伝子領域を削除した株である。これらの株は染色体上の位置だけを考慮しており、どのような遺伝子がその部分にあるかについては、必須遺伝子かどうかのみが考慮されている。そこで今後はどのような遺伝子を削除するのか検討を行い、いくつかの削除株シリーズの作製を試みたい。例えば転写因子をさらに削った株、出来るだけグルコースが無駄なく消費可能な株など、物質生産に特化した株についてさらに検討を行なっていきたいと考えている。今年度も本経費は主に遺伝子削除用のためのPCRプライマー合成と塩基配列決定のための試薬類に使用したいと考えている。次年度はさらに分裂酵母の遺伝子削除を行うために、プライマー合成および塩基配列確認のためのシーケンス用試薬の購入を多く行う予定である。この理由については、今年度分裂酵母第一および第二染色体末端4箇所の遺伝子を削除した大規模遺伝子削除株の作製を試みていたが、3箇所から4箇所の遺伝子削除株を作製する際に、破壊株を何度試みても取得することができず、時間がかかってしまった。
非肺静脈/上大静脈起源持続性心房細動に対する新たなup stream治療の構築

持続性心房細動(AF)の機序解明につながる薬物および非薬物療法の包括的治療戦略を確立することを目的に、以下の3つの項目に焦点を当て研究を行った。1.肺静脈(PV)/上大静脈(SVC)を標的としたカテーテルアブレーション不応性持続性AFの頻度および特徴を明確にする。2.心房基質の機能的・電気的特性の関連および非PV/SVC起源持続性AFの電気的心房基質特性を解明する。3.非PV/SVC起源持続性AFにおける薬物を用いた細胞内Ca過負荷制御による効果を確認する。当年度は、検討-1として持続性AFに対するアブレーション戦略としてPVおよびSVC段階的アブレーションストラテジーの結果について論文報告を行うとともに、さらに上記ストラテジーの問題点からPV隔離に初回からSVC隔離を加えた結果、初回アブレーションではSVC隔離の効果は表れないものの、再セッション後には特に持続性AFの再発抑制(持続性AF抑制率85%)にSVC隔離が寄与していることを報告した。再発予測因子はAF持続期間のみであった。検討-2としては持続性AFの心房基質特性を解明するために、左房の低電位領域の測定を行い、非発作性AFと発作性AFにおける低電位領域の分布、臨床背景との関係における結果に加え、当院におけるPVおよびSVCを標的としたアブレーションとの関連性を報告した。発作性AFでは初回セッション後では低電位領域は洞調律維持率に関与しているものの、再セッション後では影響しないこと、また非発作性AFでは低電位領域は成績に有意な影響を与えていなかった。検討-3として細胞内Ca過負荷を制御する可能性のあるβ遮断薬のPV/SVC標的アブレーションにおける効果を評価した。上記結果を日本不整脈心電学会・アジア太平洋不整脈学会・日本循環器学会の年次集会で発表した。3.非PV/SVC起源AFにおける薬物を用いた細胞内Ca過負荷制御による効果を確認する。当年度は、検討-1として持続性AFに対するアブレーション戦略としてPVを初回標的とし、再セッションでPVIが完成された状況下でのみSVCを段階的に標的とすることで非PV/SVC起源持続性AFの頻度および特徴を明確にした。PVI単独治療戦略による洞調律維持率は、42/70例60%であり、SVC隔離(SVCI)を加えることで48/70例69%であった。多変量解析による再発予測因子は、AF持続期間のみであり、そのカットオフ値はPVI単独では20ヶ月、SVCI追加で32ヶ月であった。したがって、持続期間3年を経過した持続性AFに対するPV/SVCを標的としたカテーテルアブレーションの限界が示唆された。検討-2としては持続性AFの機能的心房基質特性を解明するために、コントロール群の発作性AF20例で心腔内エコーを用いて評価した左心房の局所壁運動と心房電位波高との関連を評価した。左房全領域の低電位領域の比率と左房径や左房容積は正の相関がみられ、低電位領域と左房リモデリングの関連を認めたが、左房後壁では低電位領域比率は低いものの壁運動は小さく、左房壁運動は電位波高のみでなく、左房周囲構造物に影響を受けることが明らかとなった。上記結果を日本不整脈心電学会・日本心臓病学会・アジア太平洋不整脈学会の年次集会で発表した。本研究において、下記の3点を評価する必要がある。1.肺静脈(PV)/上大静脈(SVC)を標的としたカテーテルアブレーション不応性持続性心房細動(AF)の頻度および特徴2.心房基質の機能的・電気的特性の関連および非PV/SVC起源持続性AFにおける電気的心房基質特性を解明当年度においてPV/SVCを標的としたカテーテルアブレーション不応性持続性AFの頻度および特徴を明らかにし、また持続性AFの電気的および機能的心房基質特性を解明するためのコントロール群の評価を行い、すでに国内外の主要な学術集会で一般演題やシンポジウムにおいて発表しているため。当年度は、検討-1として昨年度に検討を行った持続性AFに対するアブレーション戦略としてPVを初回標的とし、再セッションでPVIが完成された状況下でのみSVCを段階的に標的とするPVおよびSVC段階的アブレーションストラテジーの結果および非PV/SVC起源持続性AFの頻度および特徴についてJournal of Cardiologyに論文報告を行った。検討

-2としては持続性AFの心房基質特性を解明するために、左房の低電位領域の測定を行い、非発作性AFでは発作性AFに比して左房全ての領域において低電位領域が多く認められ、前壁、後壁、中隔、天蓋部に低電位領域が多いこと、また低電位領域が存在する予測因子として年齢、女性、左房容量、非発作性AFがあげられることを報告した。左房低電位領域と心房機能、特に左心耳機能との相関を評価するために低電位領域と左心耳血流速度の関係を検討したところ、両者に有意な相関が認められることを報告した。検討-3として細胞内Ca過負荷を制御する可能性のあるβ遮断薬のPV/SVC標的アブレーションにおける効果を評価した。上記結果を日本不整脈心電学会・アジア太平洋不整脈学会・ヨーロッパ不整脈学会・ヨーロッパ心臓病学会・日本心臓病学会・日本循環器学会の年次集会で発表した。本研究において、下記の3点を評価する必要がある。1.肺静脈(PV)/上大静脈(SVC)を標的としたカテーテルアブレーション不応性持続性心房細動(AF)の頻度および特徴2.心房基質の機能的・電気的特性の関連および非PV/SVC起源持続性AFにおける電気的心房基質特性を解明当年度においてPV/SVCを標的としたカテーテルアブレーション不応性持続性AFの頻度および特徴を明らかにし、すでに論文として発表している。また持続性AFの電気的および機能的心房基質特性の関連を解明し、AF患者における左房低電位領域の特徴およびその意義について国内外の主要な学会で発表している。持続性心房細動(AF)の機序解明につながる薬物および非薬物療法の包括的治療戦略を確立することを目的に、以下の3つの項目に焦点を当て研究を行った。1.肺静脈(PV)/上大静脈(SVC)を標的としたカテーテルアブレーション不応性持続性AFの頻度および特徴を明確にする。2.心房基質の機能的・電気的特性の関連および非PV/SVC起源持続性AFの電気的心房基質特性を解明する。3.非PV/SVC起源持続性AFにおける薬物を用いた細胞内Ca過負荷制御による効果を確認する。当年度は、検討-1として持続性AFに対するアブレーション戦略としてPVおよびSVC段階的アブレーションストラテジーの結果について論文報告を行うとともに、さらに上記ストラテジーの問題点からPV隔離に初回からSVC隔離を加えた結果、初回アブレーションではSVC隔離の効果は表れないものの、再セッション後には特に持続性AFの再発抑制(持続性AF抑制率85%)にSVC隔離が寄与していることを報告した。再発予測因子はAF持続期間のみであった。検討-2としては持続性AFの心房基質特性を解明するために、左房の低電位領域の測定を行い、非発作性AFと発作性AFにおける低電位領域の分布、臨床背景との関係における結果に加え、当院におけるPVおよびSVCを標的としたアブレーションとの関連性を報告した。発作性AFでは初回セッション後では低電位領域は洞調律維持率に関与しているものの、再セッション後では影響しないこと、また非発作性AFでは低電位領域は成績に有意な影響を与えていなかった。上記結果を日本不整脈心電学会・アジア太平洋不整脈学会・日本循環器学会の年次集会で発表した。
カンキツ類における倍数性周縁キメラ植物体の発生起源の解明と育種的利用に関する研究

異質倍数性周縁キメラ植物体の育成するために、ニンポウキンカンの倍数体やβ-グルクロニダーセ(GUS)形質転換体を供試し、試験管内でのマイクロサージェリー法について検討した。まず、四倍体と二倍体のニンポウキンカン実生を供試して、マイクロサージェリー法により胚軸を加工して試験管内接ぎ木を行った。接ぎ木30日後に不定芽形成が確認され、特に、1mg/IBAPを添加した1/2MS培地で95%の最も高い形成率が確認された。しかしながら、それらのシュートの倍数性を調査した結果、キメラ性を確認することはできなかった。次に、四倍体と二倍体のニンポウキンカンの実生の成長点のみを供試し、同様の手法でそれぞれの芽をつなぎ合わせ、接ぎ木した部分からの不定芽分化に及ぼす植物成長調節物質の影響について検討し、そのシュートの倍数性を調査した。植物成長調節物質としてBAを0、1、2,5、10mg/lの濃度で添加したところ、80%100%の割合でシュートが観察された。特に、10mg/1区で高く、2ヶ月後の平均シュート数は4.3本であった。一方、カルス形成はほとんどの処理区で観察されたが、量的には濃度が高くなるほど多くなった。さらに、二倍体GUS形質転換と四倍体ニンポウキンカンの実生を供試して、同様の手法で試験管内接ぎ木を行った。X-Glucで染色することにより組織の癒合が確認されたが、そこからのシュート再生は別々に生じており、発生起源の証明は困難であった。以上のように、マイクロサージェリー法による倍数性周縁キメラ植物体の効率的な誘導法の確立を試みたが、試験管内でのカルスの癒合組織からの再生頻度が低く、キメラ植物体の獲得には至らなかった。周縁キメラによる育種は,カンキツ類の果実形質を改良する技術として注目されている.八幡ら(2004)はキンカンの珠心胚へのコルヒチン処理により倍数性周縁キメラ個体を作出したが,その頻度は低いものであった.そこで,平成17年度は,試験管内接ぎ木を応用したマイクロサージェリー法によるキメラ植物体の作出について検討し,接ぎ木組織からのカルスや不定芽分化過程について観察した.材料には,四倍体と二倍体のニンポウキンカン(Fortunella crassifolia Swingle)の実生の胚軸を供試した.マイクロサージェリー法により胚軸を加工し,試験管内で接ぎ木を行った.まず,接ぎ木組織からの不定芽分化に及ぼす植物成長調節物質の影響について検討した.得られた不定芽は,フローサイトメトリーにより倍数性の評価を行った.さらに,カルスや不定芽分化過程の組織学的観察を行った.マイクロサージェリー法により接ぎ木を行ったところ,約7日後からカルス形成が見られ,20日以降に両胚軸のカルス癒合が認められた.約30日後には不定芽の形成が観察された.不定芽分化に及ぼす植物成長調節物質の影響について調査したところ,1mg・liter^<-1> 6-benzylaminopurine(BAP)を添加した1/2濃度Murashige and Tucker培地で不定芽形成率が最も高かった(95%).得られた不定芽の倍数性評価を行った結果,二倍体と四倍体がそれぞれ54.5%と27.2%であり,キメラ植物体は獲得できなかった.

しかし,接ぎ木部分におけるカルスの倍数性を評価したところ,二倍体と四倍体のピークが観察された.このことから,今後,形成される不定芽の中にはキメラ個体が発生してくる可能性があるものと思われる.周縁キメラを利用したカンキツ育種は、親の優良な特性を組み合わせることが可能であり、近年非常に注目されている。しかしながら、その頻度は極めて低く、実用的な育種法とはいえない。そこで、我々は、昨年度、実生の胚軸組織をマイクロサージェリー法により試験管内接ぎ木を行い、シュートやカルス形成について検討したが、発生したシュートはキメラ化していなかった。本年度は、成長点どうしを試験管内で接ぎ木し、そのシュートやカルス形成について検討した。材料には、四倍体と二倍体のニンポウキンカンの実生の成長点を供試した。マイクロサージェリー法により成長点のみを縦断し、それぞれの芽をつなぎ合わせた。接ぎ木した部分からの不定芽分化に及ぼす植物成長調節物質の影響について検討した。さらに、一端発生したカルスまたはシュートを切断し、シュート再生について検討した。植物成長調節物質としてBAを0、1、2,5、10mg/lの濃度で添加したところ、80%100%の割合でシュートが観察された。特に、10mg/l区で高く、2ヶ月後の平均シュート数は4.3本であった。一方、カルス形成はほとんどの処理区で観察されたが、量的には濃度が高くなるほど多くなった。観察した限りでは、BA濃度を高くするとシュートが癒合することなく単独で二次的に分化する傾向が強く、低い濃度区の方が両方の成長点が癒合した形で発生するように観察された。次に、マイクロサージェリー法により接ぎ木2ヶ月後、癒合・シュートが再生したところで、一度切除し、新たなシュートを再生させる方法について検討した。切除1ヶ月後、新たなシュートが再生してきた。現在、同様に発生してきたシュートをカラタチ台に接ぎ木を行い、成長を促している。以上のように、本年度はキメラ化を促進するために、成長点のみを試験管内で接ぎ木を行う新たなマイクロサージェリー法について検討した。異質倍数性周縁キメラ植物体の育成するために、ニンポウキンカンの倍数体やβ-グルクロニダーゼ(GUS)形質転換体を供試し、試験管内でのマイクロサージェリー法について検討した。まず、四倍体と二倍体のニンポウキンカン実生を供試して、マイクロサージェリー法により胚軸を加工して試験管内接ぎ木を行った。接ぎ木30日後に不定芽形成が確認され、特に、1mg/1BAPを添加した1/2MS培地で95%の最も高い形成率が確認された。しかしながら、それらのシュートの倍数性を調査した結果、キメラ性を確認することはできなかった。次に、四倍体と二倍体のニンポウキンカンの実生の成長点のみを供試し、同様の手法でそれぞれの芽をつなぎ合わせ、接ぎ木した部分からの不定芽分化に及ぼす植物成長調節物質の影響について検討し、そのシュートの倍数性を調査した。植物成長調節物質としてBAを0、1、2,5、10mg/1の濃度で添加したところ、80%100%の割合でシュートが観察された。特に、10mg/1区で高く、2ヶ月後の平均シュート数は4.3本であった。さらに、二倍体GUS形質転換体と四倍体ニンポウキンカンの実生を供試して、同様の手法で試験管内接ぎ木を行った。X-Glucで染色することにより組織の癒合が確認されたが、そこからのシュート再生は別々に生じており、発生起源の証明は困難であった。以上のように、マイクロサージェリー法による倍数性周縁キメラ植物体の効率的な誘導法の確立を試みたが、試験管内でのカルスの癒合組織からの再生頻度が低く、キメラ植物体の獲得には至らなかった。
プラナリアの生殖様式は共生細菌によって制御される：有性排除の仕組みの解明

本研究は、共生細菌が扁形動物プラナリアの生殖様式転換(無性生殖から有性生殖への切り替え「有性化」)を制御しているという斬新な概念を提案するものである。先行研究により、プラナリアの無性化に働く共生細菌が存在し、その働きによる有性化抑制の仕組みが存在していることが予想できた。2018年度は、16S rRNA配列に注目したメタゲノム解析によってプラナリアの無性化に働く共生細菌を探索し候補細菌を絞り込む一方で、候補細菌の培養系を確立し、その16S rRNA配列を決定して、メタゲノム解析で絞られた候補細菌の配列と一致するかを確かめることで、無性化共生細菌を同定することを目指した。その結果、16S rRNA配列の比較による細菌叢解析により、同種プラナリアであっても無性個体と有性個体に共生している細菌叢が有意に異なることを明らかにした。さらに、無性個体に有意に存在しているグラム陰性菌を3種絞り込んだ。当初の計画では、これらの候補細菌が目的の無性化共生細菌であるかを検証するために、培養系を確立する予定であったが、核酸ペプチド(PNA)を用いた細菌のノックダウン法が存在していることに気がついて、証明方法としてこの手法を行うことにした。このノックダウンの結果、細菌数が減少し、かつ有性化が起きた場合に候補細菌を無性化共生細菌と理論的に判定できる。その結果、3種の候補細菌のうち、1種が無性化共生細菌であると同定できた。2018年度の目標である無性化共生細菌を同定できたので、(2)おおむね順調に進展している、と判断した。2019年度は、無性化共生細菌が合成していると予想される無性化因子を単離・同定することを目指す。そのためには、まずは無性化共生細菌の培養系を確立しなければならない。無性化共生細菌は、プラナリア無性個体に7ー8割存在しているグラム陰性菌であることが16S rRNA配列情報からわかっている。そこで、まずは無性個体をホモジナイザーで懸濁した組織液に存在するグラム陰性菌だけが生き残れるように抗生物質を添加した寒天培地で培養する。無性化共生細菌が難培養性であることも考えられるので、市販の栄養培地や無性個体の抽出物などを添加することで培養方法を検討し、液体培地での培養と組み合わせて無性化共生細菌の培養系を確立する。培養系の確立後は、大量培養した無性化共生細菌抽出物をHPLCで分画して、プラナリアの無性化に働く活性をもつ化合物(無性化因子)を分離していく。2018年度に予定していた学会発表の準備が間に合わなかったので、2018年度に予算立てしていた旅費は2019年度に使用する。

2018年度に予定していたメタゲノム解析の一部が間に合わなかったので、それに伴い、それに必要な消耗品(物品費)と外部委託費を2019年度に繰り越すこととなった。
MAN-ROBOT農業協働のためのビッグデータ学習可能な人工知能の開発

衛星測位システムを利用せず,作業者が携行可能で,ロボット車両にも取り付け可能なステレオカメラを用いた自己位置計測システムおよび環境地図作成システムを開発した.地図に記載される情報は,作業者や車両の移動軌跡,農道と圃場や溝との境界線,梅畑に限定されるが,カメラが観察した樹木の位置である.移動軌跡は,Visual-SLAM法を用いて計測され,農道の境界線ならびに梅樹木の位置は,深層学習アルゴリズムで得られた画像座標とステレオカメラで得られた深度情報を統合することによって検出された.一方,LiDARセンサを用いたSLAMシステムも構築し,Visual-SLAMシステムとの比較実験を行った.実験は,全長500 mの農道,耕耘直後の圃場に設けた全長100 mの直進路,エンドウ豆栽培圃場の全長50 mの畝間通路,茶畑の全長40 mの通路,収穫直後の梅畑に設けた歩行ルートを用いて行った.各現場に対してVisual-SLAMシステムのパラメータの最適化を行った結果,移動軌跡の計測ならびに環境地図の作成が安定して行われた.特に,衛星測位システムが利用できない山間部の梅畑において,作業者の歩行軌跡が安定して計測できる有効な結果が得られた.計測精度は,衛星測位システムに劣るものの,衛星測位システムが安定して利用できない中山間地域で位置情報を獲得できる本システムの有用性が示された.一方,LiDARを用いたSLAMシステムでは,一般的な圃場であっても,センサの周囲に物体がほとんどない場合,正しい移動軌跡を得ることができない結果が得られた.次年度に向けた開発として,農作業で頻繁に活用される採集コンテナに注目し,現場に置かれたコンテナの個数およびコンテナの積み方を,深層学習を用いて認識するシステムを開発した.今後,コンテナの情報を地図に記載できるように開発する.遅れている点は,ロボット車両を自動走行させるためのハードウェア開発の点である.本研究の目的は,農業ロボット用の人工知能を開発することであり,ソフトウェアの開発が最も重要である.しかしながら,開発した人工知能を搭載したロボット車両を自動走行することができれば,農作業現場でロボットが活躍する実用例を示すことができ,農業分野におけるロボット開発を加速させるためにも重要である.人工知能の開発については,概ね順調に進んでおり,次年度以降も人工知能を中心に開発を継続することによって,ロボット車両の開発に興味を示す外部協力者も現れる可能性もある.まだ手動ではあるが,モデル車両に開発したセンサを搭載して実験を実施しており,次年度には,一部の走行機能を自動化する試みを行う予定である.以上のことから,進捗状況の判定は「やや遅れている」とした.研究最終年度であるため,研究目的としている人工知能の開発を継続して実施するとともに,ロボット車両の開発も行う.衛星測位システムが電波を受信しづらい中山間地域においても,安全に自動走行ができ,車両周囲の状況を認識しながら作業支援ができる農業用ロボット車両の開発を行った.ベース車両には,圃場内を走行可能な小型履帯車両(Yanmar MC95A,A)を採用し,視覚センサとして,前方と左右の3方向を観察可能な3眼カメラと,深度情報を取得可能なステレオカメラの2種類のカメラシステムを搭載した.精度検証用に,位置や方位を計測可能な衛星測位システム,加速度・角速度センサを搭載した.カメラから得られた画像情報を処理する画像認識システムの開発では,車両の自己位置認識システム,車両前方の障害物検出システム,車両周囲の物体認識システムの3つのシステムを開発した.自己位置認識システムの開発では,ロボット車両が走行する農道シーンの学習と認識に,機械学習アルゴリズムの一つであるRandom Forestsが有用であることを実験により示した.さらに,あらかじめ取得したランドマーク画像を用いて,車両の自己位置と姿勢を同時に求められることも実験により示した.車両前方の障害物検出システムの開発では,ステレオカメラを使って取得した深度情報を元に,農道に沿って存在する物体や溝,および段差を障害物として検出できること,また,障害物が車両に近づいた際に,危険を検知するシステムが有効に機能することを確認した.車両周囲の物体認識システムの開発では,深層学習を用いて,カメラが捉えた人,トラック,コンテナ,農業機械,といった物体が頑健に認識できることを示した.さらに,人の姿勢やコンテナの内容物の有無を同時に認識するためのシステムを開発することによって,ロボットが物体を認識するだけではなく,作業の流れを理解した.ロボット車両を自動走行させるために必要なソフトウェア側の開発は,順調に進んでいる.ハードウェア側の開発については,履帯車両の操舵を行う左右ブレーキペダルの制御機構の開発が進行中である.車両に搭載した2種類のカメラシステムは,多数のカメラを同時に制御するため,それぞれ異なるパソコンに接続され,処理結果は,ネットワーク回線を使って共有されるシステムを開発している.ハードウェア側の開発は,ソフトウェアよりも少し遅れている状況にあるが,農業用車両の操舵制御は,自動車よりも単純であるため,ブレーキペダル制御機構の開発が完了すれば,簡単な自律走行試験に移ることができる.衛星測位システムを利用せず,作業者が携行可能で,ロボット車両にも取り付け可能なステレオカメラを用いた自己位置計測システムおよび環境地図作成システムを開発した.地図に記載される情報は,作業者や車両の移動軌跡,農道と圃場や溝との境界線,梅畑に限定されるが,カメラが観察した樹木の位置である.移動軌跡は,Visual-SLAM法を用いて計測され,農道の境界線ならびに梅樹木の位置は,深層学習アルゴリズムで得られた画像座標とステレオカメラで得られた深度情報を統合することによって検出された.

一方,LiDARセンサを用いたSLAMシステムも構築し,Visual-SLAMシステムとの比較実験を行った.実験は,全長500 mの農道,耕耘直後の圃場に設けた全長100 mの直進路,エンドウ豆栽培圃場の全長50 mの畝間通路,茶畑の全長40 mの通路,収穫直後の梅畑に設けた歩行ルートを用いて行った.各現場に対してVisual-SLAMシステムのパラメータの最適化を行った結果,移動軌跡の計測ならびに環境地図の作成が安定して行われた.特に,衛星測位システムが利用できない山間部の梅畑において,作業者の歩行軌跡が安定して計測できる有効な結果が得られた.計測精度は,衛星測位システムに劣るものの,衛星測位システムが安定して利用できない中山間地域で位置情報を獲得できる本システムの有用性が示された.一方,LiDARを用いたSLAMシステムでは,一般的な圃場であっても,センサの周囲に物体がほとんどない場合,正しい移動軌跡を得ることができない結果が得られた.次年度に向けた開発として,農作業で頻繁に活用される採集コンテナに注目し,現場に置かれたコンテナの個数およびコンテナの積み方を,深層学習を用いて認識するシステムを開発した.今後,コンテナの情報を地図に記載できるように開発する.遅れている点は,ロボット車両を自動走行させるためのハードウェア開発の点である.本研究の目的は,農業ロボット用の人工知能を開発することであり,ソフトウェアの開発が最も重要である.しかしながら,開発した人工知能を搭載したロボット車両を自動走行することができれば,農作業現場でロボットが活躍する実用例を示すことができ,農業分野におけるロボット開発を加速させるためにも重要である.人工知能の開発については,概ね順調に進んでおり,次年度以降も人工知能を中心に開発を継続することによって,ロボット車両の開発に興味を示す外部協力者も現れる可能性もある.まだ手動ではあるが,モデル車両に開発したセンサを搭載して実験を実施しており,次年度には,一部の走行機能を自動化する試みを行う予定である.以上のことから,進捗状況の判定は「やや遅れている」とした.ロボット車両を自動走行をさせるためには,ソフトウェア側の開発が非常に重要であり,今後も,より時間を掛けて取り組んでいく必要がある.特に,走行中に障害物が出現した場合など,安全に走行を行うための環境認識システムの開発は最も重要である.開発中のロボット車両は,毎秒1 m未満の低速で進む車両ではあるが,ロボットと人が,同じ圃場空間で一緒に作業を行い,溝や段差が多く存在する農道において安全な走行を実現するシステムの開発は必要不可欠である.車両周囲の安全を実現するために,今後,安価のLRF(Laser range finder)をはじめ,カメラ以外のセンサを搭載して,二重三重の安全対策を行う.車両が障害物を検知しすぎた結果,車両が走行不能に陥る安全対策の副作用にも対応した農作業現場特有のロボット車両を開発する必要がある.
新たなヒト生体免疫モデル動物を用いたインフルエンザワクチン開発

重度の免疫不全マウスにヒト造血幹細胞(HSC)およびヒトサイトカイン遺伝子を組み込んだヒト間葉系幹細胞(MSC)を移入することで、ヒト生体に近い免疫環境を再構築し、ヒト用ペプチドワクチンの臨床試験代替系として確立することを目的に実施した。まずヒトcDNAから造血系サイトカインであるSCF,FL遺伝子および骨髄系細胞や樹状細胞の分化に必要なIL-3,IL-4,GM-CSF遺伝子をクローニングした。そして、レシピエントマウス骨髄内にヒト造血微小環境を構築するため、クローニングしたヒトサイトカイン遺伝子をレンチウイルスベクターに組み込み、MSCへ遺伝子導入した。導入後、ヒトサイトカインの発現をELISAにより確認した。生後48時間以内の新生仔NOD/SCID/γcnu11(NSG)miceにガンマー線(1グレイ)を照射後、ヒト臍帯血からautoMACSを用いて純化したヒトCD34+HSCとヒトサイトカイン遺伝子を導入したMSCを静脈内投与した。移入後10週目に採血しヒト免疫細胞の分化マーカー(CD4, CD8, CD11c, CDI4, CD19,CD45)をフローサイトメーターで解析し、キメリズム(ヒト細胞への置換の割合)を確認した。その結果、ヒトサイトカイン遺伝子導入MSC投与群は、HSCのみの投与群と比べてヒト免疫細胞のキメリズムに違いは見られなかった。そこでMSCを移植したマウスを調べた結果、MSCの生着が確認できず、このためキメリズムが変わらなかったと考えられる。今後もMSCの移植実験を継続して生着率を向上させる方法を模索し、かつヒトT,B細胞が十分に機能するヒト化マウスの開発を行っていく。
質量顕微鏡データによる脳内環境の解読に向けた数理基盤の構築

2018年度では、これまでに行なった解析結果をまとめて国際会議(北米神経科学会年会)でポスター発表を行なった。具体的には、まず、野生型マウスおよび遺伝子改変を行なったノックアウトマウスから採取した4つの脳標本スライスに対して質量顕微鏡イメージングによって質量スペクトルを得た。次に、一標本あたり1.5万枚となる質量スペクトル画像列に対して、適当な前処理(スペクトル強度が低すぎるものをカットする等)を施して数千枚程度まで減らした上で、代表的な線形的な多変量解析手法である主成分分析とISOMAPや局所線形埋め込み(LLE)、t-分布確率近傍埋め込み(t-SNE)などの非線形の低次元可視化手法である多様体学習を対象である質量スペクトル画像列に適用した結果を比較した。t-分布確率近傍埋め込みにおいて画像間の距離をコサイン距離にとった場合、主成分分析の結果に比べて物質特性の違いを反映してより詳細なクラスタ構造を得ることができた。しかし、この方法では野生型とノックアウト型の間で分布構造に明確な違いは現れなかった。以上の結果を発表した。また、昨年度から行なってきた正準相関分析を一般化した方法(「WT同士あるいはKO同士は相関を高く、WTとKOの間の相関は低く」という付加情報を重み係数に反映させた手法)によって野生型とノックアウト型を直接比較する方法を引き続き試みたが、昨年度と同様明確な差を抽出することはできなかった。2018年度でこれまでの結果をいちおう整理することができたものの(質量スペクトル画像列を低次元空間で可視化する方法)、本科研費課題の主テーマである野生型とノックアウト型マウスの質量スペクトル画像列を直接比較することで神経変性疾患に関わる物質を抽出するという目的を果たせない現状である。また、昨年度は研究分担者の所属機関の異動(浜松医科大学から関西学院大学へ)があったため実験サンプル数を増やすことができなかった。多様体学習によって得られた、低次元空間での質量スペクトルの分布構造について、各クラスタが脳のどのような構造に起因するか明らかにする。これまでの結果から、主要な3つのクラスタは灰白質・白質・マトリクスに起因するするものと思われる。研究分担者が中心となって生化学的に何の物質であるが同定し、低次元空間上で各クラスタが何の物質構造を反映しているのか明らかにする。以上の結果をまとめて論文化する。初年度では、まず、野生(WT)型とノックアウト(KO)型について各一個体につき2検体ずつ脳切片試料を準備し、その質量顕微鏡イメージングデータを取得した。基本的な統計的性質を調べ、空間平均したスペクトルデータに関してはWT型、KO型双方に大きな違いは見られないことを確認した。また、その確率分布を見るとー1乗のベキに従うといういわゆるジップ則が見られることが分かった。これらを確認した上で以下の解析を行った。・主成分分析および多様体学習スペクトルデータが強い非ガウス性を持つため、事前にデータを平行移動+対数変換した上で主成分分析(PCA)を行った。その結果、第1軸によって大脳前頭部、第2軸によって白質、第3軸によって脳切片外の脳内物質とは関係のないマトリクス由来の物質が分類できることが分かった。さらに、非線形構造を見るためにisomapなどの多様体学習(カーネルPCAと見なせる)を適用した。その結果、通常のPCAでは見られない微細な構造が確認された。・正準相関分析およびその拡張正準相関分析(CCA)では相手となる多変量データが変わると変換も変化する。そこで、全てのデータをまとめて相関係数の重みつき和を最適化する一般化CCAを用いることを考え、さらに「WT同士あるいはKO同士は相関を高く、WTとKOの間の相関は低く」という付加情報(ラベル)を一般化CCAの重み係数に反映させた拡張手法を提案した。その結果、生物・医学的解釈はできていないものの、WTとKOで傾向の異なる物質の候補を探索することができた。一般化CCAを拡張することにより、切片試料に付随するラベル情報(WTやKO型)を反映させた方法を提案できたことは大きな進展であった、しかし、現在解析に用いているサンプルが4検体のみで、提案手法の有効性を確認するためには適用事例を増やす必要がある。また、質量スペクトルが持つ本質的な非ガウス性や脳の形態的特徴など対象独自の性質に合わせた手法の提案に至ってない。代表者は学会発表などを未だ行っていないので次年度では積極的に活動したいと考えている。今年度では、解析対象となるマウスの個体数及びそこから脳雪片として採取する検体数を増やし(野生型・ノックアウト型双方とも)、その質量顕微鏡イメージングデータを取得した。そして、昨年度と同様に、まず、空間平均したスペクトル強度分布や主成分分析(PCA)など解析を行い、基本的な統計データを取得した。その結果、ある一定以上のスペクトル強度を持つ物質は前年度解析した結果とおおよそ一致し、実験条件や環境の違いに依らず安定したデータが採取できることを確認した。また、ISOMAPやt-SNEなどの多様体学習(高次元の多様体上に分布するデータを低次元空間に可視化する手法群、カーネルPCAの一般化と捉えられる)を適用し、2次元平面で、物質分布が大きく分けて大脳部分、白質、イメージングデータ採取の際に塗布するマトリクス(脳内物質とは関係のない物質)の3つに大きく分類されることが確認された。これも前年度解析した検体と同様の結果であった。

また、その大分類の下にも微細なクラスタ構造が得られたが、これも基本的には前年度解析したものと類似した結果であるなど、信頼できるサンプル数を増やすことができた。さらに、WT型とKO型を同時に比較するために、一般化CCAを拡張した手法(「WT同士あるいはKO同士は相関を高く、WTとKOの間の相関は低く」という付加情報を重み係数に反映させた手法)を適用した。昨年度ど同様何らかの違いを反映する物質の候補を見つけることはできたものの、以前としてその生物学的解釈は出来ておらず、さらにサンプル数を増やす必要がある。本研究の目的は、通常のマウスと遺伝子ノックアウトにしたマウスの違いを脳内物質環境の違いから明らかにすることであるが、一般化CCAなどで差を見つけることはできるものの、それが個体差に依るものなのか判然とできていない。今年度サンプル数を増やすことはできたが、系統的な違いを検証するにはまだ不十分な状況である。スパースモデリングのアプローチも取り入れるなど手法面の改善も必要である。2018年度では、これまでに行なった解析結果をまとめて国際会議(北米神経科学会年会)でポスター発表を行なった。具体的には、まず、野生型マウスおよび遺伝子改変を行なったノックアウトマウスから採取した4つの脳標本スライスに対して質量顕微鏡イメージングによって質量スペクトルを得た。次に、一標本あたり1.5万枚となる質量スペクトル画像列に対して、適当な前処理(スペクトル強度が低すぎるものをカットする等)を施して数千枚程度まで減らした上で、代表的な線形的な多変量解析手法である主成分分析とISOMAPや局所線形埋め込み(LLE)、t-分布確率近傍埋め込み(t-SNE)などの非線形の低次元可視化手法である多様体学習を対象である質量スペクトル画像列に適用した結果を比較した。t-分布確率近傍埋め込みにおいて画像間の距離をコサイン距離にとった場合、主成分分析の結果に比べて物質特性の違いを反映してより詳細なクラスタ構造を得ることができた。しかし、この方法では野生型とノックアウト型の間で分布構造に明確な違いは現れなかった。以上の結果を発表した。また、昨年度から行なってきた正準相関分析を一般化した方法(「WT同士あるいはKO同士は相関を高く、WTとKOの間の相関は低く」という付加情報を重み係数に反映させた手法)によって野生型とノックアウト型を直接比較する方法を引き続き試みたが、昨年度と同様明確な差を抽出することはできなかった。2018年度でこれまでの結果をいちおう整理することができたものの(質量スペクトル画像列を低次元空間で可視化する方法)、本科研費課題の主テーマである野生型とノックアウト型マウスの質量スペクトル画像列を直接比較することで神経変性疾患に関わる物質を抽出するという目的を果たせない現状である。また、昨年度は研究分担者の所属機関の異動(浜松医科大学から関西学院大学へ)があったため実験サンプル数を増やすことができなかった。手法面については、現在までに作成したプログラムでは大規模データに対処しきれていないため、その改良を行う。その上で非ガウス性を考慮した手法の修正を行う。具体的にはBox-Cox変換などの元データをガウス分布に近づける事前処理、あるいはカーネル法の適用を想定している。
照射分子欠陥を導入した強相関系有機導体におけるキャリア数制御とモット臨界性

エックス線照射により分子欠陥を導入制御した分子ダイマーモット絶縁体において,バンド幅制御により発現する金属-モット絶縁体転移近傍における強相関電子に対する乱れの影響を明らかにした.乱れによる電子局在絶縁体化であるアンダーソン局在状態と電子相関によるモット絶縁体状態が拮抗した状態では,弱相関金属側,強相関絶縁体側の両方からモット転移点により近づくほど少ない乱れでアンダーソン局在化することを見出した.本研究の目的は,強相関物質のひとつであるκ型BEDT-TTF系有機モット絶縁体に対して,これまで困難であったモット転移のキャリア数制御を,エックス線照射による分子欠陥生成よって行うことである.バンド幅制御型モット絶縁体に対してキャリア数制御手法を確立することにより,多変数(バンド幅,キャリア数,不均一)空間でのモット転移の臨界性と秩序相(超伝導,反強磁性)の競合変化を明らかにすることができる.実験可能な変数を新たに導入することで,有機系モット絶縁体を舞台にした新超伝導体の創製を含むモット系物性開拓への新展開を図る.さらに有機物質で発現する多彩な強相関電子状態の不純物効果,たとえば,電子相分離形成の実空間変調,3角格子フラストレーション系でのスピン液体の凍結,電荷秩序の融解などの未開拓な現象を発現,操作することを目指すエックス線照射により分子欠陥を導入制御した分子ダイマーモット絶縁体において,バンド幅制御により発現する金属-モット絶縁体転移近傍における強相関電子に対する乱れの影響を明らかにした.乱れによる電子局在絶縁体化であるアンダーソン局在状態と電子相関によるモット絶縁体状態が拮抗した状態では,弱相関金属側,強相関絶縁体側の両方からモット転移点により近づくほど少ない乱れでアンダーソン局在化することを見出した.本年度は,エックス線照射による分子性導体に対するキャリアドープ効果を調査するために以下の項目について研究を推進しそれぞれのような成果があった.1)反強磁性モット絶縁体分子性導体にエックス線を照射し,その赤外スペクトルを測定した.その結果,低エネルギー領域で,モット絶縁状態を特徴つける光学ギャップが抑制されドルーデ的な状態が現れることを確かめた.これはエックス線照射により直流電気抵抗が減少することに対応している.このことはモット絶縁状態にキャリアがドープされ金属化したことをあらわしている.2)超伝導を示す分子性導体にエックス線を照射すると高温度域では1)のモット絶縁体物質と同様に抵抗が減少するが,低温では,超伝導転移温度は低下し,残留抵抗が上昇する.さらに照射すると絶縁体的挙動が現れる.これはキャリアドープに伴う乱れの増加によりアンダーソン局在による絶縁状態が現れた結果と考えられる.3)エックス線照射による命子欠陥生成部位を赤外振動分光により探索した.分子性導体の赤外分光スペクトルに特徴的に現れる分子振動のエックス線照射依存性を調べることで,損傷部位を決定できる.エックス線照射による振動モードはドナー分子ではなく,アニオン分子中の-CN振動に関するものが大きく影響を受けていることがわかった.このことは,アニオン分子の分子内結合が変化し価数が変調されることでドナー分子との電荷移動量が局所的に変化している可能性がある.エックス線照射によるキャリアドープはこのような局所的電荷移動の変調に起因していると考えられる.4)詳細なエックス線照射効果また照射による絶縁体物質の加工を試みるための照射専用エックス線照射装置を設計し,本研究費による21年度導入の準備を行った.本年度は,物品費で新たに導入した本研究の主要装置であるエックス線照射装置と照射中電気抵抗測定装置の立ち上げを行い,これを完了した.本装置を用いることによって有機伝導体試料へのエックス線照射実験を効率的に行えるようになった.本装置によって系統的にエックス線照射を行った有機超伝導体κ-(BEDT-TTF)_2Cu[N(CN)_2]Brの電気抵抗の温度依存性を測定した結果,照射分子欠陥による電子散乱の増加に伴う超伝導-局在絶縁体転移を見出した.この転移では低照射量では超伝導転移温度が低下し残留抵抗が増加するが,あるしきい照射量でほぼ温度に依存しない抵抗の温度依存性が観測された後に,高照射量領域では絶縁体的温度依存性を示すようになる.このしきい照射量における温度に依存しない電気抵抗率の大きさは,ほぼ2次元最小金属伝導度の値と一致する.高照射量の絶縁体状態において,高温度域ではアレニウス側に従う抵抗の温度依存性がみられるが低温になると局在絶縁体に特徴的なべき指数を有する温度依存性に変化することがわかった.また中間温度域では最近理論的に示唆されている電子相関と短距離クーロン力が働いたソフトギャップ状態が形成され,低温になるにつれてクーロン力が長距離的になっていく様子が実験的にはじめて観測された.また圧力印加によるバンド幅制御を行った結果,局在絶縁体から金属状態への転移が観測された.この結果は乱れによる電子局在に電子相関効果が働いていることを実験的に明らかにしたものである.本研究の目的は,強相関電子系物質のひとつであるκ型BEDT-TTF系有機モット絶縁体に対して,これまで困難であったモット転移のキャリア数制御を,申請者らが見出したエックス線照射手法によって行うことである.本年度は,エックス線照射によるモット転移への影響が当初の提案で考えていたキャリア数の効果であるのか,あるいは乱れそのものが強相関電子系に効果的に影響を与えているのかを確かめることを主眼にして実験研究を行った.(1)照射による分子欠陥の定量,定性評価照射により導入される分子欠陥の定量,定性的評価を行なうために分子科学研究所中村准教授と共同で照射試料のESR実験を行い,照射欠陥の量,生成部位などに関する知見を得ることが出来た.

またESRの結果との比較のために静磁化測定,赤外分子振動測定(研究分担者)を行い,照射欠陥がアニオン層に選択的に出来ることを明らかにした(2)強相関金属側における乱れ効果の検証強相関金属,超伝導体であるκ-(BEDT-TTF)_2Cu[N(CN)_2]Brに対して照射による分子欠陥,乱れを導入した結果,超伝導の抑制とともに,乱れ誘起の電子局在が現れた.これはアンダーソン的な局在であり,モット絶縁体とは異なるものである.この局在絶縁状態に圧力を印加し,バンド幅を広げ電子相間を弱めると再び金属状態が復活した.この実験結果と昨年までのモット絶縁体側への乱れ効果の双方を考慮すると,乱れによる電子局在は電子相間により増強されることを示すことができた.このような結果を踏まえてバンド幅とキャリア数に加えて乱れの程度をパラメータに加えた電子相図を提案した.本研究の目的は,強相関電子系物質であるκ型BEDT-TTF分子系有機モット絶縁体に対して,モット転移に対する乱れの効果の検証をエックス線照射による分子欠陥の導入制御によって行うことである.バンド幅制御型モット絶縁体に対して乱れ制御手法を確立することにより,多変数(バンド幅,キャリア数,乱れ)空間でのモット転移の臨界性と秩序相(超伝導,反強磁性)の競合変化を明らかにする.平成23年度の研究成果として1)モット転移近傍における乱れ効果に対する電子相図の構築.2)エックス線照射により結晶内に導入された分子欠陥の定性,定量的な評価があげられる.1)乱れをパラメーターとして含む電子相図の構築前年度までに行ったモット絶縁体とモット転移近傍の超伝導体κ-(BEDT-TTF)_2Cu[N(CN)_2]Y(Y=Cl,Br)に対する分子欠陥導入による電子状態の変化を統一的な電子相図として提示した.この相図からモット転移点に接近するにしたがって乱れによる電子局在が増強されることを明らかにした.2)エックス線照射により導入された分子欠陥の定性,定量的な特性の評価バンド幅が広く常圧で超伝導を示す有機超伝導体κ-(BEDT-TTF)_2Cu(NCS)_2にエックス線照射で導入した分子欠陥が電子状態に及ぼす影響の定量評価をドハースファンアルフェン効果測定によって行った.照射時間に対して散乱時間は大きく変化するが有効質量,フェルミ面サイズは変化しないため生成した分子欠陥は,電子状態を大きく変えることなくキャリアに対する散乱担体としてのみ働いていることを明らかにした.また超伝導に対する不純物効果として分子欠陥を増やすと転移温度を大きく抑制し,同時に欠陥は磁気的性質を持たないことを示すことでこの有機超伝導体の超伝導が非通常型d波であることを確かめた.