hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
機械的生殖隔離による種分化：交尾器形態分化の要因と帰結

本研究は,交尾器形態の多様化が種分化を推し進める過程を,マクロとミクロの両面から検証するものである.特に,形態の多様化をもたらす淘汰要因,形態分化が種分化過程におよぼす影響,形態の多様化の背景にある遺伝発生学的基盤の3点を明らかにすることを目的とする.材料は,多様な交尾器形態を持ち,種分化研究の進んでいるオオオサムシ類を用いている.交尾器形態の生殖的形質置換をもたらす強化淘汰の検出:側所的に分布を接するマヤサンオサムシとイワワキオサムシにおいて,特にマヤサン側で雌雄交尾器形態の形質置換が生じていることをこれまでに明らかにしてきた.今年度はこれをもたらす淘汰要因の解明のため,種間交尾のコスト(交尾時間,精包サイズ)の低減に関わる形態形質の特定を進めた.その結果,オス交尾器にある交尾片が長い個体ほど種間交尾で被るコストが少ないことが明らかとなった.すなわち,分布接触域で生じている交尾器形態の形質置換に対応する淘汰を検出することに成功した.交尾器形態の多様化をもたらす発生過程の解明:マヤサンオサムシとイワワキオサムシの蛹期における形態形成過程を,マイクロCTによって解析してきた.今年度は2種の雌雄交尾器それぞれの発生スケジュールがほぼ明らかとなり,形態の多様化をもたらす要因として,オス交尾器では異時性が,メス交尾器では成長率の違いが大きな役割を果たすことが判明した.また,巨大な交尾器を持つドウキョウオサムシについても解析を進めており,上記の結果と相補的な結果を得つつある.交尾器形態の進化をもたらす淘汰要因の解明については,これまでの性淘汰に加え,種間接触に伴う強化淘汰の検出にまでこぎ着けることができ,当初の目的をほぼ達成した段階に到達したといえる.交尾器形態の多様化の発生基盤の解明については,土台となる発生過程の記載が完成した段階に到達した.この知見を元にすることで,遺伝子発現の種間比較解析を効率良く行うことが可能となった.交尾器形態の淘汰要因の解明については,強化淘汰と拮抗的に働く種間の遺伝子流動の効果をより詳しく特定するため,次世代シーケンサーを用いたゲノムワイドな多型に基づく集団遺伝解析を行う.交尾器形態の多様化の発生基盤の解明については,既存研究では発生時期・部位の絞り込みが甘かったため,交尾器形態の多様化を司る遺伝子の特定に至らなかったが,本計画では種特異的な交尾器部位が形成される詳細な時空間情報が得られた.この情報を利用し,多様性が生じるタイミングの蛹から該当部位のサンプルを収集し,遺伝子発現解析へと進む.本研究は,交尾器形態の多様化が種分化を推し進める過程を,マクロとミクロの両面から検証する.特に,1形態の多様化をもたらす淘汰要因,2形態分化が種分化過程におよぼす影響,3形態の多様化の背景にある遺伝発生学的基盤,の3点を明らかにすることを目的とする.材料は,多様な交尾器形態を持ち,種分化研究の進んでいるオオオサムシ類を用いる.形態,行動,系統の知見が蓄積している材料について,計画的な実証研究によるマクロ的視点からのデータと,マイクロCTや次世代シーケンスといった最新の手法によるミクロ的視点からのデータを積み重ねることで,形質分化による種分化機構の多角的,統合的理解を目指す.交尾器形態の分化をもたらす性淘汰について,イワワキオサムシとマヤサンオサムシを用いた2回交尾実験により,雄間競争に関わる異なる形の性淘汰をそれぞれの種で検出した.この結果を国際昆虫学会議で発表し,現在は論文執筆を進めている.交尾器形態の分化をもたらす自然淘汰について,マヤサンオサムシの亜種を用いた形質置換の検証を行った.交尾器形態はイワワキオサムシと分布を接する亜種でより長くなる形質置換を示したが,長くなった交尾器の機能を行動実験で検討したところ,交雑を避ける機能を持たないことを明らかにした.よって,形質置換が交尾器形態の分化をもたらす可能性は低いと考えられた.交尾器形態の分化が種分化に通じる可能性について,マヤサンオサムシ亜種間の交配実験により検討した.交尾器形態の差異が大きな亜種間では精包形成率が低下し,雌が傷つく率が上昇したことから,交尾器形態の分化は種分化に繋がりうることを明らかにした.交尾器形態の発生過程の解明のため,マヤサンオサムシ,イワワキオサムシ,ドウキョウオサムシの蛹のサンプルを飼育によって収集した.マイクロCT解析のための固定法と染色法の検討のため,予備的解析を行った.交尾器形態の分化をもたらす淘汰要因の検討については,性淘汰,自然淘汰共に順調に実験データを収集しつつあり,すでに論文発表可能な段階に来ているものもある.交尾器形態分化に伴う生殖隔離についても,すでに実験データが蓄積しており,2017年度に少量の追加サンプルを得るだけで論文発表できる段階に達する.交尾器形態の発生過程の解明については,サンプルの処理方法が最適化されつつあると共に,解析に必要な器具やソフトウェアの整備を進め,2017年度以降の本格的な解析に対応できる体制が整いつつある.(1)形態分化の淘汰要因:マヤサンオサムシの交尾器形態の地理的変異が生殖的形質置換である可能性を検討するため,姉妹種であるイワワキオサムシと分布を接する4集団と,異所的な2集団を用いて交雑コストの測定とその回避の可能性を検討した.その結果,交雑コストを回避しうる集団が見いだされたが,それは必ずしも側所的な集団ではなかった.

これは,交尾器形態変異が形質置換ではない可能性,あるいは,過去に生じた形質置換が,その後に生じた交雑により消失する過程である可能性を示唆する.これを確認するため,次年度は集団遺伝解析によって,交雑の程度を推定することを試みる.(2)形態分化が種分化におよぼす影響:交尾器形態に地理的変異を持つマヤサンオサムシ集団間の交雑実験により,機械的生殖隔離を生じる形態差を定量した.その結果,雌雄交尾器のサイズ差が大きくなるほど精包形成率が低下し,授精に失敗することが明らかとなった.この結果を論文にまとめるための作業を行い,ほぼ完成した.(3)遺伝発生学的基盤:マヤサンオサムシと近縁で交尾器形態の異なるイワワキオサムシの蛹をマイクロCTにより観察し,交尾器形態の発生過程と形態分化が生じる段階を明らかにした.これまでに,それぞれの種の雄交尾器の発生過程を明らかにし,種特異的な交尾器形態が46日令の蛹で形成されはじめること,また,発生開始のタイミングが種間でずれることから,異時性の関与が示唆されることを明らかにした(1)形態分化の淘汰要因:性淘汰の文脈では既にデータを取り終えている.形質置換の文脈では,仮説が支持されない可能性を含めて検討を進めているが,これは当初の予想の範囲である.(2)形態分化が種分化におよぼす影響:既に論文作成に取り組んでおり,順調に進んでいる.(3)遺伝発生学的基盤:雄交尾器の発生についてほぼデータが出そろった.残りの雌交尾器(2種)と,巨大な交尾器を持つもう一種(ドウキョウオサムシ)の雌雄交尾器は次年度に解析できる予定である.本研究は,交尾器形態の多様化が種分化を推し進める過程を,マクロとミクロの両面から検証するものである.特に,形態の多様化をもたらす淘汰要因,形態分化が種分化過程におよぼす影響,形態の多様化の背景にある遺伝発生学的基盤の3点を明らかにすることを目的とする.材料は,多様な交尾器形態を持ち,種分化研究の進んでいるオオオサムシ類を用いている.交尾器形態の生殖的形質置換をもたらす強化淘汰の検出:側所的に分布を接するマヤサンオサムシとイワワキオサムシにおいて,特にマヤサン側で雌雄交尾器形態の形質置換が生じていることをこれまでに明らかにしてきた.今年度はこれをもたらす淘汰要因の解明のため,種間交尾のコスト(交尾時間,精包サイズ)の低減に関わる形態形質の特定を進めた.その結果,オス交尾器にある交尾片が長い個体ほど種間交尾で被るコストが少ないことが明らかとなった.すなわち,分布接触域で生じている交尾器形態の形質置換に対応する淘汰を検出することに成功した.交尾器形態の多様化をもたらす発生過程の解明:マヤサンオサムシとイワワキオサムシの蛹期における形態形成過程を,マイクロCTによって解析してきた.今年度は2種の雌雄交尾器それぞれの発生スケジュールがほぼ明らかとなり,形態の多様化をもたらす要因として,オス交尾器では異時性が,メス交尾器では成長率の違いが大きな役割を果たすことが判明した.また,巨大な交尾器を持つドウキョウオサムシについても解析を進めており,上記の結果と相補的な結果を得つつある.交尾器形態の進化をもたらす淘汰要因の解明については,これまでの性淘汰に加え,種間接触に伴う強化淘汰の検出にまでこぎ着けることができ,当初の目的をほぼ達成した段階に到達したといえる.交尾器形態の多様化の発生基盤の解明については,土台となる発生過程の記載が完成した段階に到達した.この知見を元にすることで,遺伝子発現の種間比較解析を効率良く行うことが可能となった.
14-3-3タンパク質の安定性制御を介した植物栄養応答の分子基盤の解明

本研究では,植物の糖(C)と窒素(N)に着目した複合的な栄養応答(C/N応答)の分子基盤解明を目標に,シロイヌナズナにおいてC/N応答制御分子として同定したユビキチンリガーゼATL31と、その標的である14-3-3タンパク質の機能解析を遂行する。前年度の研究ら, ATL31の14-3-3結合部位をリン酸化するプロテインキナーゼとしてCIPK14を同定した。CIPKは細胞内栄養素の恒常性維持において重要な役割を担っている。CIPK14過剰発現および機能欠損変異体を用いた解析から、CIPK14が発芽後成長時におけるC/N応答に寄与することが示された。CIPKは単独では不活性型として存在するが、Ca2+結合タンパク質であるCBLが結合することで活性化する。In vitroでのリン酸化解析から、CBL8がCa2+依存的に、CIPK14による14-3-3結合部位のリン酸化を促進することを突き止めた。Ca2+は二次伝達物質として、様々なシグナル伝達経路で機能する。また、CとNの変化に応じて細胞内のCa2+濃度が上昇することも報告されている。そこで、Ca2+のキレート剤であるEGTAを用いて、C/N応答におけるCa2+の影響を検証した。EGTAを加えることで、高C/低N条件下における発芽後成長の阻害率が増加した。一方、低C/高N条件下では、EGTAの有無で発芽後成長に大きな差は見られなかった。これらの結果は、Ca2+が高C/低N条件下における発芽後成長の阻害に対し、抑制的に作用することを示している。以上の成果は, C/N応答の制御におけるCa2+の重要性を示すとともに、Ca2+を介したシグナル伝達経路においてCBL8-CIPK14、ATL31および14-3-3が機能する可能性を示唆する。(抄録なし)1a.14-3-3との相互作用に重要なリン酸化部位の同定およびそのリン酸化とC/Nの関係性の検証相互作用解析から,ATL31の209番目のスレオニン残基(T209)が14-3-3との結合に特に重要であることを明らかにした。加えて,リン酸化T209ペプチドがATL31と14-3-3との相互作用を競合的に阻害することも確認した。さらにリン酸化T209ペプチドを基に抗体を作製し,各C/N条件におけるT209のリン酸化状態を検証した。その結果,低C/高N条件に比べ高C/低N条件ではT209のリン酸化割合が高いことが示された。以上の結果から,ATL31はリン酸化依存的に14-3-3と結合し,そのリン酸化はC/Nに応じて変動することを明らかにした。1b.14-3-3結合部位をリン酸化するキナーゼの同定と機能解析マイクロアレイデータベースからC/Nに応じてATL31をリン酸化するキナーゼの候補としてCIPK7,CIPK12およびCIPK14を同定した。また,In vitro phosphorylation assayからCIPK14がT209をリン酸化することを明らかにした。以上の結果から,これら3つのキナーゼがC/Nに応じてATL31の14-3-3結合部位をリン酸化する可能性が強く示唆された。2.C/Nに応じて14-3-3との結合性が変動する細胞膜タンパク質の同定と機能解析FLAGタグを付加した14-3-3過剰発現体を異なるC/N条件で処理し,タンパク質を抽出後,抗FLAG抗体を用いた免疫沈降を行った。MS解析を用いて14-3-3と共沈降したタンパク質を同定し,非標識法で各C/N条件間での共沈降タンパク質の量を比較解析した。その結果,既知の14-3-3結合タンパク質に加え,多くのタンパク質がC/Nに応じて14-3-3との結合性が変動することを明らかにした。

これらの結果は、Ca2+が高C/低N条件下における発芽後成長の阻害に対し、抑制的に作用することを示している。以上の成果は, C/N応答の制御におけるCa2+の重要性を示すとともに、Ca2+を介したシグナル伝達経路においてCBL8-CIPK14、ATL31および14-3-3が機能する可能性を示唆する。平成24年度は年次計画に記載した項目に関して概ね計画通り解析を行い,研究目的を達成する上で重要となる結果を複数得ることができた。しかし,変異体の作出に関しては若干遅れが生じていることから達成度を上記のように評価した。平成25年度の推進方策に関しては,交付申請書に記載した計画通りに遂行する予定である。(抄録なし)
二重配合ナイロン6-ヨウ素コンプレックスの構造と電気伝導度

本研究の当初の目標のうち、ナイロン6-ヨウ素コンプレックスの電気伝導度の測定は(1)電極に白金板とカーボンペーストを用いることで達成された。その上で(2)白金電極による2端子法から伝導度の経時変化と接触のオーミック性が確認された。当初の計画では白金以外の金属として金電極を使用する予定であったが、通電以前に金電極の表面が侵食されることが実験からわかり、このコンプレックスとの接触には白金が最適であった。これは電圧印加がなくてもコンプレックス中に金の粒子が拡散するためと考えられる。つまりナイロン6は高い吸湿性に代表されるように水や金属イオンの拡散が容易な素材であるが、ヨウ素のド-ピングによってイオンや分子よりも更に大きい粒径の金属粒子をも容易に(接触させるだけで)取り込むことができることを意味している。また2端子法による直流抵抗率の測定から、コンプレックスの電気伝導は初期においてはイオン伝導が主流であることがわかった。比抵抗は10^2Ω・cmから10^4Ω・cmまで時間経過に比例して増加し、電極からのヨウ素(ガス)の昇華も見られた。個体であるにもかかわらずコンプレックス中では(陽・陰)イオンの移動が非常に容易であるとともに、イオン濃度の偏りが短時間ながらも電位差を生じさせることが判明した。金粒子の拡散とも考えるとこのコンプレックスはあたかも溶液に類似した構造をもつものと考えられる。今後の課題としてアモルファスと秩序構造を対比させつつ、秩序構造中のイオンの移動過程を明らかにする必要がある。そのために本年度は達成できなかったが二重配向コンプレックスの電気伝導度と小角散乱実験を今後行う予定である。なお本年度で明らかになった結果は第45回高分子学会年会(′95年5月)で発表の予定である。
光IT技術による無誘導ディジタル心電計

光関連の情報技術(光IT)の進歩が著しい。これを利用した医用生体の分野における電位センサを開発した。この内、ここでは、主として心電計を取り上げた。心電計は、体の12ヶ所の電位波形を測定し、その波形をもとに心臓が正常であるかどうかを判断する。このために多チャネルの電位測定が必要である。従来型の動作原理は、体に電極を付けて信号を拾い、ペン記録計で記録するという、単純なものである。心電計の配線等から電磁誘導による障害が起こる。また、最近では、携帯電話などの影響も受ける。本研究における光IT技術では、上述の問題点は、光情報に変換伝送して解決することができた。実際の心電測定は、人体の12ヶ所を測定しなければならない。つまり多点測定が必要である。本研究では、下記の多重化法を提案開発した。WDM(波長分割多重)方式は、各点の生体電位情報を別々の波長の光情報に変換して、光フィルタで弁別する。本研究では、3色のLEDによって3チャネルの弁別を可能とした。この方法が最も簡易で実用性も高いことがわかった。CDMA(符号分割多元接続)方式は、各測定点に特定のPN符号を割当て、スペクトル拡散方式によって被測定信号を変調伝送するものである。本研究では、上記装置を試作し、実際に多チャネルの信号伝達が可能であることを示した。TDM(時分割多重)方式TDM(時分割多重)は、多点生体電位情報を時分割で伝送する。同期伝送をおこなうため、同期信号を配布しなければならない。このための最も簡易な方法として、蛍光灯の光信号を用いる方法を提案し、これを実現した。上記の検討、および、実験的評価によって、光IT技術が、心電計のような生体電位の計測に有効であることを確認した。1.光IT型生体電位計測システムの検討光IT技術を用いた心電計を開発し、それが実用的になり得ることを示した。診療用の心電計としては、発光型ディジダル方式が最も優れていることを実験的に明きらかにした。2.光IT方式の問題点の検討光IT方式において、重要なキーポイントである誘導雑音の除去に関して、DSPによるディジタルフィルタ方式を採用し、より良く誘導雑音除去ができることを実証した。3.ディジタル回路の最適化心電波形の表示に関するソフトを開発し、簡単に表示できるようにした。また、多チャネル化の方法として、CDMA(符号多事化)方式が最適であることを見いだし、この回路の基本的設計をおこなった。4.発光方式の問題点の検討発光方式のポイントである光プロトコルであるIrDAデバイスを改良し、光の高出力化によって、より実用的な応用が可能になった。5.光ファイバ伝送方式の検討光ファイバ方式についても検討を行いセンサ用として可能性が高いことを見いだした。

実際の心電測定は、人体の12ヶ所を測定しなければならない。つまり多点測定が必要である。本研究では、下記の多重化法を提案開発した。WDM(波長分割多重)方式は、各点の生体電位情報を別々の波長の光情報に変換して、光フィルタで弁別する。本研究では、3色のLEDによって3チャネルの弁別を可能とした。この方法が最も簡易で実用性も高いことがわかった。CDMA(符号分割多元接続)方式は、各測定点に特定のPN符号を割当て、スペクトル拡散方式によって被測定信号を変調伝送するものである。本研究では、上記装置を試作し、実際に多チャネルの信号伝達が可能であることを示した。TDM(時分割多重)方式TDM(時分割多重)は、多点生体電位情報を時分割で伝送する。同期伝送をおこなうため、同期信号を配布しなければならない。このための最も簡易な方法として、蛍光灯の光信号を用いる方法を提案し、これを実現した。上記の検討、および、実験的評価によって、光IT技術が、心電計のような生体電位の計測に如何に有効であることを確認した。
界面ダイナミクスの評価と制御による革新的機能材料の創製

多結晶材料の機能特性は,材料の不可避的に存在する「界面」の存在に著しく影響される。本研究では「界面ダイナミクス」として,「界面反応」と「界面移動」に着目し,ナノ・原子スケールでの評価と制御により,1「固/気相界面反応」を利用したフレキシブル導電性IV族系酸化物半導体の開発,2「バリアント界面移動」の制御に基づく高温型新規ジルコニウム基形状記憶・超弾性合金の創製を試みる。本研究の遂行には,共同研究先となるウィーン大学が開発した「ナノ結晶における結晶子の評価や内部ひずみの定量化」の解析技術が必要不可欠であるため,現地にて本技術を習得して改良し革新的機能材料を開発する。
高度耐塩性雑草による熱帯塩類集積土壌及び植生環境修復特性の解析

これまでと同様に、タイ国研究者との共同研究により、タイ国東北部の塩類集積地域において、中程度の集積土壌として設置した実験圃場(P圃場)および塩類集積程度が高い圃場(K圃場)において、数種耐塩性維草の栽培を継続し、それぞれの雑草栽培による修復程度の経時変動を検討した。一方、実験室においては、イネおよび各種植物を供試し、耐塩性機構に関する基礎的研究を実施した。本年度に得られた成果の概要は以下のように要約される。1.P圃場においては、雨季および乾季のいずれにおいても、雑草栽培区では、昨年度に比べ、土壌水分含量の保持やNaなどの塩類含量の低下などの修復効果が一層顕著となった。また、こうした修復効果は、雑草間で異なり、植物体地上部による土壌被覆程度に依存していた。K圃場では、栽培区間において修復効果にバラツキがあったが、修復効果については、上記のような傾向が認められた。これらの結果は、雑草を利用した塩類集積土壌の修復は、土壌表面からの水分蒸発の抑制を主因として発現しているものと想定された。なお、雑草栽培によって土壌修復が進むと、その後は、雑草間の競争が起こり、各雑草区に他の雑草が侵入した区があった。こうした結果は、耐塩性雑草の利用による塩類土壌の修復が有効であり、また、修復された場合には、一般土壌と同様な植生に回復することが示唆された。2.タイ国の塩類集積土壌に広く生育している雑草タツノツメガヤおよびムラサキヒゲシバは、塩類を積極的に吸収する一方で、体内濃度が過剰になると茎葉から排出して一定濃度を維持することによりNa/K比の上昇を保持して耐塩性を示していることが明らかにされた。また、イネ品種間における耐塩性には、光合成能の低下に伴って、酵素による代謝物還元機能によって発生するアンモニアが過剰に蓄積して発現すること、また、塩ストレスにおける抗酸化酵素系、適合溶質おアンモニア蓄積に関連した数種酵素の動態と遺伝子レベルの関連が明らかにされた。これらの結果は、高濃度塩類による環境ストレスに関する基礎的情報を提供した。本研究は、タイ国の研究者との共同研究により、タイ国東北部の塩類集積地域で生育している耐塩性雑草の中から数種を選抜し、先駆植物として供試したタイ国における土壌修復実験を実施するとともに耐塩性機構を解析し、雑草による塩類土壌の修復に関する基礎的知見を得ようとするものである。本年度は、1999年から、現地の塩類集積土壌において、数種類の雑草を栽培している実験圃場(P圃場)の維持、ならびに、高度な土壌修復効果の期待されるPanicum repenやCynodon dactylon等の耐塩性雑草を、本年より塩類集積程度が高い圃場(K圃場)での栽培を開始し、それぞれを実験に供した。なお、実験室において、イネおよびヒエ類、更に、組織培養法により選抜した耐塩性雑草を供試し耐塩性機構に関する基礎的研究も実施した。得られた成果の概要は以下のように要約される。1.P圃場では、いずれの雑草栽培区においても、対照区(裸地)に比べ、Na集積量が著しく減少し、土壌水分含量が増加したが、こうした傾向は土壌表層ほど顕著であった。

なお、このような修復効果は、P.repensで最も顕著であり、また雑草間で修復程度が異なったが、いずれも、植物体地上部による土壌被覆程度と密接に関連していた。また、すでにP.repensを主として雑草が生育していた地域において、雑草を除去して裸地とした土壌は、雑草の生育を継続していた土壌に比べ、土壌表層には、高濃度のNaが蓄積し、水分含量の低下等認められるなど、塩類集積土壌へと変化していた。上記の結果より雑草を利用した塩類集積土壌の修復は、土壌表面からの水分蒸発の抑制を主因としていると想定された。なお、K圃場は、高度塩類集積土壌であり、また、例年に比べ本年は、降水量が少なかったこともあり、全般的に生育が劣ったが、P.repens栽培区では、若干の修復効果がみられた。2.数種植物を供試し、耐塩性機構を解析した結果、従来より言われてきたNaの体内濃度低下機能に加え、抗酸化系酵素の活性、窒素化合物、アミノ酸ならびにポリアミン類の代謝調節能が耐塩性と密接に関与していることが明らかになった。昨年度に引きつづき、タイ国研究者との共同研究により、タイ国東北部の塩類集積地域において、中程度の集積土壌として設置した実験圃場(P圃場)ならびに塩類集積程度が高い圃場(K圃場)において、数種耐塩性雑草の栽培を継続し、それぞれの雑草栽培による修復程度を検討した。一方、実験室においては、イネおよびヒエ類などの各種植物を供試し、耐塩性機構に関する基礎的研究を実施した。得られた成果の概要は以下のように要約される。1.P圃場においては、雨季および乾季ともに、いずれの雑草栽培区においても、昨年に比べて、土壌水分含量の保持やNaなどの塩類含量の低下などの修復効果の促進が認められた。しかし、雑草間で修復程度が異なり、また、こうした修復効果は、植物体地上部による土壌被覆程度と密接に関連していた。K圃場では、雨季においては、昨年に比べ、いずれの雑草栽培区においても、対照区Na集積量の著しい減少や、土壌水分含量の増加等の修復効果の促進が確認された。これらの結果は、雑草を利用した塩類集積土壌の修復は、土壌表面からの水分蒸発の抑制を主因として発現していると想定された。なお、乾季においては、極端な乾燥が続いたため、ほとんどの雑草が枯死に至り、雨季における回復が懸念された。2.イネ品種間における耐塩性には、アンモニア蓄積量が支配要因となっていることなど、塩類による植物生育障害は、窒素代謝の変動により発生するアンモニア生成が密接に関与していることが明らかにされた。また、植物の耐塩性には、Naの体内濃度を低下させる機能と共に塩ストレスによって発生する活性酸素を消去する抗酸化系酵素の活性が重要な役割を果たしており、後者においては、サリチル酸がシグナル物質として関与していることが示唆された。これまでと同様に、タイ国研究者との共同研究により、タイ国東北部の塩類集積地域において、中程度の集積土壌として設置した実験圃場(P圃場)および塩類集積程度が高い圃場(K圃場)において、数種耐塩性雑草の栽培を継続し、それぞれの雑草栽培による修復程度の経時変動を検討した。一方、実験室においては、イネおよび各種植物を供試し、耐塩性機構に関する基礎的研究を実施した。本年度に得られた成果の概要は以下のように要約される。1.P圃場においては、雨季および乾季のいずれにおいても、雑草栽培区では、昨年度に比べ、土壌水分含量の保持やNaなどの塩類含量の低下などの修復効果が一層顕著となった。また、こうした修復効果は、雑草間で異なり、植物体地上部による土壌被覆程度に依存していた。
革新的光学干渉法による複雑系物質輸送過程の計測

本研究では,これまでに確立してきた物質拡散係数導出法を用い,ヒト体内環境がタンパク質の物質輸送現象にどのような影響を及ぼすかについて,周囲環境を変えた観察実験を行い,その評価を行ってきた.無機塩溶質の濃度勾配が存在する中,外力の影響を受けてタンパク質移動現象がどのように変化するかについて観察実験を行った.タンパク質が有する構造が物質拡散の濃度依存性に大きな影響を及ぼしていくことを実験的に明らかにした.本研究では,これまでに確立してきた物質拡散係数導出法を用い,ヒト体内環境がタンパク質の物質輸送現象にどのような影響を及ぼすかについて,周囲環境を変えた観察実験を行い,その評価を行ってきた.無機塩溶質の濃度勾配が存在する中,外力の影響を受けてタンパク質移動現象がどのように変化するかについて観察実験を行った.タンパク質が有する構造が物質拡散の濃度依存性に大きな影響を及ぼしていくことを実験的に明らかにした.本研究では,研究代表者がこれまでに確立してきた微量試料で物質拡散係数を導出する測定法を用い,ヒト体内環境がタンパク質の物質輸送現象にどのような影響を及ぼすかについて,周囲環境を変えた観察実験を行い,その評価を行ってきた.試料としては卵白より抽出されるリゾチームを用いた.計測に先立ち,研究代表者が既に設計開発していた高精度干渉計を改良した.所属機関に既存の干渉計は試験光の光軸径が1/2インチであるため,これを1インチに拡張した.装置固有の測定誤差要因を除去するために,各光学デバイスには使用光源の波長632.8nm用のコーティングを行い,実験による偏り誤差を5%以内に抑えた.また,同条件で繰り返し実験を行い偶然誤差による不確かさ評価を低減させ,高信頼度のデータを取得できるシステムを構築した.この測定システムに新たな画像処理技術を導入し,測定実験の高効率化を図った.この測定系を用い,上記タンパク質の拡散実験を実施した.医学系研究協力者の意見をもとに擬似生体条件下でタンパク質非定常拡散場の観察実験を実施した.具体的には,リゾチームの拡散現象と溶液のpHとの関係を明らかにした他,移動物質(溶質)が系内に複数存在する多成分系の拡散現象に着目し,無機塩溶質の濃度勾配が存在する中,クーロン力の影響を受けてタンパク質移動現象がどのように変化するかについて観察実験を行った.この結果,無機塩溶質が希薄な状態では,タンパク質および無機塩は互いに独立した拡散現象を呈することを明らかにした.また次年度の研究へのアプローチとして,生体組織を模擬した多孔質体の製作に着手した.これには海外研究協力者の意見を踏襲し,巨大分子であるタンパク質と生体組織膜とのスケールの関係を定量的に模擬できるようにした.この多孔質体を用いて,次年度,複雑系におけるタンパク質物質移動現象の観察実験を実施していく.本研究では,これまでに確立してきた微量試料で物質拡散係数を導出する測定法を用い,ヒト体内環境がタンパク質の物質輸送現象にどのような影響を及ぼすかについて,周囲環境を変えた観察実験を行い,その評価を行う.研究2年目の本年度は,研究フェーズの中間ステップとなる「拡散観察実験」および「モデリング」に重点を据えて研究を遂行した.研究代表者が有する高精度計測装置を最大限に利用し,拡散現象のモデリングに必要な条件下でパラメトリックな観察実験を行ってきた.「拡散観察実験」では,昨年度に引き続き,移動物質(溶質)が系内に複数存在する多成分系の拡散現象に着目し,無機塩溶質の濃度勾配が存在する条件下でタンパク質移動現象がどのように変化するかについて観察実験を行った.昨年度よりも濃度勾配の範囲を広げ,より生体内環境に近い条件についても実験・検討を行った.また,外力によりタンパク質やアミノ酸輸送現象の能動制御が可能であるかの基礎的実験を行った.具体的には電場を印加した実験を行い拡散現象を評価した.その結果,物質移動現象を能動的に制御するには,強力な外力場の印加が必要となり,生体に適用する場合は副作用的な要素も十分考慮しなければならないことが明らかとなった.今後は,その制御性についてより詳細的に検討していく予定である.「モデリング」においては,多孔質内の熱物質移動を専門とする海外の連携研究者と議論を行い,自由拡散では表記できない物質移動現象について,多孔質媒体の拡散現象記述を利用することとなった.今後,複雑媒体内での高精度拡散現象観察実験を実施し,モデルに寄る濃度分布の推定と実験結果を比較検討することで,採用モデルの妥当性を評価していくこととなった.これについては次年度集中的に行うこととした.本研究では,光学干渉計を用いてタンパク質の物質輸送現象を精緻可視化し,周囲環境が非定常拡散場に及ぼす影響について評価する.研究3年目の本年度は,研究フェーズの後半ステップとなる「モデリング」および「データベースの構築」を中心に研究を遂行した.また,昨年度に引き続き,外力によるタンパク質輸送現象の変化についても進めた.昨年度の実験成果から,電場の印加実験においては,強力な電場を拡散場に印加しなければ物質輸送現象に影響を及ぼさないことが明らかとなっており,本年度は印加電圧と物質輸送の変化量の関係を精緻に観察するために,高精度計測装置を最大限に利用し,わずかな電場印加で実験を行った.また,新たなパラメータとして,拡散場のpHを変化させて実験を行った.

「モデリング」において,これまで行ってきた温度,濃度,および成分構成の他に,新たなパラメータを増やすことで拡散現象を観察し,周囲環境諸条件がどのように物質輸送現象に寄与するかを総合的に評価した.「データベースの構築」においては,これまで試料として用いてきたタンパク質であるLysozymeの他に, BSAも試料として加え,これまでと同じパラメータ条件の下,実験を行った.両者は分子量等が大きく変わるわけではなく,等電位点も大きな差はない.しかし,統計力学的な視点からは,剛体球および軟体球でモデル化されるところに大きな違いがある.この違いが物質輸送現象にどのような影響を及ぼすかについても検討を行った.研究最終年度ではあったが,半年の研究期間延長を選択し,H24年度においてより深い実験を実施した.これらの新パラメータを考慮した更なる実験により,タンパク質の構造自体が物質拡散の濃度依存性に大きな影響を及ぼしていくことを実験的に捉えることができた.今後,得られた成果を国際雑誌に投稿していく予定である.24年度が最終年度であるため、記入しない。24年度が最終年度であるため、記入しない。
18-19世紀転換期イギリスの貿易金融-フィリップス=ボディントン商会の活動

すでに所有していたPhilips家の史料4巻約4000頁の焼き付けと、その読み込みを中心に作業を進めた。本史料は、1801-1803年、海上保険業と受託販売業を兼業したGeorge Philips & Co.の残した帳簿(取引日記帳1、仕分帳2、元帳2、受取手形および支払手形記入帳各1、銀行帳1、領収書綴1冊)と商業書簡(イギリス、ヨーロッパ、アメリカおよび西インドに向けて、同社が出した書簡を写したノート6冊と、1802年の数カ月における同社宛の書簡とそれに対する返事の要約のノート1冊)を含み、これらの精読による同社の事業内容の解明が課題とされた。現在の時点で明らかとなった点と今後の課題を以下に簡単に述べる。1海上保険業:同社は保険仲介業者であり、様々な船荷に対しアンダーライターを引き合わせて手数料収入を得ていた。イギリスを通過しない船、すなわちクロスの保険も引き受けている。事業をしていた2年間でほぼ270件の保険引き受けがあり、これについては全て整理は終了した。2受託販売業:同社は自己勘定の商品売買取引は行わず、受託販売業に徹していた。同社の取引相手はハンブルク、アムステルダム、パリ、アメリカ東海岸諸都市中心に数百人に及び、商品もコーヒー、砂糖、リネン、小麦粉から奴隷と当時のあらゆる国際的商品を含んでいる。これらの取引の一部を復元することはできたが、G.Philips & Co.のビジネス網の全貌の解明には至っていない。3決済:清算勘定を多用して複数の商取引の差額だけを為替で決済しているらしいが、帳簿にも省略が多く、それぞれの取引と手形を結びつけ、決済方法を復元するのは困難な作業であり、まだ進展していない。なお以上の研究で解明された部分を、国際商業史研究会で1997年3月1日発表した。
レトロウイルスを用いたDNAワクチンに代わる新たなRNAワクチンの開発

「RNAワクチン」とは、ウイルス感染防御抗原遺伝子をmRNAとしてウイルス粒子にパッキング後供給し、免疫を誘導するものである。本研究では、魚類のレトロウイルスであるSnRVを用い、魚類病原ウイルスである伝染性造血器壊死症ウイルスおよび神経壊死症ウイルスに対するRNAワクチンの開発を試み、in vitroでのRNAワクチン粒子の構築および発現に成功した。また、「mRNA型」ワクチンの発展型である「ds-RNA型」ワクチンを考案し、その感染防御効果をin vivoで確認した。近年、魚介類の増養殖事業の発展につれウイルス病の発症件数が著しく増加し、これらウイルス病対策の確立が緊急かつ重要な課題となっている。ウイルス病の多くは、薬剤による治療が困難なことから、飼育環境からの原因ウイルスの排除を中心とした防除対策が確立されてきたが、他方では積極的な予防法であるワクチンの開発が切望されている。現在までに、マダイイリドウイルスの不活化ワクチンが市販され、サケ科魚類の伝染性造血器壊死症(IHN)やヒラメのウイルス性出血性敗血症(VHS)ではDNAワクチンの開発が進められ、各々感染防御効果が確認されている。しかしながら、不活化ワクチンは抗原となるウイルスを培養するために生産コストが高く、またウイルスに対する感染防御で重要と考えられている細胞性免疫の誘導には不向きである。一方、遺伝子組換え体であるDNAワクチンは、細胞性免疫の誘導に有効であるが、食の安全の面で実用化には多くのハードルが残されている。そこで本研究では、従来のコンセプトと異なる新しいワクチン「RNAワクチン」パッキング後供給し、感染防御抗原遺伝子を標的細胞で発現させ、DNAワクチンと同様の免疫を誘導するものである。具体的には、魚類のレトロウイルスであるSnRVをRNAパッキング用ウイルス粒子原に用い、我が国の水産増養殖で甚大な被害をもたらしているIHNV、VHSVあるいは魚類ノダウイルス(NNV)のRNAワクチン開発を目指すものである。本研究では、従来のコンセプトとは異なる新しいワクチン「RNAワクチン」の開発・確立を目標としている。RNAワクチンとは、発現させたい感染防御抗原遺伝子をmRNAとしてウイルス粒子にパッキング後供給し、感染防御抗原遺伝子を標的細胞で発現させ、DNAワクチンと同様の免疫を誘導するものである。具体的には、魚類のレトロウイルスであるSnRVをRNAパッキング用ウイルス粒子原に用い、我が国の水産増養殖で甚大な被害をもたらしている伝染性造血器壊死症ウイルス(IHNV)、ウイルス性出血性敗血症ウイルス(VHSV)あるいはウイルス性神経壊死症ウイルス(NNV)のRNAワクチン開発をゴールとする。そこで本年度は、RNAワクチンの構築にあたりSnRV、IHNV、VHSVおよびNNVの遺伝子をクローニングとその解析を中心に行い、以下の成果を得た。1.レトロウイルスであるSnRVのゲノムは、LTR、プサイ配列、GagPol、Env遺伝子で構成される。そこで、LTR、LTR+プサイ配列およびGagPol遺伝子をSnRV感染細胞のゲノムより増幅し、クローニングベクターに組込み、各ORFの存在を確認した。SnRVのEnv遺伝子は、SnRV感染細胞内のmRNAよりEnv遺伝子をRT-PCRにより増幅し、クローニングベクターに組込み、ORFの存在を確認した。2.一方、IHNV、VHSVおよびNNVゲノムから、感染防御抗原タンパク質であるG遺伝子およびCP遺伝子を、IHNV遺伝子のRNAポリメラーゼ(L)遺伝子を、さらにレポーター遺伝子として用いる予定の緑色蛍光タンパク質(GFP)遺伝子を各々クローニングし、ORFの存在を確認した。4.トランスゾームおよびリポフェクタミンを用い、プラスミドpCR-GFPでBF-2細胞を形質転換したところ、各々の形質転換高率は1%および30%であり、以後の形質転換実験ではリポフェクタミンを用いることとした。本研究では、魚類のレトロウイルスであるSnRVのウイルス粒子に用いて、日本の水産増養殖で被害をもたらしている魚類病原ウイルスのRNAワクチンの開発を目指すものである。本年度は、SnRVの粒子形成遺伝子の宿主細胞への導入および発現条件について検討し、以下の成果を得た。1. TransomeおよびLipofectaminの形質転換効率について検討した結果、2μgの標的遺伝子を2μLのLipofectaminを混合した場合に、最も高率に形質転換されることが明らかになった。2. SnRVを紫外線で5分間処理することで、SnRVはRNAが破壊され完全に不活化されるが、ウイルス粒子内のintegrase活性は残存することが明らかになった。3. GFP遺伝子で標識した遺伝子で形質転換した細胞に、UV-処理したSnRV粒子を接種すると、ウイルス粒子のIntegraseによりGPF標的遺伝子が形質転換細胞のゲノムに組込まれ、さらに発現している様子が観察された。ただし、宿主ゲノムに組込まれた遺伝子のみが発現していることを再度確認する必要がある。4. SnRVを精製し、抗SnRVウサギ血清を作製した。また、魚類病原ウイルスであるIHNV,VHSVおよび魚類ノダウイルスを精製し、各ウイルスに対する抗血清も作製した。これらの血清は、形質転換細胞内における各ウイルスタンパク質の発現状況を確認するためのものである。

本研究は、従来のコンセプトとは異なる新しい魚類ウイルス病のワクチン「RNAワクチン」の開発・確立を目標としている。RNAワクチンとは、発現させたい感染防御抗原遺伝子をmRNAとしてウイルス粒子にパッキング後供給し、感染防御抗原遺伝子を標的細胞で発現させ、DNAワクチンと同様の免疫を誘導するものである。昨年度までに、魚類レトロウイルスであるSnRVの各遺伝子およびレポーター遺伝子のクローニングが完了し、インテグレーション条件を明らかにした。本年度は、インテグレート細胞のクローニング条件、標的遺伝子のパッキングと遺伝子発現について検討し、以下の成果を得た。1)SnRVのインテグラーゼにより標的遺伝子を組込んだ細胞を、Gemeticim(250μg/mL)含有培地で710日間培養することで、インテグレート細胞をクローニング可能であることが明らかになった。2)SnRVの構造タンパク質発現細胞で、SnRV由来のψ配列を有するレポーター遺伝子を発現させると、同遺伝子がSnRV粒子にパッキングされること、さらにレポーター遺伝子を保有するリアソータント粒子をBF細胞に接種することで、同レポーター遺伝子が発現されることを確認したが、その発現効率は低いものであった。同様の手法で、SJNNVの感染防御遺伝子およびψ配列を有するリアソータント粒子を作出する系を確立したが、標的遺伝子の発現については確認中である。3)レトロウイルスを応用したRNAワクチンは、感染防御遺伝子を用いた「m-RNA型」のワクチンであるが、本研究過程で「ds-RNA型」のRNAワクチンの有効性について、ニジマスおよびIHNVを用いた実験系で確認した。ds-RNA型は、m-RNA型ワクチンに比べ、感染防御効果が高く、様々なウイルス病の予防に容易に応用可能であることを確認した。
歯周疾患における細胞骨格関連分子を標的とした免疫応答制御法の開発

本研究は、歯周炎における生体防御の破綻に着目し、免疫細胞の高次機能を制御する細胞骨格再構築の観点から歯周炎による歯周組織破壊のメカニズムを解明し、その理解に立脚した新しい歯周治療を確立することを研究課題としている。前年度に引き続き、重症歯周病患者より得られたT細胞ハイブリドーマを用いて免疫学的、生化学的機能解析を行い、現在までに以下の成果を得た。1.歯周病原菌の一種であるPorphynomus gingivalisを抗原としてパルスした抗原提示細胞とT細胞ハイブリドーマの共培養を行い、免疫シナプス形成に異常が認められるかを検討した。TCR、LFA-1、PKC-θ、ラフトについて解析した結果、TCR、LFA-1、ラフトの免疫シナプスへの集積率が健常者T細胞ハイブリドーマと差がないのに比べてPKC-θに関してはおよそ5%低下していた。2.3H-チミジン取り込みによるDNA合成応答の測定とBrdUの取り込みによる細胞周期の測定を検討したところ、対照と比較して両者に大きな違いは認められなかった。3.細胞生死の測定を検討したところ、methylglyoxal(MG)によるアポトーシス誘導に差は見られなかった。また、生死を測定するシグナル伝達分子の活性測定としてAkt、Bad、Bc1-2、Bc1-xL/Sのリン酸化の比較をしたがいずれも変化がなかった。同様にリアルタイムPCRによるそれぞれのアポトーシス分子mRNAの発現の解析に関しても差が認められなかった。本研究は、歯周炎における生体防御の破綻に着目し、免疫細胞の高次機能を制御する細胞骨格再構築の観点から、歯周炎による歯周組織破壊のメカニズムを解明し、その理解に立脚した新しい歯周治療を確立することを研究課題としている。現在までに以下の成果を得た。1.重度歯周炎と診断された3人の被験者より了解を得て歯周炎病巣部と末梢血を採取した。病巣歯肉よりCD3陽性T細胞を抽出し、歯周病原性細菌の一種であるPorphyromonus gingivalisをパルスした抗原提示細胞と共に培養した。そこで抗原特異的T細胞増殖を認めたT細胞株について検討した。(1)T細胞の抗原受容体分子beta鎖V領域遺伝子の発現について解析した。その結果、23種類のT細胞株はVbeta5.2、Vbeta6、Vbeta7、Vbeta9の4種類のいずれかを発現していた。(2)得られたT細胞株の細胞表面抗原の表現型についてフローサイトメトリーにて解析した。その結果、23種類のT細胞株のすべてがCD4陽性のヘルパーT細胞であり、CD3、CD5、LFA-1、IL-2レセプター、CD28、CD40リガンド、CD44、CD62Lのいずれも末梢血T細胞に比べ、発現強度に異常は認められなかった。(3)得られたヘルパーT細胞のサイトカイン産生についてELISAとRT-PCRにて検討した。その結果、ELISAでは高レベルのIFN-gammaを産生するTh1細胞株が13種類、中レベルのIL-4を産生するTh2細胞が3種類、残りはほぼ同程度産生するTh0細胞であった。また、RT-PCRでも同様の結果が得られた。2.健常者と歯周病患者のT細胞の遺伝子差異を同定するため遺伝子サブトラクションを行った。いずれの差異にも細胞骨格関連分子は得られなかったが、2種類の機能unknownの分子を獲得した。1.前年度に得られた分子の遺伝子断片を伸長した結果、untranslated regionであったため、引き続き重度歯周病患者T細胞株と健常者T細胞株のサブトラクションを行った。そして新たに、焦点接着キナーゼファミリーの非受容体型タンパク質チロシンキナーゼであるproline-rich tyrosine kinase 2(Pyk2)が同定された。しかしながら、リアルタイムRT-PCR法を用いてPyk2の発現を再確認したところ、両T細胞間において差が認められなかった。2.生化学的解析の目的のため、重度歯周病患者T細胞株を用いてT細胞ハイブリドーマを作製した。このハイブリドーマはTCRβ鎖にVβ5.2を持ち、P.g菌を抗原と認識し増殖することが確認された。そして以下の解析結果を得た。(1)先で同定された分子Pyk2を考慮し、Immunoblotting法にてPyk2のリン酸化を解析したところ、Pyk2のTyr402のリン酸化が対照である健常者T細胞ハイブリドーマと比較しておよそ10%程度抑制されていた。(2)その他のシグナル伝達系においてLck、Zap70、CD3ζのリン酸化とCa^<2+>の動員を検討したが、いずれも対照と比較して有意差は認められなかった。(3)Transwellを使用してケモカインSDF-1に対する細胞遊走性について解析したところ、対照と比較してmigrationがおよそ5%抑制されていた。(4)アクチンを免疫染色し共焦点レーザー顕微鏡にてT細胞の極性化を観察したが、両T細胞間に違いは認められなかった。

本研究は、歯周炎における生体防御の破綻に着目し、免疫細胞の高次機能を制御する細胞骨格再構築の観点から歯周炎による歯周組織破壊のメカニズムを解明し、その理解に立脚した新しい歯周治療を確立することを研究課題としている。前年度に引き続き、重症歯周病患者より得られたT細胞ハイブリドーマを用いて免疫学的、生化学的機能解析を行い、現在までに以下の成果を得た。1.歯周病原菌の一種であるPorphynomus gingivalisを抗原としてパルスした抗原提示細胞とT細胞ハイブリドーマの共培養を行い、免疫シナプス形成に異常が認められるかを検討した。TCR、LFA-1、PKC-θ、ラフトについて解析した結果、TCR、LFA-1、ラフトの免疫シナプスへの集積率が健常者T細胞ハイブリドーマと差がないのに比べてPKC-θに関してはおよそ5%低下していた。2.3H-チミジン取り込みによるDNA合成応答の測定とBrdUの取り込みによる細胞周期の測定を検討したところ、対照と比較して両者に大きな違いは認められなかった。3.細胞生死の測定を検討したところ、methylglyoxal(MG)によるアポトーシス誘導に差は見られなかった。また、生死を測定するシグナル伝達分子の活性測定としてAkt、Bad、Bc1-2、Bc1-xL/Sのリン酸化の比較をしたがいずれも変化がなかった。同様にリアルタイムPCRによるそれぞれのアポトーシス分子mRNAの発現の解析に関しても差が認められなかった。
IPマルチキャストを利用した数値計算の分散コンピューティング

一般用途向けに市販されているハードウェアを用いて構築した計算機クラスタは,低コストかつ高性能な分散並列処理システムとして注目されている.しかし現在普及している通信インターフェースとして最も高速なGigabit Ethernetを用いたとしても,大量のデータ通信が発生する数値計算を効率的に分散処理するのは難しい.そこで本研究では,同一データの配信に関しては非常に効率の良いIPマルチキャストの活用を検討した.メッセージパッシング型の並列処理における通信手段としては現在MPIがもっとも普及しており,同一データの配信にはMPI_Bcastが定義されている.計算機クラスタ向けMPIの代表的実装であるMPICHは,TCPユニキャストの反復によりMPI_Bcastを実現しているため,ノード数の増大に伴って通信効率が低下する.一方,IPマルチキャストではパケットをすべての通信対象ノードに同時に到達させることが可能であるため効率が高い.ただし通信の信頼性が保証されていないため,本研究ではデータ受信ノードからの応答処理を組み合わせることによって信頼性を確保するとともに,スライディングウインドウの導入により効率の向上を図った.性能評価の実験環境としては,Gigabit Ethernetによって接続された24台構成の計算機クラスタを使用した.TCPによって実装された既存のMPI_Bcastと比較して,本研究で提案する手法はノード数が増大しても通信効率が低下することなく,1対1通信と同等のスループットが得られた.次にこの通信手法の応用として,大規模連立方程式の求解問題に適用し性能評価を行った.計算手法としては,疎行列に対応したコレスキー分解の一種である一般化スカイライン法を採用し,これを分散並列処理に対応させた上で各種通信手法を適用した.その結果,従来法ではノード数を増大させても6倍程度の高速化に留まるのに対し,本研究で提案する手法はノード数の増大に伴いスケーラブルに処理性能が向上し,24並列時に約14倍の高速化を達成した.1.IPマルチキャストを利用した数値データ配信手法の開発IPマルチキャストはUDPに基づくため,TCPと異なりプロトコルレベルでの通信の信頼性が保証されていない.したがってパケット喪失の検出や再送処理などの機能を追加することによって信頼性を確保する必要がある.本研究ではまずデータ送信ノードがデータパケットをマルチキャストで送出し,通信対象となるすべての受信ノードがそのパケットを受信すると肯定確認応答(ACK)をそれぞれ返送する手法を実装した.すべてのACKが返送されればそのパケットは通信成功と見なし,次のデータパケットを送出する.ACKが不足する場合には通信失敗と判断し同一データを再送する.さらにこの手法の通信効率を向上させるための発展形として,データとACKの通信を重畳させる手法を開発した.2.実験設備の構築と通信性能の計測現有設備であるFast Ethernetで接続された計算機クラスタを基礎として,当補助金によってギガビットスイッチとギガビットアダプタを導入し,今後の標準的なネットワーク環境といえるギガビット・イーサネットを有する実験設備を構築した.次に上記通信手法をC言語により本実験設備に実装し,動作試験と性能測定を行った.まず通信の確実性と安定性を確認するとともに,パケットの喪失を擬似的に発生させ,再送処理が正常に実行されることを確認した.次に本手法の通信性能を測定した.その結果,ノード数24のときに,MPIの代表的な実装であるMPICHのブロードキャストと比較して,約6.5倍の通信速度を得た.3.並列数値計算への適用同通信手法を連立方程式の求解法であるコレスキー分解の分散並列処理に適用し,並列処理性能を計測した.その結果,未知数約18万の連立方程式の求解では,標準的手法であるMPICHを採用した場合と比較して,ノード数24のときに約2倍の高速化を達成した.一般用途向けに市販されているハードウェアを用いて構築した計算機クラスタは,低コストかつ高性能な分散並列処理システムとして注目されている.しかし現在普及している通信インターフェースとして最も高速なGigabit Ethernetを用いたとしても,大量のデータ通信が発生する数値計算を効率的に分散処理するのは難しい.そこで本研究では,同一データの配信に関しては非常に効率の良いIPマルチキャストの活用を検討した.メッセージパッシング型の並列処理における通信手段としては現在MPIがもっとも普及しており,同一データの配信にはMPI_Bcastが定義されている.計算機クラスタ向けMPIの代表的実装であるMPICHは,TCPユニキャストの反復によりMPI_Bcastを実現しているため,ノード数の増大に伴って通信効率が低下する.一方,IPマルチキャストではパケットをすべての通信対象ノードに同時に到達させることが可能であるため効率が高い.ただし通信の信頼性が保証されていないため,本研究ではデータ受信ノードからの応答処理を組み合わせることによって信頼性を確保するとともに,スライディングウインドウの導入により効率の向上を図った.性能評価の実験環境としては,Gigabit Ethernetによって接続された24台構成の計算機クラスタを使用した.TCPによって実装された既存のMPI_Bcastと比較して,本研究で提案する手法はノード数が増大しても通信効率が低下することなく,1対1通信と同等のスループットが得られた.次にこの通信手法の応用として,大規模連立方程式の求解問題に適用し性能評価を行った.計算手法としては,疎行列に対応したコレスキー分解の一種である一般化スカイライン法を採用し,これを分散並列処理に対応させた上で各種通信手法を適用した.その結果,従来法ではノード数を増大させても6倍程度の高速化に留まるのに対し,本研究で提案する手法はノード数の増大に伴いスケーラブルに処理性能が向上し,24並列時に約14倍の高速化を達成した.