hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
環日本海域(日本,韓国および中国)における降雨・雪中に大気汚染物質の測定と解析

本年度は本研究課題について最終年度にあたるため,これまでの研究及び調査の取りまとめを中心にして研究を進めた。韓国においては前年度と同様に都市部及び農村部について調査を継続した。中国においては中国で発生した大気汚染物質が長距離輸送されて,我が国の酸性雨・雪に少なからぬ影響を及ぼしていることを昨年春に,中国政府は認めている。このことは本研究の研究代表者である平井に交付された科学研究費重点領域研究(昭和62,63年度)及び海外学術研究(平成元年度)で,西高東低の気圧配置の場合の降水中の硫酸イオン濃度が他の移動性前線型や停滞前線型等の気圧配置の場合の降水に比して,2倍程度高濃度であることを初めて見出している。理由として,日本海をへだてた大陸から輸送されることを予想していた。このため,昨年度の春に本研究班の日本側2名(平井英二,丁子哲治)と中国側1名(全浩)が酸性雨の影響が大きいとされている重慶市へ出張し,同市の環境科学研究所のスタッフと研究発表及び意見の交換を行った。この成果の一つとして,本年度秋に重慶市で本研究班と重慶市環境保護局とが主催し,大気汚染に関するシンポジウムを開催することを決定した。なお,日本の研究スタッフの研究成果の発表は本報告書に記載されている通り,多くの発表があるので,すべて述べることはできないので,酸性降水の土壌による中和反応について新しい知見をえた。よって,重慶市での研究及び調査と,土壌の中和反応機構の新しい知見について述べる。1重慶市及び中国での酸性降下物の動向「中日大気汚染防止対策シンポジウム-重慶′92」(平成2年10月,重慶市で開催,要旨集は本報告書に添付)と,重慶市環境保護局,中国の研究期間及び大学の意見を綜合する。中国での酸性雨は,日本や北アメリカ,ヨーロッパと比較すると,硝酸よりも硫酸の割合が多く含まれている硫酸型である。これは化石燃料消費の80%を占めている石炭中の硫黄含有量が多いことである。このことはエネルギーの利用効率の低いことと,脱硫が進んでいないことによる。また,北京や天津は重慶や貴陽と比較するに,硫酸イオン濃度はほぼ同じであるが,NH_4^+,Ca^<2+>の濃度は前者が高い。これらのデータをTable1に示す。このため,中国の北部では降水の酸性化は生じていない。北部は一部をのぞき,塩基性土壌が分布しているので,大気中の粒子状物質は,土壌の化学的性質を持っているので,降水に溶け込んだ場合,酸は中和されると推定される。換言すれば北西部の黄土高原とタクラマカン砂漠で発生する黄砂も酸性雨の中和の原因物質である。これに関係して本研究班の韓国の李敏煕は韓国を中心に研究を進めて,昨年3月に金沢大学より博士(工学)を得ている。2酸性降水の土壌による中和反応中和機構を実験によって明らかにした。土壌粒子そのものが持っている中和機構としては,粒子表面での陽イオン交換反応及びAl酸化物の溶解反応が考えられる。さらに土壌気相中のCo_2の溶解反応が関与し,これらの3つの化学反応が中和機構を構成していることが明らかになった。そして表流水の酸性化についてシミュレーションを行った。その結果,表流水を酸性化させる支配的な因子は降水の_pH,土壌の中和能,土壌気相中のCO_2濃度が関係している。なお,条件によっては,地下水が河川へ表流しても,その_pHは上昇せず,酸性にとどまるばかりでなく,生態系に阻害作用をもっているAlの溶出が起こることがシミュレートされた。今後は生物の取り込み等の生物的中和反応等の検討も行いたく考えている。今日までの中国との共同研究や指導について,中国の国家環境保護局の曲局長より奨状を昨年11月に頂いている。奨状のコッビイは本報告書に添付してある。中国の国外では最初の奨状である。

1重慶市及び中国での酸性降下物の動向「中日大気汚染防止対策シンポジウム-重慶′92」(平成2年10月,重慶市で開催,要旨集は本報告書に添付)と,重慶市環境保護局,中国の研究期間及び大学の意見を綜合する。中国での酸性雨は,日本や北アメリカ,ヨーロッパと比較すると,硝酸よりも硫酸の割合が多く含まれている硫酸型である。これは化石燃料消費の80%を占めている石炭中の硫黄含有量が多いことである。このことはエネルギーの利用効率の低いことと,脱硫が進んでいないことによる。また,北京や天津は重慶や貴陽と比較するに,硫酸イオン濃度はほぼ同じであるが,NH_4^+,Ca^<2+>の濃度は前者が高い。これらのデータをTable1に示す。このため,中国の北部では降水の酸性化は生じていない。北部は一部をのぞき,塩基性土壌が分布しているので,大気中の粒子状物質は,土壌の化学的性質を持っているので,降水に溶け込んだ場合,酸は中和されると推定される。換言すれば北西部の黄土高原とタクラマカン砂漠で発生する黄砂も酸性雨の中和の原因物質である。これに関係して本研究班の韓国の李敏煕は韓国を中心に研究を進めて,昨年3月に金沢大学より博士(工学)を得ている。2酸性降水の土壌による中和反応中和機構を実験によって明らかにした。土壌粒子そのものが持っている中和機構としては,粒子表面での陽イオン交換反応及びAl酸化物の溶解反応が考えられる。さらに土壌気相中のCo_2の溶解反応が関与し,これらの3つの化学反応が中和機構を構成していることが明らかになった。そして表流水の酸性化についてシミュレーションを行った。その結果,表流水を酸性化させる支配的な因子は降水の_pH,土壌の中和能,土壌気相中のCO_2濃度が関係している。なお,条件によっては,地下水が河川へ表流しても,その_pHは上昇せず,酸性にとどまるばかりでなく,生態系に阻害作用をもっているAlの溶出が起こることがシミュレートされた。今後は生物の取り込み等の生物的中和反応等の検討も行いたく考えている。今日までの中国との共同研究や指導について,中国の国家環境保護局の曲局長より奨状を昨年11月に頂いている。奨状のコッビイは本報告書に添付してある。中国の国外では最初の奨状である。わが国の日本海側地域と韓国および中国の観測結果を比較検討することによって,降水の酸性化物質の長距離輸送機構の解明とその対策などに関する調査研究を行うことを目的として,本研究を進めている。本年度は,3か年の本研究計画の初年度に当たる研究途上であるが,調査研究結果として以下のように得られた。日本,韓国,中国の3国においてはそれぞれ独自の酸性雨モニタリングネットワ-クを設置している。しかしながら、それぞれのサンプラ-や分析方法などに多少の相違がみられる。このようなモニタリングネットワ-クによる観測デ-タを比較検討するためには,そのモニタリングネットワ-クの実状をできる限り正確に把握しておく必要がある。まず,モニタリングネットワ-クを調査し,3か国の現状を比較検討した。毎年,春先にみられる黄砂は,中国北西部の乾燥・半乾燥地域で発生した砂漠土壌粒子が,朝鮮半島を通過し,日本列島にまで達する現象である。韓国や日本で,黄砂現象時にみられる降雨の化学成分を計測することによって,黄砂粒子が長距離輸送される過程でおこる反応を推定した。
選択成長法によるシリコン基板上への集積形窒化物半導体デバイスの作製に関する研究

1.(111)シリコン基板上へMOVPE成長について、特にAlN緩衝層の役割と選択成長法による単位胞の縮小効果について検討し、200-500ミクロン角のクラックフリー結晶を得た。また、その電気的・光学的特性を測定し、界面ポテンシャルと電気抵抗の緩衝層厚さとの関係を評価するとともに、縦型デバイスの作製条件を明らかにした。2.ファセット上へのMOVPE選択成長における混晶薄膜の組成と厚さを測定し、化学種の拡散現象(気相拡散と表面拡散)の役割を明らかにするとともに、ファセット上での拡散長を評価した。3.MOVPE選択成長法による加工(001)シリコン傾斜基板上への結晶成長を試み、(1-101)面を有する窒化物結晶膜を始めて実現した。結晶軸を傾けることによるクラックフリー結晶の実現と新結晶面による超平坦ヘテロ界面を達成した。4.HVPE選択成長法による(111)シリコン基板上への結晶成長をこころみ、AlN緩衝層を用いることによる厚膜結晶の作製手法を提案した。5.GaNストライプ、GaAsドット上に量子井戸あるいは結合量子ドット構造を作製し、その光学的特性を測定し、フアセット上に得られた量子井戸構造の導波路としての優れた特性を明らかにするとともに、ドットにおける励起子の寿命がサイズにより長くなることを明らかにした。本研究は、シリコン基板上への窒化物半導体の結晶成長に関する。1.シリコン基板上へのMOVPE選択成長法により窒化物六角錘台構造およびストライプ構造の作製を行い、これら結晶の品質ならびに電気的、光学的特性、特にシリコン基板との間に挿入する緩衝層の効果を、透過電子顕微鏡、走査電子顕微鏡、カソードルミネッセンスにより評価し、高品質な結晶(結晶欠陥が無く、結晶軸ゆらぎが少ない)を得ることを実証した。2.ストライプ構造の窒化ガリウム結晶の上に、さらにアルミニウムを含む混晶を成長させヘテロ構造を作製した。この結晶の断面SEMとCLイメージを測定し、ヘテロ構造ならびにサンドイッチ構造(量子構造)ができていることを確認した。3.傾斜シリコン基板上に異方性エッチングによって(111)面を露出させ、ここにのみ選択的に窒化物結晶を成長させる手法を開発した。この手法による窒化物結晶のC軸は基板面と28度の傾きを有し熱膨張係数さによるクラックの導入を低減させることができた。4.選択成長法によって(111)シリコン基板上での結晶成長の領域を制限し、結晶歪みを低減する手法を提案した。この方法により、一辺が200-500ミクロンの正方形のクラックのない単結晶を作製することに成功した。得られた結晶のX線回折スペクトル、ホトルミネッセンススペクトルはMOVPE法によってシリコン基板上に作製した窒化物について従来報告されているどの値よりも優れていた。1.本研究は、シリコン基板上への窒化物半導体の結晶成長に関する。シリコン基板上へのMOVPE選択成長法により窒化物六角錘台構造およびストライプ構造の作製を行い、この高品質化のための緩衝層の作製条件を最適化した。さらに、この結果得られた微結晶上にAlGaN混晶薄膜を成長させヘテロ構造ならびに多重量子井戸構造を作製し、試料の電子的、光学的特性を、ホトルミネッセンス法、カソードルミネッセンス法により評価した。特に、多重量子井戸構造は、反射電子像を解析し膜厚の評価を行い光学スペクトルとの対応関係を明らかにした。2.シリコン基板と窒化物結晶とヘテロ接合における電子帯構造を明らかにするために光電流スペクトルを測定した。スペクトルはバイアス電圧の関数であった。スペクトルを評価し、ヘテロ界面には0.5eV程度の障壁電位があることが分かった。また、ヘテロ界面の電流・電圧特性から、窒化物結晶の成分であるAlがシリコン表面に拡散により侵入していることを明らかにした。3.(001)傾斜シリコン基板上に異方性エッチングによって作製し(111)面上への選択成長により(1-101)面を有する窒化物結晶を成長させる方法とここにヘテロ接合を作製する方法を提案した。方法ではクラックの導入が少なく、表界面が平坦であることが分かった。

また、試料表面には転位が到達しにくいことが分かつた。4.選択MOVPE法によって窒化物結晶を成長したSi基板上にHVPE法による窒化物結晶の厚膜成長を試み、20ミクロン程度の厚膜の成長が得られることを見出した。1.(111)シリコン基板上へのGaN選択成長により、底辺3ミクロンの台形ストライプ構造とAlGaN/GaNダブルヘテロ構造(DH)を作製し、GaNならびにAlGaNの膜厚と組成をREMとCLによって評価した。膜厚、組成の変化を解析し、ファセット面間での拡散現象を見出し、Ga化学種の拡散長を決定した。(0001)面上では500nm程度で、(1-101)面上では1300nm程度であり温度上昇と共に長くなった。2.同上の手法でInGaN/GaN-DH構造を作製し(1-101)面上でInGaN均一膜が得られた。Gaの拡散長は1600nm程度で、成長速度が遅いことと一致した。(1-101)面上のCL像は均一でダークスポットが見られず貫通転位が少ないことと一致した。さらに、この試料において、(0001)面幅の狭いストライプ頂上にInGaN量子細線を作製した。CL像は極めて均一で転位が少ない高品質な量子細線が得られることが分かった。3.(001)シリコン傾斜基板上に(1-101)面が基板と平行なInGaN/GaN-DH構造導波路を作製した。バンド端発光近辺の波長でも導波路損失は2桁小さく、高品質な導波路あるいは光学キャビティが得られた。4.同上構造で成長時間を延ばし、ストライプを合体させ(1-101)面GaNを作製した。試料は温度によらずp型伝導を示した。SIMS組成分析では高濃度の炭素が見出された。(1-101)面は最表面がN原子で覆われた特殊な面であり、炭素がNを置換するのに有効に働いたと考えられる。5.HVPE法により長時間成長を行うと、成長層が部分的に破壊されることがあった。この原因はGaとSiとの界面での反応によるものであることを明らかにした。この防止策としてAlN緩衝層を厚くする手法を提案した。
ポルフィリンの腫瘍組織特異的な蓄積を促す蛋白質分子群の解析

種々の化合物や蛋白質分子の発現によるALA-PDTへの影響を調べると、キノロン化合物がprotoporphyrin (PX)の蓄積を増加させることが分った。ミトコンドリアの鉄利用に関与する蛋白質であるmitoferrinやfrataxinも発現量の増加と低下でそれぞれ光感受性の低下と亢進が認められた。鉄シャペロンのfrataxinの発現レベルが癌化に伴って低下したが、p53変異によるfrataxin発現低下が癌細胞特異的なALA-PDTを引き起こす要因であることを強く示唆した。最後にALAの取り込みにはneurotransmitter輸送体が関与することが分かった。ALA-PDTの分子機構を癌細胞特異的なヘム合成の変異点を細胞質とミトコンドリアの中間体の代謝調節面から明らかにするために、ミトコンドリアの鉄代謝関連蛋白質の変動を中心に研究を行った。その中で、mitoferrinやsideroflexinはミトコンドリア内の鉄輸送に関与することが知られているので、これらの発現量を遺伝子導入によって増やしたところ、ALA由来のprotoporphyrin(PP)量が減少した。また、両分子をノックダウンさせた所、逆にPP量が増加した。これらの結果は鉄輸送の乱れが癌細胞でのPPの蓄積に関わっている可能性を示唆した。さらに、ミトコンドリアの鉄シャペロンであるfrataxinについても発現量の増減によって同様の蓄積の変化が認められた。特にfrataxin安定発現株はミトコンドリア機能を高めた。一方、癌細胞では, frataxin発現が低下することが分り、frataxinの低下とALA-PDTが関係するのではないかと考えて、白血病細胞K562,肝癌細胞HepG2等でのfrataxinの発現量を比較した所、癌抑制遺伝子p53変異細胞にて、極端に発現が低下していることが分った。そこで、マウスfrataxin遺伝子プロモーター領域のp53依存性発現を調べた所、-300bp付近にp53応答領域があり、p53応答配列と一致することが分った。また、CHIP assayでも、p53が同領域に結合し、癌細胞では結合しないことが分った。さらに、HEK293T細胞のp53をノックダウンさせるとfrataxinレベルが低下して、ALA-PDTを行った所、ノックダウンに伴って、PPの蓄積量が増加した。従って、p53の変異に伴って、ミトコンドリア内の鉄代謝に関与する蛋白質群が異常もしくは低下して、鉄利用が低下して、癌細胞特異的にPPの蓄積が起こる事を示した。5-aminolevulinic acid (ALA)-photodynamictherapy (PDT)の分子機構を、昨年に引き続いてミトコンドリアの鉄代謝関連蛋白質の変動を中心に研究を行った。その中で、鉄シャペロンfrataxinはミトコンドリア内の鉄輸送や鉄含有蛋白質の形成に関与することが知られている。先にマウスfrataxinの発現は癌抑制遺伝子p53によってポジティブに調節されている事をしめしたが、本年はヒトfrataxin遺伝子のp53による調節を調べた。正常細胞のp53機能をphilithin-α処理することで、阻害させるとfrataxin mRNA量は低下した。そこでヒトfrataxin遺伝子領域のp53依存性発現を調べた。近位プロモーターの-300bp付近に存在するp53応答様領域についてレポーター活性を測定した結果、-273-264bpにp53応答を見いだした。さらに、HEK293T細胞のp53をノックダウンさせるとfrataxin mRNAおよび蛋白質レベルが低下した。また、frataxin発現株を用いてALA-PDTを行い鉄の添加効果を調べた所、protoporphyrinの蓄積量が極端に低下した。従って、癌細胞ではp53の変異に伴って、ミトコンドリア内のfrataxinを含む鉄代謝に関与する蛋白質群が異常もしくは低下して、鉄利用が低下して、癌細胞特異的にprotoporphyrinの蓄積が起こる事を示した。一方、ALAの細胞への取り込みについても研究を行い, Na+, Cl-依存性neurotransmitter輸送体SLC6A6, SLC6A8, SLC6A13がALAおよびALA-methylesterを取り込むことを明らかにした。ALA-PDTはneurotransmitterのGABA, TaurineやCreatineなどで阻害されることが分かり、これらは、種々のヒト癌細胞や大腸癌組織に多く発現して、ALA-PDTを行う良い指標であることを明らかにした。

腫瘍組織でのポルフィリン誘導体の特異的な蓄積の機構を明らかにする為に、5-Aminolevulinic acid (ALA)ヘム合成の終末酵素のferrochelataseの活性や量の低下がprotoporphyrinの蓄積の大きな要因であることを明らかにした。さらに一酸化窒素がferrochelatase低下をもたらす要因であることなど、一連の検討を加えてきた。種々の化合物や蛋白質分子の発現によるALA-PDTへの影響を調べる中で、弱い金属キレーター作用を示す抗菌剤のキノロン化合物がprotoporphyrinの蓄積を増加させることが分り、キノロン化合物が光障害を示す原因として、薬剤性ポルフィリアの可能性を示唆した。その他、鉄イオンの再供給源であるhemeoxygenase (HO)の阻害剤で細胞を処理して、ALA-PDTへの影響を検討した。HeLa細胞のSn-protoporphyrin処理でprotoporphyrinの蓄積の著しい増加と光感受性の亢進が見られた。HO誘導剤のヘミン処理を行うとHO-1の誘導と共に顕著な蓄積の低下が認められた。HOの高発現や他のHO-1誘導剤でも低下した。一方HO siRNA処理で発現低下させるとprotoporphyrinの蓄積は増加したのでヘム鉄のリサイクルがPDT低下の要因であることが分かった。さらにミトコンドリアの鉄利用に関与するmitoferrin, sideroflexinやfrataxinについても検討を加えた結果、発現量の増加と低下でそれぞれ光感受性の低下と亢進が認められ、鉄代謝機能の変化が関係する事が分かった。In vitroにおけるALA-PDTの研究では、多方面からのアプローチを行って着実に成果をおさめている。今回あきらかにしたp53とfrataxin発現の関係の多くのデータはマウス遺伝子を用いたものである。ALA-PDTは本来ヒトに適応されるべき方法であるので、ヒトのfrataxin遺伝子でのp53支配を証明する必要がある。ヒトのミトコンドリアの鉄代謝の発癌による異常についてさらなる研究が必要である。また、ポルフィリントランスポーターの候補としてのABCG2やglutamine transporterの研究も進めているが未だ不十分な部分が多い。in vitroにおけるALA-PDTの機構については概ね明らかにすることが出来たが、in vitroに置ける観察を経て、in vitroでの結果を確証する必要がある。これらには抗体に作製など多くの実験が必要である。また、癌細胞における癌遺伝子の発現や癌抑制遺伝子の変異や低下とALA-PDTもしくは鉄代謝との関連は全く、計画が遂行されていないので、実行の必要性を感じる。また、ALA輸送体の単離とALA-PDTの関係を明らかにする必要がある。ポルフィリン輸送体についても計画が実行されていないので早急に進める必要がある。ヒトfrataxin遺伝子の発現におけるp53の役割の解明をプロモーター活性やCHIP-assayを用いて癌細胞での発現の異常を明らかにする。ヒト癌細胞におけるABCG2の発現とポルフィリン輸送体としての働きもしくは薬剤耐性の有無を確かめる。酵母のALAおよびporphyrin要求株を用いて、ヒト発現ライブラリーのスクリーニングを行ってALA輸送体とポルフィリン輸送体の単離同定を試みる。
女性生殖器の生理および腫瘍化過程におけるストレス蛋白の役割に関する総合的研究

女性生殖器の構成細胞の増殖と分化の過程には性ステロイドが深く関与し、また子宮内膜癌を始めとする種々の女性性器悪性腫瘍の発生にも関与するが、これらのプロセスにおけるストレス蛋白(heat shock protein,HSP)の役割についてはほとんど知られていない。そこで、本研究はこれらにおけるHSP70,HSP90の発現の有無やその意義を明らかにすることを目的とした。今回の研究において明らかになった点は以下のとおりである。(1)正常女性生殖器においては、HSP70(inducible form),HSP90が通常の状態で発現し特異的な局在を示し、またその発現レベルは月経周期により変化している。その月経周期による変動も組織により異なる。(2)正常女性生殖器におけるHSP70,HSP90の発現と局在をそれぞれの性ステロイド受容体発現と比較した結果、HSP70はそれらの細胞における性ステロイド効果発現に深く関与している可能性が示唆された。(3)子宮内膜癌においてはその発生の初期の時点で、正常ではHSP70発現が認められるような内分泌環境においてもその発現が認められず、子宮内膜上皮の癌化過程にHSP70発現調節機序の異常が関与することが示唆された。(3)卵巣癌などでは多くにHSP70,HSP90の強発現が認められ、これらはp53蛋白過剰発現と正相関し、性ステロイド受容体発現と逆相関していた。以上より、女性生殖器の生理・病理にHSPが重要な役割を演じていることが強く示唆された。しかし、女性生殖器においてHSPが真に性ステロイド受容体に関連してその働きを営んでいるか否かの直接証明には、さらに詳細な生化学的研究を要する。女性生殖器におけるストレス蛋白(HSP70,HSP90)の局在、およびこれらと性ステロイド受容体(ER,PR)の局在との相関が明らかになった。子宮内膜において、HSP90は上皮・間質いずれの細胞にも発現し、増殖期に強く分泌期には減弱したが、これはほぼER.PRの発現レベルと相関している。またHSP70は、内膜間質細胞において、性周期にかかわらず、基底層の細胞に陽性、機能層の細胞に陰性で、性ステロイド効果発現と逆相関しており、HSP70の発現はステロイドの効果発現に抑制的に作用している可能性が示唆された。また、機能層の上皮細胞では増殖期陰性であるが、分泌期に強陽性となり、このHSP70過剰発現はER,PRのdown-regulationと一致していた。すなわち、HSP70発現は性ステロイド受容体の発現調節に関連している可能性が示唆される。子宮内膜癌および卵巣癌におけるHSP90,HSP70発現では、HSP90はほとんどの例で陽性であり、一方、HSP70過剰発現はp53発現と正の相関があり、また性ステロイド受容体発現と逆相関が認められた。細胞の癌化による性ステロイド依存性の喪失にp53/HSP70過剰発現が関与している可能性も示唆される。正常女性生殖器においては、HSP70(inducible form),HSP90が通常の状態で発現しており、特異的な局在を示し、またその発現レベルは、月経周期により変化している。その月経周期による変化も組織により異なる動きを示す。正常女性生殖器におけるHSP70,HSP90の発現・局在をそれぞれの性ステロイド受容体発現および性ステロイド効果発現と比較・検討した結果、HSP70はそれらの細胞における性ステロイドの効果発現に深く関与している可能性が強く示唆される。さらに、in vitroでの検討も含めると、HSP発現自体が、逆に、性ステロイドにより影響を受けている可能性がある。子宮内膜癌においてはその癌発生の初期の時点で、正常内膜はHSP70発現が認められるような内分泌環境においてもその発現が認められないという現象がある。このことから子宮内膜

上皮細胞の癌化過程にHSP70発現調節機序の異常が関与している可能性が示唆される。卵巣癌などでは多くの症例でHSP70,HSP90の強発現が認められ、これらはp53蛋白過剰発現と正相関し、性ステロイド受容体発現と逆相関している。すなわち、HSP70,HSP90は、女性生殖器の生理および腫瘍化の過程に深く関与していると考えられる。
トレーサーによる湖沼と流域での物質循環定量化と診断:時間軸と起源・過程情報の活用

湖沼底質中の各種物質や同位体の鉛直分布、流域からの降雨時に流入する懸濁物、流域での表流水、地下水の同位体濃度などをトレーサーとして活用することで、時間軸、起源や過程情報等を明らかにすることから、流域、湖内での物質循環を定量化し、評価する手法を開発した。また、霞ヶ浦を対象に、水質や生態系のレジームシフトを検出し、その原因などを議論した。(1)湖沼での底質コアサンプルの採取と各種トレーサー濃度鉛直分布測定霞ヶ浦,諏訪湖,木崎湖,などの湖沼において約1m程度の底質コアサンプルを採取し,2cm間隔で分割し,物性の鉛直分布などを測定した.こうしたサンプルをもとに,リンの分画を行い,過去の分析結果と比較することから,どの画分のリンが変化したかを解析した.また,こうしたサンプル中の色素組成を高速液体クロマトグラフィーにより測定する手法を確立した.さらに,有機物濃度とその同位体比分析のための準備を進めた.その前処理として酸による炭酸塩鉱物の溶解を行うが,それに伴う同位体比分別が問題となっていた.真空容器を用いた脱水装置を作成し,洗浄せずに酸除去を行うことで,同位体分別を無視できる程度に抑えることが可能となった.(2)流域,湖沼内での水,物質の流下経路,水質形成機構に関する調査,分析筑波山地域等において,河川水、湧水等の水文調査、フロン類等のトレーサー成分の解析を実施し,当地域の地中水流動プロセスに関する概念モデルの構築を行うとともに,数値モデル化に向けた基礎情報を収集した.(3)降雨時に流入する土砂分析による湖沼堆積物の起源推定霞ヶ浦流入5河川の順流部に浮遊砂サンプラーを設置し,定期的に回収し,サンプラーに溜まった懸濁物資料を回収した.それらに含まれる有機物・リン含量を測定するとともに,粒度分析などを行った.また,その地点での流速,濁度などの情報も収集し,浮遊砂サンプラーの懸濁物回収率を算定し,それに及ぼす河川や降雨の特性との関係を解析した.一方,ダム湖における細粒物質の起源の推定を行うため,早明浦ダム流域において,ダム湖に流入する斜面,河川からの細粒土砂流入量推定のための観測計画を策定した.また,三重県の日の谷池において,Cs-137,Pb-210exを用いた流域からの土砂流入履歴をはかる新しいモデルの開発を行った.湖沼底質中の各種物質や同位体の鉛直分布、流域からの降雨時に流入する懸濁物、流域での表流水、地下水の同位体濃度などをトレーサーとして活用することで、時間軸、起源や過程情報等を明らかにすることから、流域、湖内での物質循環を定量化し、評価する手法を開発した。(1)湖沼での底質コアサンプルの採取、各種トレーサー濃度鉛直分布測定とその解析琵琶湖(北湖2地点)、猪苗代湖(湖心)で40-50cm程度の不撹乱底泥コアサンプルを2本ずつ採取し、1cm間隔で分割し、物性、栄養塩や色素濃度などの鉛直分布を測定した。また、霞ヶ浦、琵琶湖中の各種藻類変化(綱レベル)に関するデータベースと底質中の色素濃度から推定される藻類変化を比較した。両者に相関が見られることから、底質情報をもとに過去の藻類繁茂状況を推定することが可能なことを示すとともに、両者の関係から色素の底質中での分解速度を求め、それを用いることで過去の藻類情報を定量的に推定することが可能となった。一方、霞ヶ浦におけるケイ素濃度上昇に関して、懸濁物や底質からの溶出実験、巻き上げ現象を考慮した溶出シミュレーション、底質ケイ素濃度鉛直分布との関係解析、珪藻繁茂への影響評価などを行った。また、中国四川省塩丁地区の湖沼の堆積物を採取し,Cs-137,Pb-210exの採取を行った。また,発生起源においても採取を行い,土地利用の変化によって,湖沼への流出土砂の起源が変化してきたことが明らかになった。さらに、湖底質の硫黄同位体比分析を行うため、従来は低濃度の硫黄の濃縮が必要であったが、不完全燃焼を防ぐための助燃剤となる試薬を検討した結果、完全燃焼が可能となり、濃縮なしでも高精度の同位体比分析ができるようになった。(2)流域,湖沼内での水,物質の流下経路,水質形成機構に関する調査,分析霞ヶ浦流域源流の筑波山を対象に、マルチ・トレーサー手法、数値モデル手法を併用し、湧水・地下水の平均滞留時間が数年から40年程度であること、筑波山体の水貯留量が霞ヶ浦におけるそれの約半分程度であることを明らかにした。(1)湖沼での底質コアサンプルの採取、各種トレーサー濃度鉛直分布測定とその解析、モデル化池田湖、鰻池、湯の湖、曽原湖、小野川湖などの湖沼の湖心辺りで、40-50cm程度の不撹乱底泥コアサンプルを採取し、2cm間隔で分割し、各種物性を測定するとともに、栄養塩、色素、放射性核種濃度などの鉛直分布を測定すべく、前処理を行った。また、霞ヶ浦の水中ケイ素濃度上昇に伴う、植物プランクトン変化を解析し、その数理モデル化を試みるとともに、底質中の色素濃度から過去の水中藻類組成を推測する手法を構築した。さらに、湖底泥中での栄養塩、酸化一還元物質の移動、変化などをモデル化して解析した。

すなわち、季節的に、また鉛直構造をもって酸化還元状態が変化する様子を再現することにし、それに伴い、リン、窒素などの栄養塩が表層水に溶出する状況を的確に表現できるようになった。(2)流域、湖沼内での水、物質の流下経路、水質形成機構に関する調査、分析、モデル化同位体、フロンなどのトレーサー等を活用して、霞ヶ浦とその流域を例として、水、特に地下水の流動現象を検討するとともに、湖岸流域における地下水と湖水の交流関係をモデル化する上での課題を検討した。これにより、流域、湖内での長期にわたる物質動態をモニターする技術が確立された。また、湖沼物質循環で最も重要なリン動態に関しては、無機態リンの起源を推定する手法をほぼ確立した。さらに、流域における地下水層での窒素蓄積現象を数理解析した。すなわち、マルチタンクモデルと準三次元連続モデルを組み合わせ、水と窒素の移動と変化をシミュレーションし、流域での長期にわたる物質の蓄積、循環をうまく表現できることを確認した。霞ヶ浦などの流域では過去に多くの畜産廃棄物が地下に投入されたが、その長期影響が評価可能となった。(1)湖沼での底質コアサンプルの採取、各種トレーサー濃度鉛直分布測定とその解析、モデル化2012年夏に霞ヶ浦湖心において4つの方法で採泥し、放射性セシウムの鉛直分布を比較することから、採泥手法の問題点を検討した。その結果、ダイバー採泥、不撹乱底泥採取器ではほぼ同一の鉛直分布を示すが、簡易重力式コアサンプラー、エクマンバージ型採泥器では表層部分が一部失われることがわかった。福島第一原発由来の放射性核種をトレーサーとして有効活用することができたといえる。また、霞ヶ浦、湯の湖、曽原湖、小野川湖、諏訪湖などの底質での放射性セシウム鉛直分布から、霞ヶ浦では表層10cm程度までかなり均一に分布し、降下後15カ月程度であることから表層泥の混合が激しいこと、その他の湖沼では表層0-2cmに高濃度が見られることから、あまり混合させていないことがわかった。さらに、底質中の栄養塩、酸化ー還元に関係する物質群などを変数とした数理モデルを構築し、湖水中生態系モデルと結合させることから、リンの底質からの回帰現象を再現するとともに、底質中のリンの変化を予測可能とするモデルを構築した。(2)湖沼、流域での物質循環のレジームシフト解析40年にわたる霞ヶ浦での水質、生態系情報を解析した結果、卓越藻類種、主要水質の値、変化特性などが急激に変化する時期が存在することがわかった。こうした時系列データに対してregime shift detectorを適用し、統計的に有意なシフトの時期、前後の値の変化などを求めた。大きくは1990年、2000年あたりにいろいろな特性が変化したことが明らかになった。1990年あたりでの変化は、その前に生じた動物プランクトンの異常増殖、2000年あたりの変化は藻類組成変化にともなう底質変化等が契機となったのではないか、と考えられた。多くの湖沼において底泥の採取を行い、各種分析を行う準備を行った。また、流域や湖内において、トレーサーを用いて水、物質動態解析を行うとともに、その結果をもとに数理モデル化を進めている。さらに、データ解析を行い、かなりの数の論文を執筆した。24年度が最終年度であるため、記入しない。来年度は最終年度のため、データを解析し、多くの論文の執筆を計画している。
太平洋諸島ヤップ群島の固有陸産貝類相の多様性と起源に関する研究

ヤップ群島は太平性諸島の西縁に位置する海洋島である。本研究では、ヤップ群島の陸産貝類相について初めての調査を行い、ヤップ群島および周辺地域の陸産貝類の分類学的研究を行った。その結果、ヤップ群島から12科18種の陸産貝類を確認した。その中で確実に固有種と考えられるものは3種で、多くの種は移入種と広域分布種であった。ゴマガイ類はすべて固有種で、ヤップ群島内で種分化したと考えられる。ヤップ群島の陸貝相が近隣のパラオ諸島と比べて著しく貧弱なのは、面積が小さく、島の歴史が浅いことに加えて、石灰岩地がないことが原因と考えられる。パラオ諸島産ゴマガイ類(Hungerfordia属の内、縦肋が突出しない種)の分類学的再検討を行った。ゴマガイ類の体層の彫刻や形態の変異パターンを解析して、その形質状態についてのterminologyを整理した。また、7種の既知種について、タイプ標本および近年採集されたサンプルにもとづき、形態学的特徴を再記載した。さらに、13新種および6新亜種を新たに記載した。この成果はZootaxaにて印刷中である。Hungerfordia属はながらく1属1種とされていたが、これまでの研究から28種9亜種が認識され、パラオ諸島の陸貝で最も種多様性の高いグループであることが裏付けられた。Calorine諸島固有のナンヨウエンザガイの1種Truckcharopa truckanaの解剖学的研究を行った。パラオ諸島に生息するPalline noteraは本種と共にTruckcharopinaea亜科に分類されていたが、PallineおよびTruckcharopaの属模式種の生殖器の構造が大きく異ることが判明した。一方、パラオ諸島産のPallineは同じくパラオに生息するSemperdonと生殖器の特徴は合致した。この結果は、パラオ諸島のナンヨウエンザガイ類はCalorine諸島の分類群とは近縁でないことを示唆しており、分類学的位置を変更する必要があると考えられる。ナンヨウエンザガイ類は、パラオ諸島とCalorine諸島間の固有陸貝の移動を示唆する例であると考えられていた。しかし、今回の知見は従来の仮説を支持しないため、他の科における類縁関係および両地域の生物地理学的な関係は再検討する必要があると考えられるヤップ島およびパラオ諸島のゴマガイ類について分類学的研究を行った。パラオ諸島固有のHungerfordia属のゴマガイ類について、貝殻の外部形態、彫刻、軟体および蓋の形態変異を詳細に検討した結果、新たに8新種と2新亜種を見出し、命名記載した(Yamazaki et al., 2015. Zootaxa 4057 (4))。今回発見された新種で特に注目すべきものはHungerfordia spiroperulata Yamazaki and Ueshima 2015である。本種は貝殻形態がHungerfordia属の特徴を示すにもかかわらず、Palaina属に似た蓋を持つ種である。属を識別する最も重要な分類形質である歯舌の特徴はHungerfordiaに合致し、分子系統解析の結果からもHungerfordia属の一員であることが支持された。したがって、蓋の形態だけでは両属を識別することが困難であることが示され、またHungerfordiaとPalainaは他の属にはない特徴を共有することから、近縁であることが示唆された。ヤップ島から得られた資料についても分類学的検討を行ったところ、ヤップ島のゴマガイ類には少なくとも3種あり、その形態はパラオ諸島、グアム諸島、トラック島いずれの種とも異なる固有種であることが分かった。これらの固有種は蓋の形態が既知属のいずれとも異なる独特な特徴を示すことから固有属となる可能性が示唆された。ヤップ島は地理的距離がパラオ諸島に近く、また島としての歴史も浅いにもかかわらず、陸貝は独自の進化を遂げてきたと考えられる。今年度はサンプルが集積しているパラオ産ゴマガイ類を中心に検討した。ヤップ島およびグアム島のゴマガイ類について分類学的検討を行った。核ITS領域およびmtDNA(CO1遺伝子)を用いた分子系統解析の結果、グアム島のPalainaはパラオ諸島のゴマガイ類に近縁であることが裏付けられた。グアム島のゴマガイの蓋の形態はヤップ島のゴマガイよりもパラオ諸島のゴマガイとの共通点が多く、両者が近縁であることが裏付けられた。またヤップ島のベッコウマイマイ類についても核ITS領域およびmtDNA(CO1遺伝子)を用いた分子系統解析を行ったところ、ヤップ島の個体群とパラオ諸島の個体群の間にはほとんど遺伝的分化がないことが示唆された。ヤップ島で普通に見られるベッコウマイマイは分子系統解析の結果、Kororia palauensisに同定できることが判明した。昨年度に予定していた現地調査が延期されたためヤップ群島は太平性諸島の西縁に位置する海洋島である。

ヤップ群島の陸貝相が近隣のパラオ諸島と比べて著しく貧弱なのは、面積が小さく、島の歴史が浅いことに加えて、石灰岩地がないことが原因と考えられる。研究内容が外国研究者と競合しているため、新分類群の記載を本年度は優先した。一方、トラック島のサンプルを入手できたため、カロリン諸島との比較は進展した。ヤップ島での現地調査およびパラオでの調査を実施する。本年度は昨年度に予定していた現地調査を実施して、研究を完了させる見込みである。動物系統分類学競合する外国人研究者とは共同研究をすることで同意したので、予定通り調査を推進するつもりである。これまでの調査によりサンプルが蓄積したパラオ諸島産ゴマガイ類の研究を中心に行ったため。当年度に予定していた現地調査が延期となった外国人研究者と研究内容が競合していたため、新分類群の記載を優先した。本年度はヤップ島での現地調査を実施し、予算を使用する予定である。次年度に現地調査を実施し、研究を実施する次年度に予定していた調査を実施する。
高度ICT人材育成に向けた早期専門教育を支援する教材開発と教育評価システムの構築

高専の学生(特に低学年)を対象として,情報工学に対する興味の掘り起こしと勉学意欲の向上を目指し,ICTを活用した様々な教育支援システムを開発した。主なものに,(1)直感的理解を目指すアルゴリズムアニメーションシステム,(2)グループ学習形式のプログラミング体験システム,(3)赤外線ペンやKinectセンサを利用した講義支援システム,(4)JABEE認定教育プログラムにおける達成度点検Webシステムがある。本研究では,高専の学生(特に低学年の学生)を対象として,情報技術に対する興味の掘り起こしと勉学意欲の強化を目指し,インタラクティブ性に優れた電子教材の開発に取り組んでいる。また,カリキュラム全体の評価・改善を支援する教育プログラム支援システムの開発も行っている。本年度の主な成果を以下に示す。1.無線センサーネットワークデバイスを利用したフィジカルコンピューティング演習の試み:SunSPOTという無線センサーネットワークデバイスを使ったプログラミング演習環境を構築した。SunSPOTを利用した演習は,「ものづくりマインド」をもったソフトウェア技術者の育成に効果的であると考え,実践的な研究を進めている。2.グループによるプログラミング体験を支援するシステムの構築:グループによるプログラミング体験を通して,プログラミングのもつ楽しさを体感し,プログラミングに興味をもたせたい。そこで,グループ学習形式で利用する新しい演習環境を考案し,それを支援する学習システムのプロトタイプを開発した。3.JABEE認定教育プログラム支援システムの設計・実装:JABEE認定教育プログラムにおいては,学生自身が自らの達成度を点検することが重要になってくる。この点検作業を効果的に実施するために,Web上で利用できる「達成度点検支援システム」を開発している。本年度は,学習・教育目標や達成度の設定に関して自由度を高め,汎用性と拡張性をもたせるために,システムの再設計と新機能の実装を行なった。1.グループ学習形式のプログラミング体験を支援するシステムの構築:プログラミング体験を支援するため,「グループのメンバー一人ひとりが自分で作成したプログラムを持ち寄り,それらを合わせることで全体としてまとまった動作をさせる」ことでプログラミングを学ばせる演習環境の構築に取り組んでいる。昨年度までに基本的な機能を実装したプロトタイプシステムを完成させたが,本年度は,より実践的なシステムの構築に向けて,機能拡張と使い勝手の向上を計った。2.ArduinoとProcessingを利用したフィジカルコンピューティング演習の試み:Arduinoというマイコン基板とProcessingという開発環境を利用することで,様々なハードウェア制御プログラムを効率よく作成できるため,「ものづくりマインド」をもったソフトウェア技術者の育成に効果があると考えている。そこで,ArduinoとProcessingを利用したフィジカルコンピューティング演習課題を,高専4年生のプロジェクト実験のテーマとして設定し,半年に亘って,実践研究を行った。3.タブレット端末を利用した情報教育支援ソフトウェアの開発:専門情報教育の基礎科目である「デジタル回路」を対象として,タブレット端末を利用した直感的でインタラクティブな教材の開発を行った。そこでは,タブレット端末上に,ブレッドボードと回路素子がシミュレートされており,実験室以外の場所(自宅など)で模擬実験を行うことができる。本研究では,高専の学生(特に低学年の学生)を対象として,情報技術に対する興味の掘り起こしと勉学意欲の強化を目指し,インタラクティブ性に優れた電子教材および教育支援システムの開発に取り組んでいる。1. Kinectセンサを利用した拡張現実に基づく講義支援システムの開発: Kinectセンサを利用することで,AR(拡張現実)空間内に配置された仮想的なオブジェクトを,教師の動きに合わせて操作することが可能になる。今回開発したシステムでは,仮想的なオブジェクトとして,「教材フリップ」「メニューボタン」を実装し,それらを教師の身体動作によって制御する機能を実現した。これにより,教師と学生がAR空間に構築された「ハイパークラスルーム」内で教育・学習を行うというこれまでにない教育環境が創出される。2.タブレット端末から利用するフィジカルコンピューティング体験教材の開発: Android端末にUSB接続できるArduino互換のI/Oボード「ADKボード」を利用したフィジカルコンピューティング教材を開発した。そこでは,ADKボード上の各種センサの値を取得したり,ボードに接続されたLEDやサーボモータを制御するプログラムの開発を容易にするため,AndroidタブレットからGUIによりプログラミングできる環境を構築した。これにより,プログラミング経験のない学習者でも,手軽に,フィジカルコンピューティングを体験することができる。3. Kinectセンサと無線センサデバイスSunSPOTを利用したプログラミング演習環境の構築:「KinectとSunSPOTを組み合わせる」ことで,姿勢認識プログラムの出力を,離れた場所にあるハードウェア制御という形で現実世界の動きとして見せることができる。本研究では,このような体験を支援するためのプログラミング演習環境を構築した。年度当初の研究計画に沿って,機能の実装・システムの動作確認・評価等を進めている。24年度が最終年度であるため、記入しない。卒業研究および専攻科の特別研究の中心的なテーマとして取り上げ,研究室のメンバー全員で,「教育支援システムの構築」と「インタラクティブ教材の開発」に取り組んでいく。また,

「フィジカルコンピューティング演習を組み込んだ学生実験の試み」に関しては,学生実験を担当している教員と連携し,教育現場における実践的な研究を進めていきたい。24年度が最終年度であるため、記入しない。
測度値確率過程

人口動態を表す「分枝過程」や突然変異を伴う遺伝子集団の異なる遺伝タイプの出現頻度を表す「Fleming-Viot過程」などの確率過程は「測度値確率過程」と呼ばれ、一般に、時間と共にランダムに変化する、ある対象の集団の広がり具合(分布)を表す。これらについてまだ知られていない新しい性質の発見や、さらに新しいモデルの構成、それらの性質についての研究を目的としてきた。昨年度からの研究で、粒子系の個々の運動として、安定過程と呼ばれるものを導入したときに、粒子系として、さらにはその極限として得られる、上で述べた測度値確率過程に対する、見本関数の性質を調べていた。その際、当然、元となる安定過程の詳しい性質が必要となる。これに関して、密度関数の遠方での減少の度合いについての結果を得ていた。今年度はこの結果をさらに精密化することに成功し、11月の統計数理研究所の研究会、及び、12月の慶応での研究会で発表した。この結果をその上の測度値確率過程に応用することにより、新たな性質の発見につながると期待される。これらの結果は、与えられた当該研究費を用いて、購入した関連文献、および出張して他の研究者との議論等ができたことによる寄与が大きい。さらにコンピューター、ソフト、プロジェクター等により、効果的な発表を行うことが出来た。上の結果をまとめた論文は既に学術雑誌に受理され、現在、その先についても研究中である。昨年度の研究で「空間変数に依存した抽出率をもつFleming-Viot過程」と呼ぶべき新しい測度値確率過程の構成に成功していたが、結果としてはまだ不十分で、既に知られている結果に含まれてしまう部分が大きかった。しかし今年度の研究によって、それが少し改善できることに気付き、既存の結果を、ある制限のもとで拡張することに成功した。しかし、まだその制限が取り除けるかという問題が残っている。またこれと関連して、粒子系の個々の運動を表す安定過程と呼ばれる確率過程の研究も進めていて、これに関して、密度関数の遠方での減少の度合いについての結果を一つ得て、11月の統計数理研究所の研究会で発表した。また購入した文房具やコンピューター、ソフトにより、研究環境が充実し、現在、上の結果を論文にまとめる際に、大いに役に立っている。
植物細胞におけるミオシンの機能発現の解析

原形質流動は植物において一般的に見られる現象であり、細胞内における細胞小器官などの輸送の関与している。原形質流動の力発生にはアクチン・ミオシン系が関与している。本研究者らは、高等植物から初めて生化学的にミオシンを同定することに成功した。また、シロイヌナズナにおいては2種類のミオシン(ミオシンVIII,XI)と思われる遺伝子が存在することが知られている。原形質流動にミオシンXIが関係している。ミオシンのN末端は頭部を形成し、アクチンフィラメントの上を滑り運動する機能を持つものと思われる。また、ミオシンXIには3種類のアイソタイプがある。そのうちMYA2の機能について解析を行った。免疫蛍光抗体法を用い、葉の表皮細胞、根毛、培養細胞における、ミオシンの局在を解析したところ、いずれの細胞においても、アクチンフィラメントと共局在していることが分かった。孔辺細胞に特に多くのミオシンが存在することが分かった。その局在様式から、ペルオキシソームとの共局在が予測された。そこでGFPで標識されたペルオキシソームを持つ培養細胞による解析を行った。その結果、このミオシンはペルオキシソームと共局在することが分かった。すなわち、このミオシンはシロイヌナズナの細胞内において、ペルオキシソームの輸送に関与しているものと思われる。タバコ培養細胞において、生化学的に2種類のミオシンを同定することに成功している(170kDaミオシン、175kDaミオシン)。175kDaミオシンの小胞の輸送に関与していること、およびその細胞周期にともなう動態を明らかにした。植物細胞の細胞質基質において見られる最も顕著な構造は細胞小器官である。植物細胞ではアクチンと微小管が一般的に見られる。本研究はアクチン系細胞骨格の機能発現において最も中心的な役割を果たしているミオシンに焦点を絞って解析を行う。本申請者らはテッポウユリ花粉管およびタバコ培養細胞を用いて運動活性のあるミオシンを単離することに成功している。今年度は植物細胞内におけるミオシンの機能発現に関して、以下の二点に着目して解析を進めた。1)リムノビウムの根毛におけるアクチンフィラメントの構築:ミオシンの運動のための軌道となっているアクチンフィラメントの構築にタンパク質リン酸化が関与していることを明らかにした。タンパク質脱リン酸化酵素の阻害剤であるカリキュリンAで根毛を処理すると、アクチンフィラメントが変形し、細胞質の構造が変化する。このとき、リン酸化酵素の阻害剤を共存させておくと、カリキュリンAの働きが遅くなる。また、アクチンフィラメントの構築変化にはエネルギー代謝が関与していることも明らかとなった。2)本申請者らが解析しているミオシンは原形質流動の力発生に関与していると思われる。その運動活性を明らかにするために、単一分子のミオシンを用いた解析系を開発し、運動特性を明らかにした。本研究者は原形質流動の分子機構の解明を目指し、生化学的、生理学的および形態学的な研究を20年以上に渡って続けている。その結果、原形質流動の力発生に関与するミオシンを世界で始めて単離することに成功している。また、その軌道となるアクチンフィラメントは細胞内で束を形成しているが、その束化因子を始めて生化学的に単離することに成功し、これがビリンであることを明らかにしている。本研究はこれらの成果に基づいて進めているものであり、以下のような成果を得た。1)ミオシンのN末端部分は分子の頭部を形成し、ATPの加水分解エネルギーを利用して、アクチンフィラメントの上を滑り運動する機能を持つ。原形質流動に関与するミオシンの頭部の機能特性を解析した。材料として、タバコ培養細胞から単離した175kDaの垂鎖を持つミオシンXIを用いた。

一分子を用いた解析を行った結果、このミオシンはアクチンフィラメント上を離れずに長距離を滑り運動する機能(processivity)を持つことが明らかとなった。植物ミオシンのこのような分子特性を明らかにしたのはこれが始めてである。2)花粉管の先端成長には原形質流動が不可欠であり、原形質流動を停止させるとその成長は止まってしまう。しかしながら、細胞全体で原形質流動が活発であっても、先端生長は起こらない。花粉管には太いアクチンフィラメントや大きい細胞小器官がない、いわゆる、透明層が存在する。そこでは活発な原形質流動は見られない。先端生長が継続するためには、この透明層の存在が不可欠であり、これにはアクチンフィラメントが関与している。本研究において、透明層の維持にはタンパク質リン酸化が関与していることを明らかにした。原形質流動は植物において一般的に見られる現象であり、細胞内における細胞小器官などの輸送に関与している。原形質流動の力発生にはアクチン・ミオシン系が関与している。本研究者らは、高等植物から初めて生化学的にミオシンを同定することに成功した。また、シロイヌナズナにおいては、3種類のミオシン(ミオシンVIII, XI, XIII)と思われる遺伝子が存在することが知られている。原形質流動にはミオシンXIが関係している。ミオシンのN末端は頭部を形成し、アクチンフィラメントの上を滑り運動する機能を持つものと思われる。C末端は尾部を形成し、細胞小器官に結合する機能を持つものと思われる。また、ミオシンXIには3種類のアイソタイプがある。今年度は、そのうちのMYA1の機能についての解析を行った。免疫蛍光抗体法を用い、葉の表皮細胞、根毛、培養細胞における、ミオシンの局在を解析したところ、いずれの細胞においても、アクチンフィラメントと共局在していることが分かった。孔辺細胞に特に多くのミオシンが存在することがわかった。その局在様式から、ペルオキシソームとの共局在が示唆された。そこで、GFPで標識されたペルオキシソームを持つ培養細胞による解析を行った。その結果、このミオシンはペルオキシソームと共局在することが分かった。すなわち、このミオシンはシロイヌナズナの細胞内において、ペルオキシソームの輸送に関与しているものと思われる。