hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
口腔は認知機能の障害過程に介入できるか-その脳神経病理学的根拠を求めて-

高齢者の義歯の装着は,咀嚼能力,咀嚼感,そして日常生活の質を高めるものと考えられる.本研究では,高次脳機能にかかわる前頭前皮質活動性に対する義歯治療効果を明らかとする目的から,認知機能,顎機能とそれにかかわる前頭前皮質活動の様相をもとに,義歯装着の効果について検討を加えた.これまでに部分欠損歯列患者を対象として,前頭前皮質血流のNIRS計測とSF36 v2とOHIP-JとMMSEならびに顎筋活動と顎運動の計測を同時に行い,さらに,主観的な咀嚼能力を評価する咀嚼スコアについても診査を行なった.義歯装着と非装着との統計学的検討では,義歯装着によって,顎運動,咀嚼筋活動,前頭前皮質血流は有意に増加した.また,咀嚼スコアも義歯装着による有意な増加を示した.義歯装着時の前頭前皮質血流は,咀嚼筋活動ならびに咀嚼スコアと有意な関連を示した.義歯治療の過程では,治療前の状態と比較して,口腔関連ならびに健康関連QOL, MMSEに新義歯の装着による改善傾向が示された.これらのことは,義歯治療が咀嚼機能の改善ばかりか,前頭前皮質活動,口腔ならびに身体のQOL,さらには認知スコアで示される認知能力の改善などに役割を果たす可能性を示唆している.高齢者の義歯の装着は,咀嚼能力,咀嚼感,そして日常生活の質を高めるものと考えられる.本研究では,高次脳機能にかかわる前頭前皮質活動性に対する義歯治療効果を明らかとする目的から,認知機能,顎機能とそれにかかわる前頭前皮質活動の様相をもとに,義歯装着の効果について検討を加えた.これまでに部分欠損歯列患者を対象として,前頭前皮質血流のNIRS計測とSF36 v2とOHIP-JとMMSEならびに顎筋活動と顎運動の計測を同時に行い,さらに,主観的な咀嚼能力を評価する咀嚼スコアについても診査を行なった.義歯装着と非装着との統計学的検討では,義歯装着によって,顎運動,咀嚼筋活動,前頭前皮質血流は有意に増加した.また,咀嚼スコアも義歯装着による有意な増加を示した.義歯装着時の前頭前皮質血流は,咀嚼筋活動ならびに咀嚼スコアと有意な関連を示した.義歯治療の過程では,治療前の状態と比較して,口腔関連ならびに健康関連QOL, MMSEに新義歯の装着による改善傾向が示された.これらのことは,義歯治療が咀嚼機能の改善ばかりか,前頭前皮質活動,口腔ならびに身体のQOL,さらには認知スコアで示される認知能力の改善などに役割を果たす可能性を示唆している.「口腔は認知機能の障害過程に介入できるか-その脳神経病理学的根拠を求めて」という本研究課題における初年度研究実績の概要は以下のように総括される.歯の部分欠損症例における義歯に使用による1)前頭皮質活性,2)咀嚼筋活動,3)咬合接触様相,4)食品摂取アンケートにいずれにおいても,義歯装着は有意な増加を示し,義歯装着による脳高次機能活性と咀嚼の向上とのかかわりが明らかとなった.とくに歯の部分欠損症例における義歯の使用による前頭皮質活性の向上は,咀嚼の側性にかかわりなく前頭前野背側部に右半側優位性を示した.このことから,咀嚼(食塊認知)にかかわる口腔の体性感覚認知のプロセスに右側前頭前野が深くかかわると考えられた.歯の部分欠損症例における義歯に使用による効果を健常成人と比較すると,1)咬合接触様相,2)食品摂取アンケートのいずれにおいても,健常者は義歯装着のそれより有意に大きい値を示した.一方,3)前頭皮質活性に関する咀嚼の効果には,健常者と義歯装着者とに有意な差異は示されなかった.これらのことから,義歯装着による前頭前野背側領域の活性効果は健常レベルにまで上昇することが確認された.上記の検討結果については,その一部を第118回日本補綴歯科学会(平成21年6月67日,京都)において発表し,また次年度には第119回日本補綴歯科学会(平成22年6月1114日,東京)日本補綴歯科学会(平成22年6月1114日,東京)ならびに第88回国際歯科研究学会議(IADR,201010711417,Barcelona)での発表を予定しており,すでに抄録は投稿済みである.また,現在,部分欠損歯列患者における義歯装着前後の前頭皮質活性の変化と認知機能検査ならびにQOLとの関連については検討を継続している.本年は,義歯の装着による前頭皮質の機能について,さらに検討を加えた.これは,今後,口腔機能にかかわる欠損補綴患者の自覚と前頭皮質活動の関連を検討するうえで必要となる基礎的解明と位置付けている.[目的]歯の部分欠損症例における義歯装着による1)前頭皮質活性と,2)咀嚼筋活動,3)咬合接触,4)摂取食品スコアなどとの関連を検討し,認知機能との関連に関する基礎データと考えた.部分欠損症例16名を被験対象とし,脳機能計測にはf-NIRSを用い,前頭前野にプローブを装着した.義歯装着による咬合の評価にはデンタルプレスケールを用い,さらに咀嚼に評価には咀嚼スコアを応用した.

さらに,咀嚼課題は,チューイングガム1枚を,安静40秒間を挟んだ,10秒間咀嚼を5回繰り返しとした.脳血流データの解析は,Hbマップならびにトポグラフィーを表記して行なった.[結果]義歯装着によって,右半側優位に前頭皮質の有意な活性が両側性に生じたが,同時に有意に向上した咀嚼スコアとの関連では,左側前頭前野の活動性と咀嚼スコアに有意な相関が示された.義歯装着と非装着による,咀嚼スコア,咬合接触面積,咬合力と前頭前野の皮質活動性の関連に関する正準相関においては,義歯装着によって生じる右前頭皮質の血流量の増加が咬合接触面積の増加と関連する傾向を示した.[考察]左側前頭前野については意味認知とのかかわりが報告されていることから,左側前頭前野の活動性は義歯装着によって想定され,食品に対する'噛めるか,噛めないか'といった意識とかかわると推察した.一方,右側前頭前野の活動性が咬合接触面積と相関傾向を示したことは,義歯装着と咬合感覚や食塊弁別とかかわりが推察される.[結論]前頭皮質機能は有意に咀嚼に関連する自己評価を反映することから,次年度にかけて行なわれる咀嚼時の前頭皮質血流とデンタルQOLや認知機能などとの検討が可能と考えている.[目的]平成22年度に,義歯装着による前頭前皮質の活性と咀嚼スコアならびに咀嚼筋活動量との有意な相関を確認した.本年度は,義歯治療が口腔関連QOL(Quality of Life),健康関連QOL,認知機能ならびに抑うつ,などと如何にかかわるものか検討を加えた.[結果]1.旧義歯を使用していた被験者BとCでは,新義歯の装着により口腔関連QOL,なかでも機能の制限(咀嚼,発音ならびに外見の障害)に関する項目に改善傾向が示された.一方,使用経験のない被験者では,被験者Aで新義歯装着により一次的に痛みが生じ,口腔関連QOLに改善は示さなかったが,被験者Dで身体的障害ならびに社会的障害に改善傾向が示された.2.健康関連QOLでは,被験者BとCで新義歯装着による身体機能(日常生活の活動)の変化は示さなかったが,全体的健康感には改善傾向を示した.一方,被験者AとDでは健康関連QOL,なかでも身体機能(日常生活の活動)と全体的健康感に上昇傾向が示された.3.被験者A,B,C,Dのいずれもが,新義歯の装着により,前頭前皮質血流,MMSE,咀嚼筋活動ならびに咀嚼スコアに上昇傾向を示した.[結論]健康関連QOL,口腔関連QOL,咀嚼筋活動,咀嚼スコアならびに認知機能(MMSE)は新義歯装着により,向上する可能性が示された.今後も,Wisconsin Card Sorting Test時の脳血流計測を加えつつ本研究を継続することで,歯科補綴治療による咀嚼機能の改善と認知機能とのかかわりが,さらに明らかにできると考えている.
超低エネルギーイオン注入による半導体極浅ドーピング技術の開発

シリコン半導体デバイスの高集積化に伴い急峻にドープされた極浅接合の形成が必要である。2014年にはドーパントプロファイルの厚さはおよそ10nmになるとされている。従来では数MeV数十keVのイオンエネルギーを用いたイオン注入法が用いられている。しかし、この方法ではシリコン結晶中に多量の原子空孔および格子間原子がなだれ現象的に形成されてしまい、ターゲットであるシリコン半導体の結晶性が著しく劣化する。結晶性の回復と導入したドーパントの活性化のためには熱処理が必要であるが、ドーパントの拡散が生じて極浅ドーピングプロファイルを保っことが困難となる。本研究では、上記問題を解決するために1keV以下の超低エネルギーイオンを用いた超低エネルギーイオン注入技術を開発した。シリコン半導体においてボロンはp型の一般的なドーパントであり、原子半径が小さいためにシリコン結晶中を拡散しやすい元素であるため、ボロンについて検討を行った。ボロンソースとしてトリメチルボロンおよび3フッ化ボロンを検討し、3フッ化ボロンを用いた場合が安定に11B+が得られる事がわかった。ボロンの超低エネルギーイオン注入においてイオンエネルギー、ドーズ量、照射ターゲット温度などの照射条件の最適化を検討した。その結果、ドーズ量および照射ターゲット温度の増加とともにシート抵抗は減少し、800°Cで1×10^<16>ions/cm^2イオン照射して、シート抵抗が6kΩまで減少した。照射ターゲット温度800°Cでイオン照射した場合、イオンエネルギーが300eVの時にシート抵抗が最小値2.8kΩ/□まで減少した。このときの移動度は87を示した。2次イオン質量分析法を用いて深さ方向のボロンの分布を解析した結果、10nm以下の領域にボロンが導入されていることが明らかになった。従来技術である数MeV数十keVのイオンエネルギーを用いたイオン注入法によれば、シリコン結晶中に多量の原子空孔および格子間原子がなだれ現象的に形成されてしまい、ターゲットであるシリコン半導体の結晶性が著しく劣化する。結晶性の回復と導入したドーパントの活性化のためには熱処理が必要であるが、ドーパントの拡散が生じて極浅ドーピングプロファイルを保つことが困難となる。本研究では、上記問題を解決するためにシリコンの格子位置置換エネルギーである2030eV近傍の超低エネルギーを有するイオンビームを用いた超低エネルギーイオン注入技術を開発した。そこでボロンの超低エネルギーイオン注入においてイオンエネルギー、ドーズ量、照射ターゲット温度などの照射条件の最適化を検討した。その結果、ドーズ量および照射ターゲット温度の増加とともにシート抵抗は減少し、800°Cで1×1016ions/cm2イオン照射して、シート抵抗が6kΩまで減少した。2次イオン質量分析法を用いて深さ方向のボロンの分布を解析した結果、少なくとも5nm以下の非常に浅いドーピングプロファイルを達成した。

従来では数MeV数十keVのイオンエネルギーを用いたイオン注入法が用いられている。しかし、この方法ではシリコン結晶中に多量の原子空孔および格子間原子がなだれ現象的に形成されてしまい、ターゲットであるシリコン半導体の結晶性が著しく劣化する。結晶性の回復と導入したドーパントの活性化のためには熱処理が必要であるが、ドーパントの拡散が生じて極浅ドーピングプロファイルを保つことが困難となる。本研究では、上記問題を解決するために1keV以下の超低エネルギーイオンを用いた超低エネルギーイオン注入技術を開発した。シリコン半導体においてボロンはp型の一般的なドーパントであり、原子半径が小さいためにシリコン結晶中を拡散しやすい元素であるため、ボロンについて検討を行った。ボロンソースとして3フッ化ボロンを用いて11B+を単結晶シリコンに注入した。イオンエネルギー、ドーズ量、照射ターゲット温度などの照射条件の最適化を検討した。その結果、ドーズ量および照射ターゲット温度の増加とともにシート抵抗は減少し、照射ターゲット温度800°Cでイオン照射した場合、イオンエネルギーが300eVの時にシート抵抗が最小値2.8kΩ/□まで減少した。このときの移動度は87を示した。2次イオン質量分析法を用いて深さ方向のボロンの分布を解析した結果、10nm以下の領域にボロンが導入されていることが明らかになった。
油と空気の混合作動流体を動力伝達媒介とするアクチュエータの研究開発

大きな発生力と高い応答性を有し,さらに衝撃吸収性を有するアクチュエータを開発することを目的とし,本研究では気泡の混入した作動油を動力伝達媒体とする油圧シリンダを開発した.気泡の混入した作動油の等価体積弾性係数は,気泡の混入量や気泡と作動油にかかる圧力によって変化する.すなわち,本シリンダは気泡の混入量や作動圧力によって特性が変化する.本シリンダを高精度に制御するには,圧力変化と作動油中の気泡の体積混合比の変化の関係を把握し,作動油の等価体積弾性係数の変化を考慮したシリンダの制御方法を確立する必要がある.2018年度は,2017年度に製作した実験装置の改良を行い,本シリンダの特性を実験および数値解析により評価した.実験では,シリンダの基本的な特性を把握するために,作動油の等価体積弾性係数を測定する装置を用い,気泡混入量や圧縮速度を種々変更して気泡の混入した作動油の等価体積弾性係数を測定した.その結果,気泡混入量が多い条件では作動油の等価体積弾性係数は大幅に低下すること,気泡の混入量が同じ条件であっても,圧縮速度を変化させることで等価体積弾性係数の変化は異なることが明らかになった.また,製作したシリンダの衝撃吸収性を実験的に評価するために,製作したシリンダを用いてサージ圧抑制効果を検証した.本実験結果から,気泡が混入した作動油を動力伝達媒体とすることで,シリンダの動作方向切り替え時やピストンに衝撃荷重が付加された時にシリンダ内で発生するサージ圧が低減することが確認された.数値解析では,提案したシリンダをロボットハンドに適用することを想定してロボットハンドをモデル化し,ロボットハンドが物体を把持する際の緩衝効果を検証した.解析結果から本シリンダを搭載したロボットハンドは,高い衝撃吸収性を有することが示された.2017年度は,製作したシリンダに気泡の混入した混合作動流体を封入することが難しく,混合作動流体室内に作動油あるいは空気のいずれかを封入することでシリンダの特性を評価していた.2018年度はシリンダの混合作動流体室内に気泡の混入した作動油を循環させられるようにシリンダを改良したことで,シリンダに混合作動流体を封入して実験を行うことが可能になった.また,気泡の混入量を調整してシリンダ内に混合作動流体を封入する方法も確立し,気泡の混入量の違いがシリンダの特性におよぼす影響を評価できるようになった.また,数値解析では,本シリンダを搭載したロボットハンドシステムを対象として実施した解析の結果からアクチュエータの有用性が示されており,混合作動流体の応用可能性の検討が進んでいる.ただし,実験において,アクチュエータの特性をさらに詳細に評価するには気泡の混入量やサイズをさらに精密に制御できるように制御方法を検討する必要がある.製作したシリンダの混合作動流体室内に気泡の量やサイズを制御して封入する方法として,気泡除去装置を利用することを検討している.気泡除去装置は旋回流を利用して油中の気泡を分離・除去する装置である.先行研究で実施した実験や数値解析の結果から,本装置で除去できる気泡の量やサイズは装置の形状パラメータや流体の条件,装置下流の絞りの開度によって変わることが明らかになっており,これらの条件を調整することで気泡の量やサイズを制御することが可能になる.今後,本方法を適用するために気泡除去装置を製作し,気泡量および気泡サイズを制御するシステムを構築して様々な気泡の混入量,サイズで実験を実施することで装置の特性を詳細に評価する.小形ながら大きな発生力を有し,さらに耐衝撃性と柔軟性を併せ持つアクチュエータを開発することを目的とし,平成29年度は,気泡の混入した作動油(混合作動流体)を動力伝達媒体とする実験用シリンダを試作した.本油圧シリンダは,二つのピストンを有し,両ピストンに挟まれる空間(混合作動流体室)に混合作動流体を充填する.両ピストンの外側のシリンダ室にはサーボ弁を介して純粋な作動油を流入出させるため,一般的な油圧シリンダと同じように使用することができる.試作したアクチュエータを用いた基礎実験として,混合作動流体室に純粋な作動油を充填した条件と純粋な空気を充填した条件でアクチュエータを動作させ,そのときの出力側のシリンダ室内の圧力変化を比較した.その結果,混合作動流体室に作動油を充填させた場合には大きなサージ圧が発生したのに対し,空気を充填した条件ではサージ圧の発生が抑制されることが確認された.また,Matlab/Simulinkによりシリンダの解析モデルを作成してシリンダの動作解析を実施し,混合作動流体室の気泡の混入条件を変更してシリンダ室内の圧力変化を比較した.数値解析においても,混合作動流体室内に空気を混入させることでサージ圧が抑制されることが確認され,本研究で提案したアクチュエータの有用性が示された.本アクチュエータで所望の特性を得るには,混合作動流体室内の気泡混入量を精密に制御することが必要であり,気泡混入量の測定方法についても検討する必要がある.当初,平成30年度に気泡混入量測定装置を製作する予定であったが,本装置の製作を平成29年度に行った.今後,本装置を用いて気泡の混入量の精密な測定方法について検討していく.混合作動流体を動力伝達媒体とする実験用油圧シリンダの製作し,基礎実験および数値解析を通して本研究で提案するアクチュエータの有用性が確認されている.

また,平成30年度に気泡混入量測定装置の製作が完了しており,本研究課題は順調に進展していると判断できる.ただし,気泡混入量測定装置に関しては,当初,気泡の圧縮・膨張,溶解・析出の様子を可視化するために透明なアクリル窓を有する測定装置を製作する予定であったが,十分な耐圧を有する装置の製作が困難であり,アクリル窓を有する測定装置の製作は行えなかった.しかし,本装置を用いて気泡の混入した作動油の体積と圧力の変化を測定することで,気泡の状態を推定できる可能性があることを実験的に確認することができている.今後,様々な条件で実験を実施することで気泡の混入量だけでなく,気泡の状態を推定する方法を検討していく必要がある.また,気泡を作動油中に均一に混入させることが課題として挙げられており,作動油中に気泡を混入させる方法についても引き続き検討する必要がある.大きな発生力と高い応答性を有し,さらに衝撃吸収性を有するアクチュエータを開発することを目的とし,本研究では気泡の混入した作動油を動力伝達媒体とする油圧シリンダを開発した.気泡の混入した作動油の等価体積弾性係数は,気泡の混入量や気泡と作動油にかかる圧力によって変化する.すなわち,本シリンダは気泡の混入量や作動圧力によって特性が変化する.本シリンダを高精度に制御するには,圧力変化と作動油中の気泡の体積混合比の変化の関係を把握し,作動油の等価体積弾性係数の変化を考慮したシリンダの制御方法を確立する必要がある.2018年度は,2017年度に製作した実験装置の改良を行い,本シリンダの特性を実験および数値解析により評価した.実験では,シリンダの基本的な特性を把握するために,作動油の等価体積弾性係数を測定する装置を用い,気泡混入量や圧縮速度を種々変更して気泡の混入した作動油の等価体積弾性係数を測定した.その結果,気泡混入量が多い条件では作動油の等価体積弾性係数は大幅に低下すること,気泡の混入量が同じ条件であっても,圧縮速度を変化させることで等価体積弾性係数の変化は異なることが明らかになった.また,製作したシリンダの衝撃吸収性を実験的に評価するために,製作したシリンダを用いてサージ圧抑制効果を検証した.本実験結果から,気泡が混入した作動油を動力伝達媒体とすることで,シリンダの動作方向切り替え時やピストンに衝撃荷重が付加された時にシリンダ内で発生するサージ圧が低減することが確認された.数値解析では,提案したシリンダをロボットハンドに適用することを想定してロボットハンドをモデル化し,ロボットハンドが物体を把持する際の緩衝効果を検証した.解析結果から本シリンダを搭載したロボットハンドは,高い衝撃吸収性を有することが示された.2017年度は,製作したシリンダに気泡の混入した混合作動流体を封入することが難しく,混合作動流体室内に作動油あるいは空気のいずれかを封入することでシリンダの特性を評価していた.2018年度はシリンダの混合作動流体室内に気泡の混入した作動油を循環させられるようにシリンダを改良したことで,シリンダに混合作動流体を封入して実験を行うことが可能になった.また,気泡の混入量を調整してシリンダ内に混合作動流体を封入する方法も確立し,気泡の混入量の違いがシリンダの特性におよぼす影響を評価できるようになった.また,数値解析では,本シリンダを搭載したロボットハンドシステムを対象として実施した解析の結果からアクチュエータの有用性が示されており,混合作動流体の応用可能性の検討が進んでいる.
マカクザル下部側頭回の記憶機能分化の行動学的研究

本研究では、視覚性の習慣記憶にマカクザル下部側頭回のどの領域が最も密接に関与しているかを、摘除法を用いた行動学的手法によって調べた。そのために、下部側頭回前部、中部、後部の皮質摘除をおこない、最近習慣記憶課題としての特性が注目されている図形弁別課題に対する摘除効果を調べた。さらに本研究結果を、これまで申請者が明らかにしてきた視覚性認知記憶に関する下部側頭回内の機能細分結果と比較し、視覚性習慣記憶と認知記憶に関する下部側頭回内の機能分化の存在を検討した。テスト装置として、ウィスコンシン式一般テスト装置(WGTA)を用い、図形弁別課題を手術前にサルに学習させ、手術後の保持テスト成績を調べ、術後再学習完成後4カ月間、色弁別、空間知覚課題などパターン弁別とはまったく異種の課題を学習させ、その後パターン弁別課題の術後2度目の保持成績を調べた。手術後1回目の図形弁別保持テストにおいて、下部側頭回後半部摘除により重篤な障害が見られた。一方下部側頭回前部の摘除によっては殆ど障害が見られなかった。下部側頭回中部の摘除によっては中程度の図形弁別障害がみられた。この摘除域による障害パターンは2回目の保持テストにおいても確認されたが、我々が先に調べた視覚性認知記憶課題における障害パターンとは全く異なる。認知記憶課題では、下部側頭回前部摘除のみが重篤な障害をもたらし、中部、後部摘除では全く障害が見られなかった。この知見とあわせ、本研究知見は、視覚性認知記憶と習慣記憶に関し、下部側頭回内に明確な機能の分離があることを示唆している。
冷凍マグロ肉解凍法の品質に及ぼす影響-温塩水解凍法の科学的検証-

昨年度の成果より、温塩水解凍は冷蔵緩慢解凍に比べて、ドリップ量が少なく、解凍後の色調の優れていることが示された。そこで、温塩水を用いる効果についてさらに検討した。まず、冷凍メバチ赤身肉、Aランク試料(鮮度良好品)およびCランク試料(鮮度不良品)の2種類につき、約200gのサクを凍結状態で2等分し、それぞれ温水解凍と温塩水解凍により解凍した。解凍過程における温度、重量変化、色(L^*値、a^*値、b^*値)を測定し、解凍後の刺身につき、官能検査(2点比較法)を行った。機器測定の結果、各解凍段階において、温水解凍と温塩水解凍との間に有意差は認められなかった。また、官能検査からAランク試料では、温塩水解凍は温水解凍に比べて、水っぽくなく、粘性、マグロらしい味(うま味)が強いと評価され、温塩水解凍のほうが総合的に好まれた。しかしながら、Cランク試料の官能検査では、両解凍法による差異は明確ではなかった。次にAランク試料、約300gのサクを凍結状態で3等分し、それぞれ温水解凍、温塩水解凍、冷蔵緩慢解凍により解凍した。解凍後の刺身につき、順位法による官能検査を行い、刺身の内側、外側につき、食塩濃度(原子吸光法)を測定した。官能検査の結果、粘性、塩味、マグロらしい味(うま味)は、温塩水解凍が冷蔵緩慢解凍および温水解凍よりも有意に強かった。また、温塩水解凍/外側および温塩水解凍/内側の食塩量は、それぞれ0.12g/100gおよび0.05g/100gとなり、冷蔵緩慢解凍および温水解凍による刺身の食塩量は、温塩水解凍/内側のそれとほぼ同程度であった。したがって、温塩水を用いて解凍することにより、鮮度の高い試料では、刺身の外側に食塩が浸透して、水っぽさを低減し、マグロらしい味を強めることが明らかとなったが、色調保持への効果は低く、さらに、鮮度の低い試料においては、温塩水使用の効果は明確ではなかった。マグロの温塩水解凍法については、塩水の濃度や処理(浸漬)時間について、明確な定説はこれまでにない。そこで、冷凍メバチ赤身肉、約200gのサクを試料とし、Aランク(鮮度良好品)およびCランク(鮮度不良品)の2種類につき、解凍条件の検討を行った。30°Cの水または3%食塩水を用いて90秒間までの浸漬を行ったところ、Cランク試料では、浸漬によるサクの変形はほとんどみられなかった。官能検査から、温水処理は、処理時間が長いほど白みが増して好まれず、温塩水処理は、処理時間が長いほど赤色が強いと評価された。専門家パネルの評価からも、温塩水60秒間処理が最適であると考えられた。一方、Aランク試料では、50秒間の浸漬でかなり変形したため、浸漬時間を40秒間として温水処理と温塩水処理の食味の違いを官能検査により調べた。その結果、温塩水処理のほうが、色(赤色)が強く、水っぽくないと評価され、温水より温塩水処理の方が品質のよいことが示された。次に、温塩水解凍と冷蔵緩慢解凍(2°C24時間解凍)につき、解凍過程における温度、重量変化、色(L^*値、a^*値、b^*値)、pH、ATP関連化合物量を測定し、解凍後の刺身につき、物性測定(硬さ)および官能検査(2点識別・嗜好試験法)を行った。解凍後の試料温度は冷蔵緩慢解凍のほうが有意に高く、重量減少率は冷蔵緩慢解凍のほうが有意に多かった。色調については、温塩水処理後のサク表面のa^*値は、冷蔵緩慢に比べて有意に高く、温塩水処理により赤色が強くなっていることが示された。解凍後の刺身のa^*値、b^*値は解凍時間が長いほど低く、ミオグロビンの自動酸化によるマグロ肉の退色との関連が考えられた。硬さは解凍法による違いは明確ではなかった。官能検査からも冷蔵緩慢解凍は黒みが強く、水っぽいと評価され、温塩水解凍の方が総合的にも好まれた。

解凍後の刺身につき、順位法による官能検査を行い、刺身の内側、外側につき、食塩濃度(原子吸光法)を測定した。官能検査の結果、粘性、塩味、マグロらしい味(うま味)は、温塩水解凍が冷蔵緩慢解凍および温水解凍よりも有意に強かった。また、温塩水解凍/外側および温塩水解凍/内側の食塩量は、それぞれ0.12g/100gおよび0.05g/100gとなり、冷蔵緩慢解凍および温水解凍による刺身の食塩量は、温塩水解凍/内側のそれとほぼ同程度であった。したがって、温塩水を用いて解凍することにより、鮮度の高い試料では、刺身の外側に食塩が浸透して、水っぽさを低減し、マグロらしい味を強めることが明らかとなったが、色調保持への効果は低く、さらに、鮮度の低い試料においては、温塩水使用の効果は明確ではなかった。
コバルト酸化物の電子状態の理論的研究

本計画では、新たな熱電変換材料として有望であることもあり注目される、NaCo_2O_4の電子状態に焦点を当て研究を行った。まず、この物質の結晶構造に基づき有効ハミルトニアンを構築した。この物質の磁性と伝導は、CoO_6八面体から構成される最密充填構造の層内においてCoの3d電子が担っている。この層の構造からすぐに理解されるのは、ハミルトニアンの運動エネルギー項のみを見たとき遍歴する電子のバンド幅が狭いことである。すなわち、この層内でCo-O-Coの結合角は90度をなしており、結果、eg軌道に入った電子は局在スピンとして振る舞い、π結合により互いに繋がるt2g軌道内の電子のみが遍歴することとなる。ここに、強いクローン相互作用が働くため、この系は強相関電子系の特徴を強く持つこととなる。もう一つコバルト系の特徴となるのが、キャリアの内部自由度の大きさである。着目している物質中でコバルトは、3価もしくは4価の価数を持ち、そのスピン状態は、低、中間、高スピン状態と、様々な状態を取りうる。さらには、その電子配置にともない、キャリアは軌道の自由度までも担うこととなる。こうしてコバルト系のキャリアは、きわめて多くの自由度を身に纏いつつ運動することとなる。このキャリアの自由度は、電子相関や運動エネルギーの兼ね合いで決まる。数値対角化法を用いて、スピンと軌道の自由度が、電子構造に、そして熱起電力にどのような形で現れるのかを調べた。また、強い電子相関とキャリアの大きな内部自由度に注目して、熱起電力に対する高温極限からのアプローチであるHeikesの公式の一般化を通して、この系の巨大な熱起電力に対して多角的に調べた。その結果は、室温付近でのNaCo_2O_4の熱起電力に対して、定量的によい一致を示し、数値的手法を用いた計算とあわせて、この系における熱起電力に対するスピンと軌道の役割を明らかにした。本研究では,早稲田大の寺崎らにより発見された,コバルト酸化物における巨大な熱起電力の報告を出発点として,強相関電子系における熱起電力と電子のスピンおよび軌道自由度との関係を理論的な立場から研究し,コバルト酸化物の巨大熱起電力の起源を調べた.高温での熱起電力を与える式はHeikesの公式として知られている.これまでの研究によると,強相関電子系で熱起電力は単調な温度依存性を示し,Heikesの公式が与える値は,その電子系が示し得る熱起電力の上限を示す.そこで我々は,遷移金属酸化物に代表される強相関電子系へのHeikesの公式の一般化を通して,コバルト酸化物の大きな熱起電力の起源解明に迫った.その結果,強相関電子系においては,キャリアーの運動に伴い運ばれる,電子のスピンおよび軌道縮退が熱起電力の増大につながることを明らかにした.コバルト酸化物において伝導を担うのは,Co^<3+>とCo^<4+>である.これらは,低スピン,中間スピンそして高スピン状態といった特徴的な電子状態を示し,それに伴う固有の縮退をもつ.Co^<3+>とCo^<4+>がその場所を入れ換えると,電荷と共にそれぞれの縮退も置き換わる.電荷は単位電荷分しか移動しないが,縮退の移動分はCo^<3+>とCo^<4+>の縮退度の兼ね合いで決まる.この縮退の移動分の大小は,そのまま,熱起電力に反映される.NaCo_2O_4におけるコバルトイオンの形式価数が+3.5であることから,Co^<3+>とCo^<4+>の濃度を50%ずつとして,熱起電力を計算した.Co^<3+>の状態として最も縮退度が小さな低スピン状態を仮定し,Co^<4+>の縮退度を大きくしていくと,正の値を持つ大きな熱起電力が得られた.Co^<3+>の縮退度を大きくしていくと,熱起電力は小さくなり,さらには負の値を示すようになる.帯磁率やNMRの実験によるとCo^<3+>は低スピン状態に,Co^<4+>は低スピンもしくは他のスピン状態あることが示唆されており,NaCo_2O_4における大きな熱起電力,さらにはコバルト酸化物の電子状態が,我々の理論により矛盾無く説明された.本計画では、新たな熱電変換材料として有望であることもあり注目される、NaCo_2O_4の電子状態に焦点を当て研究を行った。

こうしてコバルト系のキャリアは、きわめて多くの自由度を身に纏いつつ運動することとなる。このキャリアの自由度は、電子相関や運動エネルギーの兼ね合いで決まる。数値対角化法を用いて、スピンと軌道の自由度が、電子構造に、そして熱起電力にどのような形で現れるのかを調べた。また、強い電子相関とキャリアの大きな内部自由度に注目して、熱起電力に対する高温極限からのアプローチであるHeikesの公式の一般化を通して、この系の巨大な熱起電力に対して多角的に調べた。その結果は、室温付近でのNaCo_2O_4の熱起電力に対して、定量的によい一致を示し、数値的手法を用いた計算とあわせて、この系における熱起電力に対するスピンと軌道の役割を明らかにした。
ハスモンヨトウ由来培養細胞における薬剤代謝のミニマム・エッセンシャルの同定

薬剤抵抗性において,薬剤の標的分子の変異だけでは抵抗性が説明できない.抵抗性の昆虫個体を用いた解析では,その他の代謝系の変異や活性の解析には,遺伝子数が多く,また,それらの発現する場所や時期も様々であり,生存につながるために必要とされる遺伝子の同定は困難である.本課題では,生体を反映し単純化された培養細胞を用いることで,抵抗性に関わる遺伝子を総ざらいに明らかにする.薬剤抵抗性において,薬剤の標的分子の変異だけでは抵抗性が説明できない.抵抗性の昆虫個体を用いた解析では,その他の代謝系の変異や活性の解析には,遺伝子数が多く,また,それらの発現する場所や時期も様々であり,生存につながるために必要とされる遺伝子の同定は困難である.本課題では,生体を反映し単純化された培養細胞を用いることで,抵抗性に関わる遺伝子を総ざらいに明らかにする.
体外灌流法による卵管の運動および分泌機能に関する研究

ウサギより、血流を保持したまま卵巣と卵管を摘出し、灌流装置内で、灌流を行い肉眼的及び生化学的に以下の点につき観察を試みた。1.卵巣より排卵された卵の卵管への取り込み2.灌流された卵管より分泌される卵管液の分析3.灌流液内に成長ホルモンを加えることにより、卵巣及び卵管から流出するステロイドホルモンの変化と、卵胞の発育及び卵胞卵の成熟度を観察す.1、に関しては、排卵現象は肉眼的に観察可能であったが、排卵々を卵管が取り込む運動迄は観察できなかった。2に関しては、卵管より分泌された液の成分と灌流液の成分を比較対照として、PG、サイトカイン、ステロイドホルモン等の解析を行ったが有意な差はみられなかった。3に関しては、成長ホルモンを加えることにより、卵巣からのエストロゲン、放出が有意に上昇した。この事は、卵胞刺激ホルモン(FSH)や黄体化ホルモン(LH)を除外できるという特性をもつ、この灌流実験においては、成長ホルモンが卵巣に対して直接作用を持つことを示唆しており、4で行った実験結果(同様にエストロゲンの上昇を確認)と併せて、成長ホルモンとIGF-Iという成長因子が性腺に対し大きな影響を与えている可能性があることを示した。3、4いずれの実験でも、明らかな卵の変性はみられず、卵の成熟への影響も与えていなかった。
3次元培養細胞を用いた抗がん剤・放射線誘発口腔粘膜炎モデルの構築

平成30年度の研究実施計画として、過酸化水素添加による口腔粘膜炎モデルのPGE2およびNO産生量の濃度依存性の確認と再生ヒト口腔粘膜上皮細胞を用いた炎症性サイトカイン(IL-1β、TNF-α)添加口腔粘膜炎モデルの作製を実施した。過酸化水素添加によるPGE2およびNO産生量の濃度依存性の確認では、PGE2産生量に濃度依存性は認められず、またNO産生量は増加しなかった。炎症性サイトカインであるILー1β添加口腔粘膜炎モデルの作製では、炎症の指標としたPGE2およびNO産生量いずれも変化が認められなかった。一方、炎症性サイトカインであるTNFーα添加口腔粘膜炎モデルの作製では、炎症の指標としたNO産生量は変化しなかったが、PEG2産生量は増加が認められた。すなわち、過酸化水素、ILー1β、TNF-αのうち、TNFーαを添加した場合のみPGE2産生量が増加したことから、口腔粘膜炎モデルとして使用できる可能性があることがわかった。当初は、PGE2やNO産生量だけではなくCOXー2やiNOSのタンパク発現についても検討する予定であったが、IL-1βおよびTNF-αの添加濃度を決定するための予備試験に多くの時間を要したことから、タンパク発現の確認までは行うことができず、当初の研究実施計画よりも大幅に遅れが生じてしまった。次年度は、口腔粘膜炎モデルの再現性の確認とCOX-2やiNOSのタンパク発現の確認およびNF-κBやMAPKの活性化の関与について検討する予定である。再生ヒト口腔粘膜上皮細胞は海外からの輸入品であり、発注から納品までに1ヶ月以上を要する上、納品日が指定されることから、実験の日程調整が難しく、研究の遅れにつながった。今年度は、当初の研究計画よりも大幅に遅れを取ってしまったことから、今後は遅れを取り戻すとともに、当初の研究計画を遂行できるように研究を進めていく予定である。1)再生ヒト口腔粘膜上皮細胞を用いた口腔粘膜炎モデル作製の再現性の確認2)口腔粘膜モデルのCOXー2やiNOSのタンパク発現の確認平成29年度の研究実施計画としては、過酸化水素添加細胞モデルと炎症性サイトカイン(IL-1β、TNF-α)添加細胞モデルの両方を作製し、モデル作製の指標として、プロスタグランジンE2(PGE2)および一酸化窒素(NO)産生量をELISA法により測定する予定であった。しかし、培養機器のメンテナンスや再生ヒト口腔粘膜上皮細胞の購入手続きに時間を要したことから、当初の研究実施計画よりも大幅に遅れが生じてしまった。また、過酸化水素の細胞への添加濃度を決定するための予備試験に多くの時間を要したことから、本年度は過酸化水素添加細胞モデルの作製に関する検討のみで、炎症性サイトカイン添加細胞モデルの作製を実施することができなかった。過酸化水素添加細胞モデルの作製では、再生ヒト口腔粘膜上皮細胞に過酸化水素を添加することにより、PGE2およびNOの産生量が増加することを確認した。しかし、PGE2およびNOが濃度依存的に増加するのかについては確認できなかったため、再検討が必要である。次年度は、本年度の結果より再検討が必要であると判断した過酸化水素添加によるPGE2およびNO産生量の濃度依存性の確認と炎症性サイトカイン添加細胞モデルの作製を早急に実施する予定である。その後、過酸化水素添加細胞モデルおよび炎症性サイトカイン添加細胞モデルについて、産生されるPGE2およびNOがCOX-2およびiNOSに由来するものなのか、その発現にNF-κBやMAPKの活性化が関与しているのかどうかを検討する。再生ヒト口腔粘膜上皮細胞は海外からの輸入品であり、発注から納品までに1ヶ月を要する上、納品日が指定されることから、実験の日程調整が難しく、研究の遅れにつながった。また、細胞培養を長期間実施していなかったことから、機器のメンテナンスに時間を取られてしまった。次年度以降は、これらの問題は生じないことから、スムーズに研究が進むと考えている。

次年度は、口腔粘膜炎モデルの再現性の確認とCOX-2やiNOSのタンパク発現の確認およびNF-κBやMAPKの活性化の関与について検討する予定である。再生ヒト口腔粘膜上皮細胞は海外からの輸入品であり、発注から納品までに1ヶ月以上を要する上、納品日が指定されることから、実験の日程調整が難しく、研究の遅れにつながった。今年度は、当初の研究計画よりも大幅に遅れを取ってしまったことから、今後は遅れを取り戻すとともに、当初の研究計画を遂行できるように研究を進めていく予定である。1)炎症性サイトカイン(IL-1β、TNF-α)添加細胞モデルを作製し、モデル構築の指標としてPGE2およびNO量を測定する。2)過酸化水素添加細胞モデルや炎症性サイトカイン添加細胞モデルで産生されたPGE2およびNOが、COX-2やiNOSに由来するものであるかを検討する。また、COX-2やiNOSの発現にNF-κBやMAPKの活性化が関与しているかどうかについても検討する。1)再生ヒト口腔粘膜上皮細胞を用いた口腔粘膜炎モデル作製の再現性の確認2)口腔粘膜モデルのCOXー2やiNOSのタンパク発現の確認当初の計画では、過酸化水素添加細胞モデルと炎症性サイトカイン(IL-1β、TNF-α)添加細胞モデルの両方を作製予定であったが、研究に遅れが生じたため、試薬の購入を取りやめたことから、未使用額が生じた。そのため、遅れが生じた部分は次年度に実施予定であることから、未使用分はその経費に充てることとする。当初購入予定であった試薬の購入を研究の遅れにより中止したことから、未使用額が生じた。
多層レイヤ型アイテムバンクを持ち講義内容適応型授業評価項目を自動生成するシステム

平成30年度までに「(A)多層レイヤ型アイテムバンク」、「(B)講義内容及び講義進捗に適応した授業評価項目群の選択」、「(C)(B)をより少ない項目でできるような項目推定」の主要部は完成した。研究の最終目標としては、アイテムバンク、講義シラバス、講義映像を用いて、自動的に適応的な出題項目群を生成できるシステムであるので、最終目標はほぼ達成している。具体的には、授業評価アンケートにおいて、少ない出題項目数でも多くの回答結果が推定できるモデルをベイジアンネットワークによって構築した。ベイジアンネットワークによる確率的因果推論により、授業評価の回答結果を確率的に推定し、実際の学生の回答データを収集、データを基に構造学習を行い、推定モデルを構築した。遺伝的アルゴリズムも用いてシミュレーションした結果、構築した推定モデルは、項目の半数を正しく推定可能であることから、多くの授業評価回答結果を推定できることを示した。また、この推定モデルを「階層型アイテムバンク」と呼称し、これを用いた授業改善支援システムをWebシステムとして開発、現役教員を対象に評価を行った。システムでは、感度分析などのシミュレーション結果の可視化により、どのような改善が有効であるかをレコメンドできる。評価実験の結果、教員のFDへの意欲や、改善点を可視化することによる授業改善が有用であることを示した。さらに長期的効果を検討するため、教員に対し一か月間毎週利用してもらい、授業改善への効果を継続的に検討した。その結果、システムは授業の改善箇所の可視化や改善点の振り返りに役立つことがわかった。しかし、現在のところ、(B)(C)の計算コストが非常に大きく、実用的ではない。そこで、最終年度の平成31年度(令和元年度)は、計算コストを下げるために実装方法を工夫・改良し、最終的に実用に供せるシステムとする。平成30年度までに「(A)多層レイヤ型アイテムバンク」、「(B)講義内容及び講義進捗に適応した授業評価項目群の選択」、「(C)(B)をより少ない項目でできるような項目推定」をほぼ完成させた。ベイジアンネットワークを用いた推定モデル、授業評価項目の階層型アイテムバンクを完成させ、それらを搭載してWeb上での授業評価システムとすることができた。そのシステムを利用した、教員に対する比較的長期の評価実験も実施済みであることから、研究は順調に進んでいると言える。また、最終年度は、評価実験を中心に行う予定であったが、評価実験が順調に進んでいることから、当初予定していなかった計算コストを下げる改良に踏み込める予定である。したがって、全体として当初の計画以上に進展していると言える。しかし、現在のところ、(B)(C)の計算コストが非常にかかり、実用的ではない。実施は以下の手順で行う。(1)適応的項目出題方法論の改良を行う。具体的には、授業の話題と、情報量に基づく項目選択方法に取り組む。授業の話題は、シラバスに対する自然言語処理により得た単語の傾向から、マッチする質問文(項目)を選択する方法である。情報量は、出題した結果得られる情報量(確率分布の変動)が最大の項目を選択する方法である。その際、項目数が増えれば増えるほど計算コストが指数的に上昇する。これを低減するため、ネットワークをサブグラフに分けて情報量を計算し、授業の話題は情報量に対する重み付けとして簡易に計算することで、十分な情報量が期待でき、かつ授業内容を反映した項目選択ができると考えている。(2)(1)のように新たにサブグラフに分けて情報量を計算する手法を導入するが、それを最終的には結合させてマッチングをとる必要がある。シミュレーションを繰り返し、各サブグラフの計算コストがどの程度下がるかを比較分析して、サブグラフの構成方法の最適化を図る。(3)最適化したサブグラフを持つ適応的出題方法としてシステムに実装し、最終的なシステムを完成させる。(4)(3)の評価実験を行う。平成28年度は、多層レイヤ型アイテムバンクの基礎を構築した。まず、「学生による授業評価項目」の項目間の関係を、実際に実施した「授業評価」のデータを用いて分析した。その結果から、アイテムバンクのアイテム(授業評価項目)の抽象度を決め、より抽象度の高い項目を上層に、具体度の高い項目を下層にするという、授業評価項目の階層化を行うことができた。次に、ベイジアンネットワークを利用して、抽象度の高い項目を出題して、その回答分布から、具体的項目の回答分布を推測することができることを示し、これによって、抽象度の高い項目を出題すれば、その下位にある具体的項目の回答が予測できるようにした。このことによって、回答者(学生)は少ない質問項目にのみ回答すればよくなり、回答者の負担を少なくしながらも、教師には具体的項目の回答結果を予測して示すことができるため、より具体的に授業改善の箇所を示すことができた。

具体的には、階層型のアイテムバンクをデータに基づいて構造学習する際に、抽象度を各項目に割り振り制約条件として与えることにより、親ノードが抽象的な項目、子ノードが具体的な項目となる、「抽象-具体の階層関係」を構築できた。これらの成果を踏まえ、階層型のアイテムバンクを持つ授業評価支援システムを試作した。授業評価データとして、記述式の紙ベース、マークシート、パソコンで入力されたデータを試作した授業評価支援システムに入力すると、より抽象度の高い、少ない個数の回答結果から、より具体的な授業評価項目の回答結果を予測して教師にフィードバックできることが、平成28年度に試作したシステムの主たる特徴である。また、授業の改善方法をフィードバックするために、各項目に対応した改善方法も提示できるシステムとした。平成28年度は、「講義内容」「講義進捗」「教授行動」と「授業評価項目」の相互の関係を分析することを中心とした計画であり、実際に、シラバスに記載されている専門用語と授業中の発言との類似度を算出し、時系列解析した結果、自己相関関数が単調減少であるとき、理解度に関する授業評価が高い傾向にあることなどがわかった。また当初の予定通り、毎回の講義のビデオ撮りをし、毎回の講義で簡単な授業評価データも取得したが、当初の予定の中では、授業評価と教授行動との関係分析については行うことができなかった。その一方、平成28年度はあくまでも基礎的分析のみを行い、アイテムバンクを作成する準備期間と考えていたが、階層型アイテムバンクの推定精度を検証するためにデータの内90%を学習データ、10%を試験データとしてシミュレーション実験を行った結果、2項目の出題で73項目中37項目(約50%)の回答を正しく推定可能であることがわかるなど、アイテムバンクの基礎部分を完全に作成することができ、さらにはこれらのシミュレーション結果などをふまえて、授業評価支援システムの試作までを行うことができた。この部分については、当初の予定より1年近く早く進んでおり、全体としては、おおむね順調に進展していると言える。平成28年度に数題の授業評価項目から多数の授業評価項目の回答結果を推定できるモデルを「階層型アイテムバンク」と呼称し、その基礎を作成し、授業改善支援システムを試作したので、平成29年度は、これを用いて授業評価アンケート項目の適応的な出題方法について検討した。(1)まず、毎回の授業で行なうアンケートを想定し、一回前の授業の収集データから推定した結果を用い、項目を出題する方法についてシミュレーション実験を行った。その結果、一回前の推定結果を逐次反映する方法が推定精度として良い傾向であることがわかった。(2)次に、項目間の抽象度を定め、構造学習をしたモデルの推定精度をシミュレーションにより示した。(3)さらに、毎回の授業の評価値の推移を教員にフィードバックする機能について検討した。個々の受講者が回答した項目数は7項目でありながら、階層型アイテムバンクにある72項目全てについて推定可能であり、毎回実施しているため、その推移をフィードバック可能であることを示した。(1)(3)により、階層型アイテムバンクの推定モデルを利用した授業改善支援システムの開発ができ、少ない項目でもより多くの項目を推定して、授業改善に役立てられることを示した。
地下空洞周辺岩盤の安定性の評価法に関する調査研究

本企画調査研究は、インドと日本の二国間協定に基づき、地下空洞掘削問題に関する情報交換、技術協定の観点から、今後どのような協力、共同研究などに展開することが可能かを探るためのものである。そのために、まず、トンネルや地下発電所の設計法、その安定性の評価法、さらに施工中のモニタリングなどについて、我が国の現状及び現在進行形中の研究について情報収集を行い、並びにそこに含まれる問題点について整理した。情報収集と問題点の整理については、神戸大学と山口大学(岩盤力学に関する研究を非常に積極的に行っている)におけるトンネル、地下空洞に対する最近の研究成果について意見交換、データ整理を行うことによって実施した。また、その際、相方が有している現場のデータについても情報交換を行った。一方、インド側を代表して来日したSingh博士(インド中央鉱山研究所長)とDube博士(インド中央鉱山研究所主任研究員)がインドにおける地下空洞掘削技術の現状と研究体制について神戸大学にて講演を行った。さらに、両博士は日本における技術の現状とその水準を実際に把握することを目的として、東京ガス(株)の扇島LNG地下タンク、および東京電力(株)の葛野川地下発電所空洞の施工現場、さらに電源開発(株)本社を訪問し資料収集、および技術者との交流を行った。このようにして得られた日本、およびインドの地下空洞掘削技術に関する、情報は一つの定まったフォーマットに従って整理し、データベース化することにより今後の相互協力の基礎資料を作成することが可能となった。またインド側技術者の日本訪問により、日本側の現状を十分に伝達することができたため、次のステップとして日本側の研究分担者がインドを訪問し日本の技術をさらに詳細にインド側に伝えると共に、インドにおける、特に鉱山を中心とした地下空洞掘削に関する技術の現状を把握し、相互に有益な情報交換、技術協力の体制作りについて、今後も継続した活動を展開して行く予定である。
イネにおけるETI誘導制御に必須なシグナル因子の同定と機能解析

植物の抵抗性遺伝子(R遺伝子)の活性化により誘導されるETI(effector-triggered immunity)の発動制御因子の特定及びその分子機構の解明を目指し、イネいもち病菌に対するETIの誘導が不完全なイネ変異体(ttm5、ttm11、ttm13)について、原因遺伝子の単離を進めた。これらの変異体の遺伝的背景は日本晴であり、コシヒカリとの交配で得られたF2及びF3世代約90個体について接種検定を行うとともに、日本晴/コシヒカリゲノム間における多型検出179マーカーによるタイピングを実施し連鎖解析を行った。その結果、ttm5変異体では第3染色体の約1.3Mbp、ttm13変異体では第9染色体上約20Mbpの範囲内に候補遺伝子がマッピングされた。一方、ttm11では変異体の表現型と明瞭に連鎖する染色体領域を見出すことができなかった。さらに、原因遺伝子の候補領域を絞り込むため、これらの変異系統のゲノムを次世代シーケンサーを用いて解析し、変異体と野生型である日本晴との間における多型情報を新たに取得することとした。ttm5では、候補領域内に5カ所の多型が検出され、そのうちアミノ酸置換を伴う変異は1つのみであった。そのため、この変異が生じた遺伝子をTtm5候補遺伝子と想定し、相補試験を実施するためコンストラクションを開始することとした。ttm11及びttm13については、現在得られたシーケンス情報について解析を行っている。解析の対象とするイネの変異体3系統のうち2系統について、染色体上にマッピングすることに成功した。さらに、材料の準備等で通常23年かかる大規模連鎖解析ではなく、次世代シーケンス解析により候補遺伝子の絞り込みを実施している。これまで変異体を用いた遺伝解析では、大規模な材料の解析が必要であるが、MutMap法等の次世代シーケンサーを用いた解析により全ゲノムレベルで変異を見出すことが低コストで出来ると期待できる。今回は変異体の遺伝背景が日本晴であることから、レファレンスゲノム情報が整備されており、MutMap法ではなく変異体と野生型のゲノムにおける多型の抽出を行った。候補遺伝子が得られた場合、相補試験に向けゲノム編集等により候補遺伝子をノックアウト個体を作成する。さらに、得られた原因遺伝子が他のRタンパク質の機能に関与するか解析するため、異なるRタンパク質をもつ品種等とttm変異体との交配を進める。本年度実施した次世代シーケンス解析が当初予定していたよりも安価だったため、予算を圧縮することが出来た。次年度は2年に1度開催される国際会議に出席し、情報収集すると共に成果の一部を発表する。