hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マウスにおける母仔遺伝的コンフリクト回避機構の解明

母児免疫寛容は免疫学者にとって大きな謎であり、古くから議論や研究の対象とされてきたが、その原理は依然未解明である。また、ヒトにおいても、流産や不育症の原因として免疫系の関与が疑われているが、その詳細は不明である。通常、異なる系統のマウスを交配しても胎仔が拒絶されることは無いが、DBA/2系統のオスとCBA系統のメスを交配した際には約30%の胎仔が拒絶される。しかし、主要組織適合性抗原が関与しないこと以外は、その遺伝要因は全く不明である。本研究では、母仔免疫寛容における免疫抑制受容体PD-1とLAG-3の機能を解析するとともに、両分子の機能を阻害することにより、高頻度に胎仔拒絶を起こすモデルを作製することを目的とする。また、作製したモデルを用いて連鎖解析を行い、ごく限られた系統間においてのみ認められる母仔間の遺伝的コンフクリトの原因を解明することを目的とする。上述の(DBA/2♂x CBA♀)F1の系において、抗PD-1抗体、抗LAG-3抗体を単独あるいは同時に投与したが、拒絶の頻度に大きな影響は観察されなかった。そこで、これまでに報告の無い系統を用いて検討したところ、自己免疫感受性系統であるNZB系統のメスにBALB/c系統のオスを交配し、抗PD-1抗体と抗LAG-3抗体を同時に投与した際に、最も高率(約35%)に胎仔拒絶が確認された。他の組み合わせにおいては、概ね15%以下の頻度であり、PD-1およびLAG-3の機能阻害による影響もほとんど認められなかった。胎仔拒絶の遺伝要因を連鎖解析にて解析するには、35%の胎仔拒絶率では依然低いため、免疫賦活剤の投与により、胎仔拒絶率の上昇を試みた。LPS、polyI:C、CpG DNAを検討したところ、全て胎仔拒絶率を上昇させたが、LPSとpolyI:Cでは系統による差が減少していた。CpG DNAについては、系統特異性は保持されていたが、個体差が大きく、連鎖解析を行うには不適と判断した。25年度が最終年度であるため、記入しない。また、ヒトにおいても、流産や不育症の原因として免疫の関与が疑われているが、その詳細は不明である。通常、異なる系統のマウスを交配しても胎仔が拒絶されることは無いが、DBA/2系統のオスとCBA系統のメスを交配した際には約30%の胎仔が拒絶されることが知られている。本研究では、母仔免疫寛容における免疫抑制受容体PD-1とLAG-3の機能を解析するとともに、両遺伝子の欠損マウスを利用して、より高頻度に胎仔拒絶を起こすモデルを作製することを目的とする。また、作製したモデルを用いて連鎖解析を行い、母仔免疫拒絶に連鎖を示す染色体領域を同定することにより、ごく限られた系統間においてのみ認められる母仔間の遺伝的コンフクリトにかかわる遺伝要因を解明することを目的とする。約30%の胎仔に拒絶が確認される(DBA/2♂x CBA♀)F1の系において、抗PD-1抗体、抗LAG-3抗体を単独あるいは同時に投与したが、拒絶の頻度に大きな影響は観察されなかった。

抗体投与では、投与のタイミングにより効果が発揮されなかった可能性が考えられるため、今後は戻し交配により作製を試みているCBA-PD-1欠損マウス、CBA-LAG-3欠損マウス及びCBA-PD-1・LAG-3二重欠損マウスのメスにDBA/2マウスのオスを交配して拒絶の頻度及び時期を評価する予定である。また、抗体無投与群における胎仔拒絶の割合が、これまでの報告に比べて低かった。マウスの微生物環境により胎仔拒絶の割合が変化するという報告があるため、その可能性が考えられる。(DBA/2♂x CBA♀)F1マウスの母仔免疫拒絶における抗PD-1抗体の影響については、これまでに相反する結果が報告されていたが、これまでに使用されている量とタイミングでは、ほぼ影響が無いという結果が得られた。マウスの飼育環境や試薬の夾雑物により、その効果が影響を受けていた可能性が示唆され、今後の方針決定に役立った。マウスの1世代は23ヶ月であり、戻し交配には時間を要するが、順調に世代を進めることができた。戻し交配により作製を試みているCBA-PD-1欠損マウス、CBA-LAG-3欠損マウス及びCBA-PD-1・LAG-3二重欠損マウスのメスにDBA/2マウスのオスを交配して拒絶の頻度及び時期を評価する。また、TLRリガンド投与等により、特定の感染免疫応答を人為的に誘導し、微生物環境が胎仔拒絶に与える影響を検討する。系統特異性を有したまま高頻度に胎仔を拒絶するモデルが作製できれば、連鎖解析を行い、母仔免疫拒絶に関与する遺伝子座を同定する。25年度が最終年度であるため、記入しない。
HS_2ラジカルのA←X電子遷移の近赤外ダイオードレーザー分光

チオサルフェノラジカル(HS_2)の1.31.5μmの波長領域に存在するA^2A′←X^2A′′遷移の高分解能スペクトルを、近赤外ダイオードレーザー分光法により観測し、その解析から各電子状態、特に分光学的な情報の少ないA^2A′状態の精密な分子定数を決定し、分子構造に関する詳細な情報を得ることを目的として、幾つかの実験を行った。しかしながら、現在までのところチオサルフェノラジカルのものと思われるスペクトルの帰属には成功していない。チオサルフェノラジカルの生成には、硫化水素ガスを不活性ガス中で放電する方法を用いた。不安定種の検出に適した放電変調法を採用し、1.3μm帯および1.5μm帯の外部共振器型ダイオードレーザーを光源に用いて、吸収スペクトルの測定を行った。しかしながら、放電により生ずる硫黄のセル内部への付着量が当初予測していた以上に多かったため、電極の汚れにより放電の不安定化や多重反射ミラー等の劣化に悩まされ、それらの洗浄に多くの時間を費やさざるをえなかった。また光源に用いた外部共振器型ダイオードレーザーの故障により、長期間に及ぶ実験の中断を余儀なくされたことも、予想外のトラブルであった。既に低分解能化学発光スペクトルの報告があり、各バンドのおおよその位置が分かっているにも関わらず、スペクトルの帰属ができなかったことは残念である。ただし、この実験を行うために施した種々の改良により、近赤外ダイオードレーザー分光計の感度および操作性の向上は、満足のいくものであった。現在、生成法と測定条件の検討を行う一方、吸収セルの改良を行って、A^2A′←X^2A′′遷移の高分解能スペクトルの観測を再度試みる計画である。
量子化学計算に基づく遷移金属錯体を用いた分子素子設計と物性予測

本課題では、遷移金属錯体を用いた分子素子の量子化学計算による設計と機能予測の実現を目的とし、研究を遂行した。その結果、(1)構造・電子状態・物性を、基板や電極を含め統合的に取り扱える量子化学に立脚したシミュレーション法を確立すること、(2)量子化学計算に基づく物性シミュレーションにより、目的機能を有する分子の設計指針の理論的提案と、具体的に得られる物性を予測すること、の2点において成果を上げた。本年度はまず、物性計算の際の分子構造をより精度よく求めるためのDFT汎関数の検証行った。正しい分子構造の予測は分子の物性(磁性・伝導性・光吸収スペクトルなど)の計算には必須となる。しかしながら、現在、分子構造最適化や物性計算にはそれぞれの目的により、異なった汎関数や基底関数が経験的に使用されている場合が多い(Chem.Phys.Lett., 2008, 456, 76.など)。しかし、経験則に基づく選択は合理的ではなく、第一原理計算の精神からは大きく外れる事となる。そこで同一レベルの汎関数で構造と物性を議論できるよう、様々なDFT汎関数を用いて分子構造最適化や磁性、伝導性、TDDFT計算を実行し、その結果より、分子構造と物性との双方を満たす汎関数を検証した。まず着目したのはダブルデッカー型フタロシアニンーテルビウム錯体の分子構造である。この錯体は上下に2つのフタロシアニンを有することから分子間力が重要な働きを示す可能性が高い。そこで、通常のB3LYPと分子間力を考慮したグリムらのB3LYP-Dで分子構造を最適化し比較したところ、B3LYPでは最適化構造が実験事実と大きく異なり、B3LYP-Dでは実験結果をよく再現することが示された。この結果は論文に発表した。他方、光吸収スペクトルの計算ではB3LYPは有効であり、奈良女子大・棚瀬先生らのAu核錯体、ならびに東京大学の西原先生らのZn錯体における吸収スペクトルのシミュレーションは、よく実験結果を説明した。しかし、その構造は分散力を考慮しなければ説明がつかない。この研究成果の一部は棚瀬先生、西原先生との共同研究としてそれぞれ論文にまとめた。以上の結果から分子構造においては分散力の考慮が必須であり、その構造で物性の光吸収スペクトルを計算することが重要であることが示された。本年度は、量子化学計算から物性シミュレーションへとスムーズにつなぐ方法を確立し、様々な系での実験結果をシミュレーションにより再現することを目指した。具体的には(A)1次元錯体のスピン多重度におけるにおける電気伝導生の違いの理論予測、(B)多核錯体の磁気的相互作用と多重双安定性の理論的説明、(C)亜鉛錯体における光物性の理論的説明の3つである。いかに詳述する。(A)1次元錯体のスピン多重度におけるにおける電気伝導生の違いの理論予測:現在、電子デバイスの微小化の流れが進んでいることから、単分子電気伝導が大変注目を集めている。他方、そのメカニズムは十分に明らかになっていない。さらに、単一分子の伝導性を外場により制御出来れば、分子スイッチとしての利用も可能となる。本年度は昨年に引き続きNi1次元錯体に着目し、特にスピン多重度の違いによる伝導性の違いを予測することに成功した(学会発表済み/論文投稿準備中)。(B)多核錯体の磁気的相互作用と多重双安定性の理論的説明:単一分子おいて複数の状態を安定にし、外場により制御できれば、複数の物性を外場制御できる可能性が高まる。本年度は筑波大学の大塩グループにより報告されている多重双安定性を示すFe-Co4核錯体に着目し、その電子状態と物性を明らかにした(学会発表済み/論文発表済み)。(C)亜鉛錯体における光物性の理論的説明:上述のように、単一分子でも条件により複数の性質を引き出すことは、分子センサーへの応用も期待できる。本年度も昨年度に引き続き東京大学の西原グループとの共同研究を展開し、溶媒の極性により蛍光発光変化する亜鉛錯体に着目した。量子化学計算の結果、電子状態と光物性の関係を明らかにすることに成功した(学会発表/論文発表済み)上述の通り、本年度は(A)-(C)の課題において広く研究を推進し、多くの学会発表・論文発表を行った。これらの知見は分子素子への理論設計の基本的指針となるもので、本研究課題の目的を達成するものである。(A)の課題では、錯体のスピン状態の違いによる電気伝導性に差異が見られ、磁場制御による分子スイッチの可能性が示唆された。(B)の錯体では、光あるいは温度によるスピン状態の違いが観測されているが、その詳細な電子状態と磁性そして光物性の関係を明らかにすることに成功したが、これらの結果は、外場制御の方法論への強力な理論的示唆となった。最後に(C)では亜鉛ジピリン錯体の蛍光特性が溶媒の誘電率で変化するメカニズムを理論計算で明らかにした。本系は、生体プローブなどへの応用が期待され、詳細の機構解明と分子設計が課題となっていることから、その目的のための重要な知見が得られた。以上の研究の多くは、実験研究者との共同研究者で進められており、その一部は国際共同研究である。以上の点から、本研究課題は概ね順調に進んでいると思われる。本年度は、様々な錯体において諸物性の理論研究を遂行し、分子素子の設計と提案を行った。本年度の成果は以下に示すように3つの内容に大別される。

それぞれにおいて論文発表ならびに学会発表を行った。また同時に多くの実験研究者と共同実験を遂行した。内容を以下に詳述する。(a)磁気的性質を有するNiの1次元錯体3核錯体においてDFTと自作プログラムを併用することにより電気伝導性を研究した。その結果、スピン状態として強磁性状態にある場合は高い伝導性を示すが、反強磁性状態にあるときは、非常に低い電気伝導性を示すことが明らかになった。この原因を解析したところ、分子の高い対称性に起因する軌道の縮退から反強磁性状態状態ではスピンが局在するためであり、分子の構造対称性を崩すことにより、伝導性が上昇することが明らかとなった。この結果は、「スピン状態による伝導性の制御」、「分子構造による伝導性の制御」という単分子ナノワイヤにむけた分子設計指針につながった(論文発表)。(b)高い量子収率を示す亜鉛ビスジピリン錯体の量子収率の溶媒依存性を明らかにした。対称な錯体の励起(S1)状態の構造をTDDFT計算により求めることにより、極性溶媒では電荷分離状態となっており、結果として量子収率が低下することが示された(論文発表)。また、置換基種や位置により、軌道エネルギー準位が変化し、量子収率の大小に影響があることも明らかとなった。これらの結果により、「量子収率の環境制御」、「量子収率の構造制御」という分子センサーにむけた分子設計指針につながった。(c)ピラゾール架橋銅(II)2核錯体において、以前から示唆されていた、軌道相補性による強磁性/反強磁性的相互作用の変化を、初めて密度汎関数(DFT)法により示すことに成功した。これにより、「磁性の構造制御」という分子メモリに向けた分子設計指針を示すことができた(論文発表)。本課題では、遷移金属錯体を用いた分子素子の量子化学計算による設計と機能予測の実現を目的とし、研究を遂行した。その結果、(1)構造・電子状態・物性を、基板や電極を含め統合的に取り扱える量子化学に立脚したシミュレーション法を確立すること、(2)量子化学計算に基づく物性シミュレーションにより、目的機能を有する分子の設計指針の理論的提案と、具体的に得られる物性を予測すること、の2点において成果を上げた。上述の通り、本年度は物性計算の際の分子構造をより精度よく求めるためのDFT汎関数の検証行い、分散力を含めた汎関数が必須であることを明らかにした。分子構造と物性は密接に関わっており、本研究で対象とする遷移金属錯体による分子素子開発においては、正しい分子構造の予測は必須となることから、その課題を解決したことは、その後の研究の遂行に向けた重要な成果を達成したと言える。本研究では実在分子の物性を化学的環境下でシミュレーションを行うことをその特色としているが、実験研究者とともに研究を進め、上記成果に基づき吸収スペクトルのメカニズム解明に成功している点からも、順調に研究が進んでいると言える。今後さらに金基板も含めた効果や、他の物性量に関して研究の進展が必要とされるが、以上より、現在のところは概ね順調に進展していると言える。本研究課題では、『測定条件』での実験結果を量子化学計算に基づいて再現すること、且つ設計した分子の物性を予測可能とすることの2点を克服し、量子化学計算ならびに物性シミュレーション法を克服することを目的としている。
古墳時代前期における古墳文化の研究-大塚森(夷森)古墳の発掘調査-

平成10年度は、平成9年に発掘調査を実施した主体部及び周濠、墓道部分から出土した遺物の整理作業、資料分析、図面整理作業、関連資料調査、補足の発掘調査を実施した。出土遺物の整理作業では、出土したガラス小玉、管玉が一連の腕飾りであること、及び漆製品は靭の一部あること、性格不明の木製品が矢柄の先端部で、内部に鉄族の基部が残存していること、墳丘出土の土師器が大型の二重口縁壺であり、朱彩されており、底部は焼成前に穿孔されていることなどが判明した。現在接合作業が進行中である。靭については現在保存処理を続行中である。墓壙内から出土した微量の朱及びガラス小玉の成分については現在分析を依頼しており、成果を待っている。また、東西の粘土槨の床面の粘土を規則的に採取し、脂肪酸分析を依頼しており、その成果を待って、埋葬された遺体の位置を検討する予定である。関連資料の調査は、東北南部の前期古墳の資料調査および、資料分析に関する調査を実施し、大塚森古墳の位置づけを検討するための基礎資料を収集するとともに、資料の保存処理、分析に関わる情報を収集した。補足のための発堀調査は平成10年7月から8月にかけて実施し、粘土槨の下部の断ち割り調査及び墓道部分の調査を実施した。粘土槨の下部の調査では東西両方の粘土槨の下層に礫敷きの排水施設があることを確認するとともに粘土槨の構築順序を検討した。墓道の調査では新旧の通路状の遺構の内新しいものが墓道であり、古い方は埋葬依然の作業用通路と推定するにいたった。現在報告書刊行に向けての取りまとめ作業を続行中である。平成9年7月24日から9月15日にかけて、宮城県加美郡宮崎町大塚森古墳の主体部及び主体部にいたる墓道部分の発掘調査を実施した。調査の結果、長辺12.4m、短辺8.5m、深さ2mの墓壙底面から東西にならぶ粘土槨2基を検出した。東の粘土槨内に納められた木棺は、長さ7.9m、幅約1m、同じく西の粘土槨内の木棺は長さ7.7m、幅約0.8mと推定される。東槨内からは、槨の上面に置かれたと考えられるガラス小玉2点と若干の朱が出土した。一方、西槨からは上面に置かれたと見られる矢柄の一部や朱が出土し、棺の底面からは腕飾りと見られる一連のガラス小玉と管玉、靱の一部と推定される漆塗りの布の一部が出土した。墓道部分の調査では、2段のテラスの上に組まれた葺石と、周濠の途切れた部分から墳長の墓壙内に接続する新旧2時期にわたる墓道を確認した。墓道は墳丘内に設けられた溝状の遺構で、遺体の埋葬時には機能しており、埋葬終了後埋め戻され、その上に葺石が組まれることが判明した。調査の結果大塚森古墳の築造時期は古墳時代前期後半段階であること、主体部は木棺を粘土で覆う粘土槨と呼ばれる、畿内を含めてこの時期の古墳に共通するものであること、棺内には副葬品は少なく、やや特異なあり方を示すことなどが判明した。古墳時代前期において北端の古墳でも埋葬の儀礼が貫徹している様子を確認できたことが大きな成果であった。平成10年度は、出土した遺物の整理作業を進めるとともに、朱や棺内の土壌の成分分析。関連資料の調査検討を行い、古墳文化の北端に築かれた前期古墳の特質を明きらかにしていきたい。
咬耗の遺伝要因に関する研究

本研究の目的は咬耗に関与する主要遺伝子が存在する染色体の特定である。咬耗感受性の異なる2系統の近交系マウスを交配させ、得られたF2マウスのうち咬耗が強い4匹から得られたDNAをpool High、咬耗が少ない4匹から得られたDNAをpool Lowとし、2系統間で多型を有する計53個のMitプライマーを使用しDNA pool RCR法を行った。D4Mit13およびD13Mit9においてpool Highで遺伝子型はC3Hホモ型タイプ,pool Lowで遺伝子型はB6ホモ型タイプであったため、この近傍に咬耗に関与する遺伝子が存在する可能性が示唆された。(1)咬耗症高感受性マウスであるC57BL/6マウスの雌個体に咬耗抵抗性マウスからF2マウスを得る。(2)F2マウスの咬耗度とDNAマーカーを用いて連鎖解析を行う。(3)得られた連鎖情報と咬耗のスコアを指標として咬耗に関与する染色体領域を明示する。咬耗の発症要因は解明されておらず、本研究の基となった研究において、近交系マウス間で咬耗感受性が大きく異なることを改めて確認できた。環境要因を単純で単一化する目的で種々の形質の飼料を摂取させたところ、粉状高脂肪食が咬耗を誘発するのに適したマウス食であることを再度確認した。その上に則って実験系を組むことの理論構築が得られた。咬耗高感受性マウスであるC57BL/6系統と咬耗低感受性マウスであるC3H系統の両系統において全染色体上にある遺伝子マーカー(マイクロサテライトマーカーならびにSNP)の多型の有効性を網羅的に検索し、各染色体上で5個のマーカーが得られた。今後、分析可能なマーカー数を増やす。また、連鎖解析においては、咬耗の軽度から重度なF2マウスが多数必要である。しかし、咬耗の程度を実態顕微鏡で数値化するには、長期飼育マウスが適しているが、飼育日数が増加することは、実験期間が長くなることから有効な飼育環境としては、粉状の高脂肪食を5か月間飼育することで、識別できることを明らかにした。また、咬耗の成り立ちを知る目的でRigaku社製動物用マイクロCTを用いても検討を加えて行く予定であるため、動物用マイクロCT機種に精通するために顎骨ならびに経時的な明瞭な生体観察像を得ることに専念している。現在、各染色体上において30cM以上離れているマイクロサテライトマーカーを用いてrough mappingを試みており候補染色体が明らかになり次第、detail mappingを行う。近年、歯の咬耗による顎機能に異常を訴える患者が増加している。咬耗の発現は近代社会から受けるストレスによるといわれているが明らかでない。研究代表者らは、近交系マウス間で同一環境下での飼育環境において、摩耗の発現に明らかな差異があることを見出した。そこで、咬耗抵抗性マウスであるC57BL/6マウスの雌個体に、咬耗高感受性マウスであるC3Hマウスの雄個体を交配させ、F1マウス個体を得た。このF1世代のマウス同士を交配させ、F2世代のマウスを得て、DNAを肝臓より抽出した。得られたF2マウス17匹の咬耗の程度をμCT画像から評価した。本研究では咬耗に関与する主要遺伝子の存在する染色体の特定を目的として、染色体1から19番染色体についてDNApoolPCR法からinterval mappingを試みた。17匹のマウスのうち、咬耗の程度が多かったマウス4匹をHighスコア群とし、咬耗の程度が少なかったマウス4匹をLowスコア群とした。各群のDNAをプールし、C57BL/6とC3Hマウス間において多型を有する系98個のMIT(Massachusetts Institute of Technology)ブライマーを用いてPCRで増幅し、電気泳動後、エチジウムブロマイド染色し、遺伝子型を検出した。D4Mit13およびD13Mit9においてHighスコア群では遺伝子型のC3Hホモ型タイプが多く、Lowスコア群ではC57BL/6ホモ型タイプが多くなる傾向が見られた。つまり、マウス4番および13番が候補染色体で、4番染色体の71cMおよび13番染色体の26cM付近に咬耗に関与する候補遺伝子が存在する可能性が示唆された。咬耗は,上下の歯の直接的な接触および食物などを介した間接的な接触によって生じると考えられる。咬耗を生じるにあたって、宿主側の感受性が起因すると思われる。その因子を解明するには、遺伝要因と環境要因の解明が必須である。先に我々はマウス臼歯の咬耗度に感受性の違いがある2系統を明らかにした。そこで、本研究では、遺伝要因として連鎖解析による染色体地図の作成と環境要因としてマウスエナメル質への酸性飲料水の影響ならびに咬合力と関与が認められている下顎角の角度を決定する候補遺伝子について検討した。

遺伝要因の解明にあたっては、近交系マウスを粉状高脂食下にて飼育し咬耗について検討した結果,C3H系統マウスが咬耗高感受性マウス,C57BL/6系統が咬耗低感受性マウスであり,これらを親系統とした交配実験により得られたF2マウスを用いて、咬耗に関与する主要遺伝子の存在する染色体の特定を目的とし、DNA pool PCR法からinterval mappingを試みたところマウス4番染色体の71cM付近および第13番染色体の26cM付近に咬耗に関する候補遺伝子が存在する可能性を示唆した(K Ogawai, T Maeda : Linkage analysis of tooth attrition using poolDNA in inbredmice : PDJ, 20 : in print 2010)。また、pH5.3のイオン飲料で重度な咬耗をin vivoで明らかにし、咬耗と飲料水の酸性度が大きく関わることを明らかにした。さらに咬耗が多いマウスにおいて咬耗が少ないマウスに比べて下顎角が有意に小さいことが得られた。また低栄養マウスのF2マウスにおいて下顎角が高栄養マウスより有意に大きいことを明らかにし、下顎角が成長ならびに咬合圧に関与し、咬耗解明に寄与できた。咬耗が遺伝要因を受けるか否かを検討し、遺伝要因を受けるのであれば主要因となる候補遺伝子座を明らかにすることが本研究の目的である。当該年度以前のマウスを用いた研究から遺伝要因が関与していることを再確認したことから、当該年度では咬耗に対して高感受性マウスであるC3H系統と低感受性であるB6マウスの親系統数を増やし、交雑を行いF2マウスを100匹以上得ることができた。まず、rough mappingの目的でpool DNA法を用いたところ、咬耗に対する主要候補遺伝子がマウス染色体4番と13番に有意な連鎖が認められたことから、両染色体に対してdetail mappingを行ったところD4Mit13とD13Mit9付近に存在することが強く示唆されたことから、現在、論文投稿による論文作成中である。なお、咬耗は咀嚼様相を受けることから咬筋付着部位である下顎骨の大きさの違いが咬耗にも影響すると考えたところ、高感受性マウスは低感受性マウスより下顎骨が大きいことが認められたことから、RIマウスを用いて連鎖解析を行ったところ、マウス染色体13番に有意な連鎖を認めた。咬耗も下顎角も全染色体を網羅的に連鎖解析した結果マウス染色体13番が共通して連鎖しており、第13番染色体上の遺伝子マーカーD13Mit130の近傍にOcln遺伝子ならびにFgf10遺伝子がmapされていることから候補遺伝子となり得る可能性が示唆できた。一方、神経線維腫疾患における口腔内の特徴の一つに咬耗があることから、神経線維腫1型の患児の遺伝子解析を行い、原因遺伝子であるNF1の欠失型と変異型に分類し、口腔内所見の違いについても検討し、報告した。また、咬耗とう蝕はエナメル質の形成等に関与することからう蝕発症の原因遺伝子についてもマウスで検討し、報告した。咬耗は咬合異常によっても発現することから、小児の咬合異常の代表的といえる臼歯部交叉咬合児の口腔模型を検討しさらに脳機能についてもヒトを用いて検討した結果を報告した。
グルコース応答性インスリン遺伝子発現および分泌メカニズムの筋芽細胞への導入-筋組織を利用した将来の糖尿病遺伝子治療の実現に向けて-

本研究においては、将来の遺伝子治療を見据えて、現在最も有望な遺伝子導入のターゲットである筋組織を糖尿病でダメ-ジを受けた膵ラ氏島に代わるインスリン分泌組織として利用するための基礎的検討を行った。筋芽細胞のような非膵β細胞にグルコース応答性のインスリン分泌機構を導入するためには、インスリンやグルコキナーゼなど多くの膵β細胞特異的蛋白を発現させる必要がある。それぞれのコンポーネントを個々に遺伝子導入する方法が一般的に考えられるが、多くの遺伝子を導入するのは技術的に困難であり、また、どの範囲の遺伝子を発現させる必要があるかは判断が難しい。そこで、本研究ではホメオドメイン構造を有するインスリン遺伝子転写因子PDX-1に注目した。PDX-1はそのホモ欠損マウスでは膵臓が欠失するなど、膵β細胞分化決定因子としての機能が示唆されていた。本研究において、我々は、PDX-1がインスリン遺伝子に加えてグルコキナーゼ遺伝子およびアミリン遺伝子の転写を活性化することを認めた。即ち、PDX-1はヒト・グルコキナーゼおよびアミリン遺伝子のAT-rich領域に結合しCHO細胞中で同遺伝子プロモーターを活性化した。加えて、我々は、発生学上、膵β細胞の近縁に位置するαTC1細胞に、外来性にPDX-1を遺伝子導入しβ細胞化が生じるか否かを検討した。その結果、PDX-1単独ではインスリン遺伝子発現を見なかったが、これにbetacellilinを加えるとインスリンおよびグルコキナーゼ遺伝子の発現が誘導されることを認めた。以上のように、膵β細胞特異的転写因子と成長因子を併用することにより、筋芽細胞など非・膵β細胞のβ細胞化が行い得ることが示唆された。非β細胞におけるグルコース応答性インスリン分泌機構の確立には複数の遺伝子の発現を細胞に誘導する必要がある。中でも鍵となるのはインスリン遺伝子、およびグルコースセンサーとして機能するグルコキナーゼ遺伝子の発現である。我々は、それら2遺伝子に関して、以下のような実験を行った。1.ヒト・グルコキナーゼ(GK)遺伝子プロモーターの解析膵β細胞分化因子として重要な働きを有するインスリン遺伝子転写因子IPF1がGK遺伝子発現にも関与する可能性を中心に検討した。即ち、HIT細胞等を用いルシフェラーゼをレポーター遺伝子とした一連の遺伝子導入並びにゲルシフト解析を行った結果、(1)ヒトGK遺伝子の活性化には、hPal-1、hPal-2、hUPE3の少なくとも3つのcis調節領域が関与すること、(2)うち、hPal-1領域には膵β細胞特異性を認めない核蛋白が結合すること、(3)一方、hUPE3領域にはインスリン遺伝子転写因子IPF1が結合しGK遺伝子を活性化すること、(4)HIT細胞核抽出物とhUPE3領域のプローブとの間で形成されるゲルシフト複合体は、その全てが抗IPF1抗体によりsuper-shiftすること、(5)インスリン遺伝子プロモーターと異なり、GK遺伝子プロモーターには、グルコース応答性、あるいは、IPF1とE蛋白との相乗作用を認めないこと、がそれぞれ示された。これらのことから、GK遺伝子の発現には膵β細胞特異的あるいは非特異的な複数の転写因子が関与するが、転写因子IPF1はインスリン遺伝子とGK遺伝子の間で共有されることが示された。2.IPF1遺伝子導入αTC1細胞におけるインスリン遺伝子・グルコキシナーゼ(GK)遺伝子発現機構IPEF1をstableに発現するαTC1細胞を構築した。その結果、Glut2遺伝子の発現は誘導されない一方で、インスリン遺伝子およびGK遺伝子の発現を認めた。これは、IPF1が非β細胞をインスリン・GK産生細胞に変える潜在的能力を有することを示すものである。上記以外にC2C12細胞に対する遺伝子導入条件を決定するための実験を施行中であったが、次第に至適条件が明らかとなりつつある。

本研究においては、将来の遺伝子治療を見据えて、現在最も有望な遺伝子導入のターゲットである筋組織を糖尿病でダメ-ジを受けた膵ラ氏島に代わるインスリン分泌組織として利用するための基礎的検討を行った。筋芽細胞のような非膵β細胞にグルコース応答性のインスリン分泌機構を導入するためには、インスリンやグルコキナーゼなど多くの膵β細胞特異的蛋白を発現させる必要がある。それぞれのコンポーネントを個々に遺伝子導入する方法が一般的に考えられるが、多くの遺伝子を導入するのは技術的に困難であり、また、どの範囲の遺伝子を発現させる必要があるかは判断が難しい。そこで、本研究ではホメオドメイン構造を有するインスリン遺伝子転写因子PDX-1に注目した。PDX-1はそのホモ欠損マウスでは膵臓が欠失するなど、膵β細胞分化決定因子としての機能が示唆されていた。本研究において、我々は、PDX-1がインスリン遺伝子に加えてグルコキナーゼ遺伝子およびアミリン遺伝子の転写を活性化することを認めた。即ち、PDX-1はヒト・グルコキナーゼおよびアミリン遺伝子のAT-rich領域に結合しCH0細胞中で同遺伝子プロモーターを活性化した。加えて、我々は、発生学上、膵β細胞の近縁に位置するαTC1細胞に、外来性にPDX-1を遺伝子導入しβ細胞化が生じるか否かを検討した。その結果、PDX-1単独ではインスリン遺伝子発現を見なかったが、これにbetacellilinを加えるとインスリンおよびグルコキナーゼ遺伝子の発現が誘導されることを認めた。以上のように、膵β細胞特異的転写因子と成長因子を併用することにより、筋芽細胞など非・膵β細胞のβ細胞化が行い得ることが示唆された。
超高効率超高速赤外発光計測システムの開発と応用展開

<装置開発>フェムト秒発光スペクトロメータはH29年度に実用レベルの性能を達成したが、今年度さらにいくつかの改良を行い、更なる性能向上を実現した。光源のYbファイバーレーザは、出力安定性に問題があったので、フィードバック回路による安定化を試み、長時間変動を±1%以内に抑えることに成功した。これにより測定精度が格段に上がった。計測系に関しては4フィルター自動切換えの分光器を開発し、試運転を終えている。これにより、全波長領域で自動測定が可能になる。アプコンの光学系については、1号機で蓄積した経験を元に2号機を設計製作し、試運転中である。検知器にAPD(アバランシェ・フォト・ダイオード)を用いることにより、格段の小型化が実現し、冷却水が不要でノイズに強いという特性から利便性も向上した。感度については、現在検証中であるが、0.9eVにおいて少なくとも光電子増倍管より高いことを確認した。<物性測定>昨年度、Pt, Sn, Alなどにおける発光を確認したが、今年度は、さらに、Au, Ag, Cu, Pd, Ni, Zn, Tiおよび合金(ステンレス、真鍮)において測定を試み、すべての試料で発光を確認できた。これにより、フェムト秒赤外発光は金属全般の普遍的な現象であると結論できる。発光強度が高く、寿命が長いAuの発光について特に詳しく調べ、時間波形、時間分解スペクトル、励起強度依存性などの振舞いを説明するための理論モデルを構築した。その結果、非熱化電子と熱的電子を考慮したモデルで実験結果を定性的に理解できることが分かった。また、AuとCuについて表面状態と発光強度の関係を系統的に調べた。その結果、適切な表面ラフネスを持たせることにより、発光強度が平滑な蒸着膜に比べて約1000倍増強されること、増強の原因は、表面凹凸による放射率と吸収率の増加であることが明らかになった。当初計画していた楕円面鏡の導入による集光効率の改善は、反射率、集光精度の保証が得られないため断念した。一方、当初の計画にはなかったAPDの導入は順調に進み、スペック上は数倍の感度向上が見込めるので、この路線で最終年度に目的を達成するという方針に切り替えた。フェムト秒発光スペクトロメータの小型化、安定化、自動化などの高度化は順調に進んでいる。ただし本研究の完成形を目指した2号機の構築には予想以上の時間を要している。その原因の一つは、光学系の設計や光学素子の選定が必ずしも適正ではなく、最適化に試行錯誤を要したためであるが、本質的な問題はほぼ解決した。もう一つの原因は、1号機による物性測定を優先したためである。バルク金属の発光が表面ラフネスの制御により約1000倍増強されるという予想外の興味ある結果が得られたので、その原因を究明するために、表面処理法の最適化、レーザー顕微鏡によるラフネスの計測、赤外分光光度計による拡散反射率の測定、新たに試作した熱量計による吸収率の評価など、いくつかの付加的な作業が必要になった。また、レーザー照射による試料の劣化や強度揺らぎの発生など測定上の諸問題を解決するために時間が必要であった。その一方で物性測定に関しては、「応用展開」の柱である、金属の発光現象に関して、表面ラフネスの役割が明らかになってきた点、簡単ではあるが理論モデルが提案できた点で、計画2年度目としては予想以上の進展があったと言ってよい。<装置開発について>装置の小型化はすでに30cm×30cmの2号機が試運転の段階にあるので、達成の見込みが立っている。感度に関しては、バンドパスフィルタの採用により、410倍の向上を実現しているが、本研究の目標を達成するにはさらに数倍の向上が必要である。これに関しては前項に述べたようにAPDの採用と光学系の最適化により実現を目指す。<物性測定>これまでの研究により、Auについてフェムト秒発光の全貌が明らかになり、定性的な解釈もできたので、論文としてまとめて投稿中である。予備的な測定によれば、同じ1B族元素であるAg, CuもAuと同様の振舞いをすることが分かっているので、これらの金属について精密なデータを収集し、電子構造や電子フォノン相互作用の観点から系統的な理解を試みる。電子が1つ少ない、8族元素、Pt, Pd, Niでは発光寿命が1B族に比べて短いことが予備的な測定から分かったので、1B族と合わせてこれら6元素の振舞いを比較することにより緩和メカニズムを議論したいと考えている。表面ラフネスの効果については、もっと制御性のよい加工法を探索すべく、サンドブラストやレーザー加工の手法を試みているところである。また、近年応用の観点から注目されているレーザー改質表面や、金属ナノ構造の評価法としての利用も進めたい。現在解析に使用している理論モデルは非常に単純なものなので、より信頼性の高いモデルを構築するために、理論グループとの共同研究を開始した。これにより、金属発光のメカニズムのみならず、電子の超高速緩和のメカニズムについても理解が進むものと期待している。本研究の目的は、赤外超高速発光を高感度で観測できる装置の開発とそれを利用した金属の発光現象の研究である。

当初の計画では、29年度には超高速発光計測法(アプコン法)の高度化を図るために、(1)点対称配置楕円面鏡を用いた高効率の集光光学系の構築、(2)波長可変フィルター式分光器による透過効率の向上を中心とした装置開発を行う予定であったが、(1)は、鏡の反射効率や結像精度について未知の部分が多く、発注までに更なる検討が必要と判断したので、装置に関しては(2)を先行して実施した。新たに開発したフィルター式分光器を用いたところ、0.9eVで約4倍、0.3eVで約10倍という予想以上の感度向上が実現した。計測用ソフトウェアをLabVIEWによって新たに構築し、分光器、結晶角度、光学遅延を連動して駆動できるようにした。これにより、これまで極めて非効率的であった時間分解スペクトルの取得を極めて迅速に自動的に行うことが可能になった。物性測定に関しては、高感度化により各種バルク金属の発光が観測可能になり、これまでに、白金、スズ、アルミニウム、準結晶合金などにおける発光を捉えることに成功した。いずれもこれまでに研究例がないので、解釈には時間がかかると予想される。30年度以降に予定していた金属ナノ構造については、豊田中研より非常に興味深い試料の提供を受けることができたので、前倒しで発光測定を行った。その結果、瞬時強度としては直接ギャップ半導体InAsに匹敵する強い信号をナノポーラスシリカ内に作られた白金ワイヤーとドットについて見出した。特にワイヤー(1次元系)では、非線形な発光と長い発光寿命が観測され、光励起されたキャリアーの再結合過程に興味が持たれる。白金における時間分解発光は、バルク、ナノ構造いずれも初めての観測である。この成果は国内学会2件で発表し、国際会議での発表も2件を予定している。予想より進んだ点は、低エネルギー領域での感度が大きく改善したこと、測定の自動化が進んだこと、バルク金属の発光、ナノ構造の発光の測定が進み、議論に耐えるデータが蓄積しつつあることである。やや遅れているのは、楕円面鏡の導入による集光効率の改善である。また、データの解釈については、理論家の応援を得るなどして加速する必要がある。以上、多少の実施順序の入れ替えはあったものの、基盤研究C初年度の研究としては概ね順調に進捗したと判断している。<装置開発>フェムト秒発光スペクトロメータはH29年度に実用レベルの性能を達成したが、今年度さらにいくつかの改良を行い、更なる性能向上を実現した。光源のYbファイバーレーザは、出力安定性に問題があったので、フィードバック回路による安定化を試み、長時間変動を±1%以内に抑えることに成功した。これにより測定精度が格段に上がった。計測系に関しては4フィルター自動切換えの分光器を開発し、試運転を終えている。これにより、全波長領域で自動測定が可能になる。アプコンの光学系については、1号機で蓄積した経験を元に2号機を設計製作し、試運転中である。検知器にAPD(アバランシェ・フォト・ダイオード)を用いることにより、格段の小型化が実現し、冷却水が不要でノイズに強いという特性から利便性も向上した。感度については、現在検証中であるが、0.9eVにおいて少なくとも光電子増倍管より高いことを確認した。<物性測定>昨年度、Pt, Sn, Alなどにおける発光を確認したが、今年度は、さらに、Au, Ag, Cu, Pd, Ni, Zn, Tiおよび合金(ステンレス、真鍮)において測定を試み、すべての試料で発光を確認できた。これにより、フェムト秒赤外発光は金属全般の普遍的な現象であると結論できる。
代謝症候群における分子標的としての低分子量G蛋白質関連分子ROCK2の意義

我々はROCK2の抑制が脂肪細胞分化を促進させることを明らかにし、そのメカニズムとしてROCK2の阻害によるAktリン酸化の亢進が寄与すると考えられる。またROCK阻害薬が脂肪細胞分化を負に調節する転写共役因子の発現を低下させることを見出し、新しい分子機構の解明に取り組んでいる。ROCK2ヘテロノックアウトマウスの糖代謝に関して標準食、高脂肪食負荷の両者において野生型と有意な差は認めなかった。今後、組織特異的ノックアウトマウス等での解析が必要である。これまで我々はROCK-IIの抑制がPPARγやC/EBPαの発現を著明に亢進させ、脂肪細胞分化を促進させることを明らかにしてきた。2種類のROCK阻害薬(Y-27632,fasudil)は脂肪細胞分化を促進させ、PPARγやC/EBPαの発現を著明に亢進させた。ROCK-II-/-MEFはwild typeと比較し、著明に脂質蓄積が亢進し、PPARγやC/EBPαの発現も有意に上昇した。ROCK-II siRNAを導入後、脂肪細胞分化を検討するとcontrol群と比較しPPARγやC/EBPαの発現が有意に上昇した。そのメカニズムとしてROCK-IIの阻害によるAktリン酸化の亢進が寄与すると考えられる(J Biol Chem 282 : 29574-83,2007)。さらに骨髄由来間葉系幹細胞においてROCK阻害薬とチアゾリジン誘導体の共投与は単独投与と比較し、脂肪細胞分化を促進させた。ROCK阻害薬はインスリンシグナルの亢進とPPARγの発現増強作用を併せ持つことから糖尿病治療薬としての可能性が期待できる。ROCK-IIのin vivoにおける肥満、糖代謝に対する意義についての解析では標準食でROCK-IIヘテロノックアウトマウスの体重、血糖値、糖負荷試験に関して野生型と有意な差は認めなった。現在、標準食での他の代謝プロファイルの解析及び脂肪組織の遺伝子解析を行っている。高脂肪食負荷での検討も同様に行う予定である。2種類のROCK阻害薬(Y-27632, fasudil)は脂肪細胞分化を促進させ、PPARγやC/EBPαの発現を著明に亢進させた。そのメカニズムとしてROCK-IIの阻害によるAktリン酸化の亢進が寄与すると考えられる(J.BiolChem 282 : 29574-83, 2007)。またROCK阻害薬により脂肪細胞分化を負に調節する転写共役因子の発現が低下することを見出した。ROCK阻害薬は主にインスリンシグナルの亢進とPPARγの発現増強作用を併せ持つことから糖尿病治療薬としての可能性が期待できる。ROCK-IIのin vivoにおける肥満、糖代謝に対する意義についての解析では標準食でROCK-IIヘテロノックアウトマウスの体重、血糖値、糖負荷試験に関して野生型と有意な差は認めなかった。高脂肪食負荷においても体重、血糖値、糖負荷試験において有意な差は認めなかった。表現型で顕著な差を認めないためにヘテロノックアウトマウスのインスリン標的臓器での遺伝子発現解析の解析が必要と考えられる。糖代謝におけるROCKの意義を検証するためには今後、組織特異的ノックアウトマウスの作製と糖代謝等に関する解析が必要となる。
ルーピンのクラスター根における根粒菌感染過程の解明と新たな根粒菌接種法の開発

ルーピンは,低リン条件ではクラスター根を形成してリンを獲得するので肥沃度の向上に寄与する.本研究では,異なるリン条件下でのクラスター根の形成,有機酸の滲出,根粒形成の種間差異を明らかにした.旧世界型の白花ルーピンは低リン条件でクラスター根を形成したが,南米原産のパールルーピンは形成しなかった.滲出した有機酸は,クエン酸とリンゴ酸が主であった.根粒からは,Bradyrhizobium, Rhizobium, Pseudomonasが単離された.ルテオリンは根粒菌の増殖を促進しなかった.これらの菌系統に発色標識遺伝子を導入できたので,クラスター根への感染様態について研究を進める予定である.低リン条件下でクラスター根を形成するルーピン(Lipinus属)における根粒菌の感染経路を明確にし,このような根系を形成する本属植物のリン吸収とリン溶解能をもつ共生根粒菌との関係を明らかにするために,3カ年の研究を遂行している.これまで,リン欠乏条件下での根系発育を水耕栽培で調査し,L. albusとL. leteusでは,クラスター根は再現性高く形成され,L. angustifoliusでは頻度が低く,L. mutabilisではクラスター根の形成は確認できないことを示した.本年度は,これまでに先行研究がほとんどなかったL. mutabilisに焦点を絞り,土耕栽培を用いて,根系発育と根からの有機酸の滲出について検討した.表面殺菌したL. mutabilisLP 176系統の種子を赤玉土とバーミキュライトの混合培土を充填したポットに播種し,10日後と20日後に根を採取し,超純水に2時間浸漬することで根からの滲出物を採取した.乾物重と全リン含有量は,培土のリン濃度にかかわらず同程度であった.滲出された有機酸総量は,リン濃度区間で有意な差はなかったが,L. albusに比べてL. mutabilisでは滲出量が多い傾向にあった.滲出された有機酸は,主にクエン酸とリンゴ酸であり,リン濃度が低い区の方が全有機酸に占めるクエン酸の割合が増加した. L. angustifoliusとL. mutabilisは,低リン濃度区において,全リン含有量が著しく減少し,地上部の生育が劣り,総根長が減少したことから,低リン耐性の低い種であることが示唆された.なお,これまで報告がなかったL. mutabilisにおいて,根からクエン酸とリンゴ酸を主とした有機酸を多く滲出することが明らかになったが,本種がクラスター根を形成しないこととの関連性に興味がもたれた.ルーピンは,低リン条件ではクラスター根を形成してリンを獲得するので肥沃度の向上に寄与する.本研究では,異なるリン条件下でのクラスター根の形成,有機酸の滲出,根粒形成の種間差異を明らかにした.旧世界型の白花ルーピンは低リン条件でクラスター根を形成したが,南米原産のパールルーピンは形成しなかった.滲出した有機酸は,クエン酸とリンゴ酸が主であった.根粒からは,Bradyrhizobium, Rhizobium, Pseudomonasが単離された.ルテオリンは根粒菌の増殖を促進しなかった.これらの菌系統に発色標識遺伝子を導入できたので,クラスター根への感染様態について研究を進める予定である.低リン条件下でクラスター根と称する特殊な形態の根を形成するルーピン(Lipinus属)における根粒菌の感染経路を明確にし,このような根系を形成する本属植物のリン吸収とリン溶解能をもつ共生根粒菌との関係を明らかにするために,3カ年の計画をスタートした.難溶性リンの溶解能を持つ根粒菌が,土着根粒菌に優先して感染し得る接種技術の開発も念頭において申請したが,この点は極めてチャレンジングであり,萌芽的研究であることを意識して研究に取り組んでいる.初年度は先ず,先行研究が比較的多い旧世界型の3種と報告が少ない新世界型の1種を供試して,リン欠乏条件下での根系発育を水耕実験で調査した. L. albus(白花ルーピン)とL. leteus(黄花ルーピン)では,クラスター根は再現性高く形成され,対照区と比べて総根長が長くなった.一方,L. angustifolius(青花ルーピン)とL. mutabilis(新世界型のパールルーピン)ではクラスター根の形成はみられなかった.青花ルーピンでは対照区と比べて太い根の割合が多く,総根長が短い傾向にあった.パールルーピンを10,50 μMのリンを含有する培養液を施用してポットで土耕栽培したところ,播種後26日と36日目における根の分泌物の主成分は,クエン酸であり,シュウ酸,マロン酸,コハク酸,フマル酸,リンゴ酸が検出された.根粒から単離した土壌細菌のIAA産生能を調査した結果,いくつかの系統で産生が確認された.青花ルーピンの根粒からはPseudomonas属菌が単離されたが,根粒構造構築における根粒菌とPseudomonas属菌の共感染の可能性については検討中である.パールルーピンの根粒菌をIllmer and Schinnerの培地に画線して培地の透明化によるカルシウム態リンの溶解能を検証したが,透明化は確認されなかった.

低リン条件下でクラスター根を形成するルーピン(Lipinus属)における根粒菌の感染経路を明確にし,このような根系を形成する本属植物のリン吸収とリン溶解能をもつ共生根粒菌との関係を明らかにするために,3カ年の研究を遂行してきた.24,25年度にはL. albus, L. leteus, L. angustifolius, L. mutabilis間でクラスター根の形成の有無と程度には種間差異があることを示し,また,L. mutabilisではL. albusに比べて根からの有機酸(クエン酸とリンゴ酸)の滲出量が多いことを示し,本種がクラスター根を形成しないこととの関連性に興味がもたれた.本年度は,これらの根と根粒菌の感染との関係を明らかにするために,根粒菌のnod遺伝子の転写を活性化するフラボノイドであるルテオリンを異なる濃度で添加して振とう培養して根粒菌密度の変化を調査した.OD620値が1.0に達するのに要した日数は,無添加の対照区では13日であったのに対し,20μM区では21日であり,抗菌作用もあると言われるルテオリンがルーピン根粒菌の増殖を阻害する可能性が示唆された.また,根粒菌の挙動を調査するためのツールとして,gus遺伝子を本属2種から単離した根粒菌へ導入することを試み,いずれの系統にも導入することができ,その接種によって根の表面における根粒菌の存在を視覚的に明らかにすることができた.しかし,上述したクラスター根の形成と根粒菌の挙動との関係については,現時点では明確な結論が得られていない.一方,立案時に目的の1つとした炭を利用した根粒菌接種法の可能性を探るために,同様にgus遺伝子を導入した根粒菌を利用して,ダイズをモデルに接種試験を試みたところ,培地に根粒菌が生息していている条件下でも,炭を媒体に後から接種した根粒菌が感染することが示された.現在ルーピンへの応用を検討中である.作物生産科学これまで報告がほとんどなかった南米に起源をもつL. mutabilisについて,クラスター根が形成されないこと,低リン濃度条件下において,乾物重とリン吸収量が減少し,総根長が劣ることなどから,先行研究で多く報告されてきた地中海地域に起源をもつL. albusやL. leteusに比べて低リン耐性がやや低いことを示した.このことは新たな知見であり,本属植物のリン吸収特性機構を検証する上に興味ある特性を明らかにでき,評価できると考えている.また,クラスター根を形成しないにもかかわらず,L. albusと比較して,低リン条件における有機酸の総滲出量が多いことを明らかにし,さらに,滲出される有機酸の種類を同定できたことは今後の研究の遂行にとって重要な到達点である.さらに,本年度は予備的な試験で終わったが,根粒菌のnod遺伝子の転写を活性化するイソフラボノイドの一種のルテオリンが,根粒菌の増殖を低濃度で促進するという結果を得た.この点については,さらに詳細に検討を進めるとともに,難溶性リンの溶解能を有する根粒菌をルテオリンで前処理(プライミング)することで,根粒形成とリン溶解の機能を強化した共生系が構築でいる可能性がある.最終年度におけるその検証に期待が持たれる.次年度以降はこれらの知見を基盤にして,L. mutabilisに特化してさらに研究を進展させることで,根粒形成とリン吸収について新たな知見が得られる可能性があると考えている.先行研究において,クラスター根形成の種間差異は報告されているが,リン欠乏条件が必ずしも十分に検討されておらず,その形成の種間差異については不明な点が多い.本課題における初年目の成果として,水耕栽培条件下でクラスター根形成の種間差異が認められ,特にこれまで研究例の少なかった新世界型のパールルーピンと旧世界型の3種との差異について,根系全体の発育の様相,根長や根の太さといった特性,根粒形成の様態,有機酸分泌などの点に関する種間差異を明らかにでき点は,次のステップに進む上に重要な到達点であると考えている.
超小型模型の振動台実験による鉄筋コンクリート造建物の地震最大応答に関する研究

高靭性繊維補強セメントを用いたフレーム構造の縮小模型試験体の振動台実験を行い、縮小模型によって実大実験が再現できるかについて検討した。比較の対象は1996年に防災科学技術研究所の大型耐震実験施設にて行われた実大3層1×1スパンの鉄筋コンクリート造骨組の振動台実験である。試験体は3体とし、縮小率を1/5,1/8,1/15に設定し、寸法を縮小率にあわせて縮小した。実大試験体の鉄筋比にあわせて配筋量を決定したが、主筋にはねじ鋼を用いた。せん断補強筋は用いない。試験体を縮小と、ベースシア係数が上昇し、周期が短くなる。ベースシア係数が増大する分、付加マスとして鋼製のおもりを載せ、入力波形の振幅を大きくすることとした。ただし、載せられる鋼製おもりの量が試験体の寸法により限定される。周期に関しては、実大との比にあわせて入力波形の時間刻みを縮小した。1/8試験体では、振幅を2.72倍、時間刻みを0.21倍とすることになった。加振は、八戸EW波(1968)を用いた1方向加振とした。実験結果では、縮小模型でも実大と同様、梁曲げ降伏先行の降伏機構を示したが、その後、軸力比の小さい縮小模型では1層柱脚部が引張破断した。縮小模型の応答変形角はいずれも実大の2倍程度であった。柱脚部の破断により耐力低下を生じたこと、速度が小さいことにより減衰も小さいことなどが要因として考えられる。本研究では、高靭性繊維補強セメントを用いて製作したフレーム構造としては初めての振動台実験を行った。軸力比や減衰の問題により実大と比較して過大な変形角を生じるに至ったが、超小型模型による振動台実験の可能性を示せた。初年度は、実験パラメータの選定のために立体骨組モデルの地震応答解析を実施した。6階建ての鉄筋コンクリート構造を対象とし、平面形状は、1×1スパン、1×2スパン、3×2スパンの3種類とした。1×2スパン、3×2スパンの中には、「大都市大震災軽減化プロジェクトII震動台活用による構造物の耐震性向上研究鉄筋コンクリート建物実験(以下、大大特と略記)」において大型耐震実験施設にて実施した1/3スケールモデルの試験体も含んでいる。この他の解析パラメータは、部材断面寸法、各階重量、入力地震動とした。断面寸法と各階重量の組み合わせにより、弾性固有周期を変化させた。入力地震動は、既往の代表的な観測波(El Centro NS (1940),八戸EW (1968),神戸海洋気象台NS (1995), Taft EW (1952),東北大学NS (1978))、および模擬地震動を用い、加速度振幅の倍率をさまざまに変化させた。次年度に実施する予定の超小型立体試験体は、実大の1/20スケールモデルとし、高靭性繊維補強セメントと極細異形鉄筋を用いる。1スパンあたりの長さは30cm程度、柱の断面は3cm角程度になる。加振は1方向加振とする。特性の異なる複数の試験体を振動台上に並列させて設置し、複数を同時に加振する方法と、同じ特性の試験体を複数製作し、入力地震動を変えて加振する方法の2通りを計画している。地震応答解析結果との比較も試み、解析で予測された結果と実験結果が如何に対応するかを検討し、固有周期および入力地震動の違いが地震最大応答、特に建物高さ方向の分布に及ぼす影響について明らかにする。