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EU諸国のバイオマスエネルギー利用拡大に関する実証的研究

EU諸国、とくにドイツでは2000年以降、電力の固定価格買取制度および市民参加型の地域運営によって支えられ、バイオマスによる発電、温水供給が農村部を中心に急激に拡大している。こうした動向に対し、競争原理の欠如、電気料金等による消費者への負担、飼料用トウモロコシの生産拡大による農地への環境負荷などの問題点が指摘されている。ドイツでは再生可能エネルギー法(EEG)の近年の改訂により、バイオガスプラントの増加に歯止めがかけられ、飼料用トウモロコシの偏重から脱しつつあること、デンマークでは当初より食品産業の廃棄物など多様な原料が利用され、バイオガスの都市ガス利用が進められていることが明らかになった。バイオマス利用拡大の調査を進める上で必要となる日本国内の現状を把握するため、2014年3月1819日、北海道十勝地方の調査を行った。同地方は2013年度に農林水産省の「バイオマス産業都市」に認定された。バイオガス発電普及の背景には、酪農の規模拡大による家畜排泄物の処理の問題、畑地への糞尿散布による周辺住民からの苦情がある。さらに2011年の東日本大震災と原発事故を契機に、電力の地域内自給の機運が高まった。2012年7月からは国の固定価格買取制度を利用し、大きな売電収入を得ている。ただし、送電量の枠を巡って大企業のメガソーラーとの取り合いになっている。鹿追町環境保全センターは酪農家12軒による集中型、士幌町は個別型の管理運営方式をとっており、いずれも酪農家の家畜糞尿処理労働の負担が軽減され、売電による大幅収入増が見込まれている。また、同年3月1015日には、フランスにおけるバイオマスエネルギー利用拡大の実態と技術普及体制について、農業食料漁業省、全国農業会議所をはじめとした関係機関、農業者に対する継続教育を行うCFPPA(職業教育・農業技術向上センター)において、ヒアリングを実施した。フランスでは、2012年12月、社会党政権となって就任したルフォル農相は「アグロエコロジー構想」を打ち出した。ここは、「窒素自給・メタンエネルギー計画」が、有機農業の推進、農薬使用の半減、抗生物質の使用抑制などとならび、持続的農業の推進の重要政策として位置づけられた。作物生産における窒素投入の削減や窒素肥料の自給の促進、家畜飼養における糞尿の有効利用、とりわけ、農場内のメタン発酵施設の普及が主要政策課題として挙げられる。平成26年8月27日9月5日に、ドイツ、デンマークにおいてバイオマスプラントの調査を行った。ドイツでは、連邦農業省農村研究所にて、再生可能エネルギー政策の専門家であるホルスト・ゲーマン博士およびトマス・ド・ヴィッテ博士より、EUおよびドイツの再生可能エネルギー政策とその問題点について聴取した。また、ブラウンシュヴァイク市の都市ガス会社であるBSエネルギーにて、再生可能エネルギー開発(下水処理後の汚泥、穀物の発酵)およびバイオガス車普及、充電所の設置などについて聴取した。その後、ドイツ北部のオランダとの国境付近に位置するヴェルテ市を訪ね、同市およびその周辺にて、バイオマスからメタンガスを生成させ、発電を行う農家および企業を5ヶ所訪問調査した。ドイツでは飼料用トウモロコシを主原料とすることによる様々な弊害から家畜糞尿、食肉処理場の廃棄物、テンサイなど、他の有機物に転換しつつある。ある農家では1990年代に2基の風車を導入、畑作420ha、養豚、養鶏に加え、2006年からは1MW規模のバイオマス発電を手掛けている。一方、デンマークでは農業研究機関アグロテックのグレガーセン博士の案内によりバイオガスプラントを3ヶ所訪問調査した。1986年に設立されたプラントでは、付近の乳牛経営の糞尿に加え、10kmほど離れた酪農会社の食品残渣を利用して発電および熱供給を行っている。テンサイ、麦わら、商品化されないニンジンなども使う計画である。デンマークでは飼料用トウモロコシに偏することなく、家畜糞尿、食品残渣、食肉処理場の廃棄物など、多様な原料が利用されている。またバイオマス発電会社Nature Energyでは、デンマークにおけるバイオマス発電の現状、バイオガス車の普及、スタンドの設置状況を聴取した。27年度は、前年度、前々年度の研究のとりまとめと、学会報告の準備を行った。ドイツ、デンマークにおいて、バイオガスプラントの建設が進み、バイオガスが広く使われるようになった共通要因としては、畜産経営の糞尿処理問題がある。しかし、再生可能エネルギーに関する政策の違いから、異なる展開を遂げている。ドイツの場合は、固定価格買取制度を基本とするEEGによってバイオガスプラントが急激に増え、同時にトウモロコシの作付が環境面で問題を引き起こすまでになった。その燃料効率のよさから、原料がトウモロコシに偏ってしまったのである。現在、その反省から、EEGの改訂によって、バイオガス生成のためのトウモロコシ使用割合を60%以下に制限したり(2012年)、さらに買取対象を発電量の50%に留めたりするなど(2014年)、バイオガスプラントの増加に歯止めをかけている状況にある。一方、デンマークでは、1990年当初より、飼料用トウモロコシに偏ることなく、食品産業の廃棄物など多様な原料を利用している。これには、同国の畜産経営が北部ドイツ以上に集約化し、糞尿処理が経営の存続を左右するほど深刻であったことが関係しているだろう。現地調査では、隣国のドイツの「轍を踏みたくない」という意向も働いているという声も聞かれた。ドイツでも、農場内の養豚、養鶏の糞尿とともに、実験的ではあるが廃棄されたテンサイを利用している事例が見られた。食肉処理場の廃棄物を利用する動きも見られる。

今後、2014EEGに対して現場がどのように対応するのか、注視していく必要がある。EU諸国、とくにドイツでは2000年以降、電力の固定価格買取制度および市民参加型の地域運営によって支えられ、バイオマスによる発電、温水供給が農村部を中心に急激に拡大している。こうした動向に対し、競争原理の欠如、電気料金等による消費者への負担、飼料用トウモロコシの生産拡大による農地への環境負荷などの問題点が指摘されている。ドイツでは再生可能エネルギー法(EEG)の近年の改訂により、バイオガスプラントの増加に歯止めがかけられ、飼料用トウモロコシの偏重から脱しつつあること、デンマークでは当初より食品産業の廃棄物など多様な原料が利用され、バイオガスの都市ガス利用が進められていることが明らかになった。ドイツ、デンマークにおいて、バイオマスエネルギーに関する現状、最新の情報、専門家の知見を聴取することができた。25年度に現地調査を行ったフランス、日本の実態と合わせ、比較検討するための素材を集めることができた。農業政策、農村社会学27年度は、これまでに行った現地調査のまとめ、とくに日本と欧州、さらに欧州三カ国(ドイツ、デンマーク、フランス)の間の比較分析を行う。分析の結果を、日本農業経済学会等、学会で報告を行い、学会誌に投稿する予定である。研究代表者および研究分担者が執筆分担した『復興から地域循環型社会の構築へ』(2013年7月刊行)をはじめ、バイオマスエネルギー利用に関連した成果を着実に発表している。当初、ドイツ、デンマークでの調査を予定していたが、先方の都合により、実施を26年度に延期することにした。しかしながら、日本国内の先進事例、およびフランスの現地調査を行うことによって次年度の調査の焦点がより明確になった。26年度はドイツおよびデンマークの現地調査を2014年9月に行う。ドイツでは北部のニーダーザクセン州および南部のバーデン・ヴユルテンベルク州を調査対象とする。ホーエンハイム大学農学部および連邦政府の農村・森林・漁業研究所(J. H. von Thuenen研究所)の協力を得ながら、バイオマスエネルギー利用拡大の実態と問題点について、聴き取りと資料収集を行う。また両州の食料・農林省および環境省において、州政府独自の対応策について聴き取りと資料収集を行う。デンマークでは、農業省、環境省をはじめ、デンマークバイオガス協会(Danish Biogas Association)、農業技術および食品開発研究所(Institute for Agri Technology and Food Innovation)等の関連機関を訪ね、同国におけるバイオマスエネルギー利用拡大の実態と問題点について、聴き取りと資料収集を行う。
後漢時代地方統治の再検討―五一広場東漢簡牘と『後漢書』の比較検討に基づく―

後漢時代の地方統治体制について、『後漢書』と五一広場東漢簡牘にもとづいて検討を行った。公開済の五一広場東漢簡牘に対して、基礎的な整理を行ない、一部の行政文書に対して日本語訳を作成した。司法に関わる業務に関連して、郡太守府は県廷に対して指示・命令や譴責を下しており、当該史料は後漢時代における郡と県の関わりの強さを反映する。その知見を『後漢書』の記述と比較した。地方統治において司法が重視され、儒家思想に基づく文言が用いられる背景には、後漢中期における中央の政治情勢の影響が存在すると判断される。既発表五一広場東漢簡牘すべてをカード化し、語彙や書式を整理した。そのうち郡太守府発信文書については訳註原稿(「長沙五一廣場東漢簡牘郡太守府発信文書訳註稿」)を完成し、平成29年秋には公刊される予定である。訳註作成過程で五一広場東漢簡牘の文書について、次のことが明確となった。1.独特のきまり言葉、定型句が多用されるが、それはすでに検討されている西北漢簡の用語と非常に近い。しかも西北漢簡よりも五一広場東漢簡牘のほうが長文の状態で出土しているため、漢代の行政文書用語を検討するためには五一広場簡牘は史料的価値がたかい。2.月令的発想に基づく指示命令が散見される。行政の末端にまで儒家思想が浸透していた、あるいは浸透していく過程を示す可能性がある。3.形態的には西北漢簡よりも多様である。地理的条件のちがいに基づくのか否かは今後の出土例に注意せねばならない。いわゆる両行簡は、幅がかなり広い。これまでは簡牘文書・書籍の収巻方法について、西北漢簡の形態を根拠として理解されてきたが、これは再検討が必要となる可能性がある。また実測図と写真が公開されている数点の簡牘は、復元製作を行った。これにより使用方法についての検討も行っている。また研究協力者に一部の簡の検討を依頼して、一定の成果を得ている。並行して『後漢書』の検討をおこなった。「公孫述政権の興亡」と題し、公孫述政権の興亡と地方豪族等との関係を考察した論考を完成し、他の研究者との合同検討会、査読をへて、平成29年秋ごろにはこちらも公刊される予定である。当初の計画通り、既発表五一広場東漢簡牘を整理検討し、一部の簡については訳註を完成することができた。訳註作成では郡発信県受信文書について集中して取り組んだので、書式・用語の特色を把握することができた。そのため今後新たに五一広場東漢簡牘の公刊がすすむ、あるいはよく似た性質の簡牘が発見された場合にも、書式・用語から発信者・受信者を特定するための手がかりを得た。また郡発信県受信文書とは郡・県官府での業務そのものであるので、本研究での課題の一つである郡県制地方統治制度の再検討にむけた重要な示唆を得ている。それゆえ本研究はおおむね順調に進展していると評価できる。五一広場東漢簡牘の訳註作成の成果をふまえ、本年度は『後漢書』との比較検討を行ない、以下の知見を得た。1.当該簡牘は用語の面で『後漢書』と共通性が高い。簡牘の研究が進んでいるのは西北地域から出土した前漢後期から後漢初期のものに対してであるが、それと比較して、言葉・表現が『後漢書』と近い。2.政治的背景を考慮すべき可能性。五一広場東漢簡牘は司法関係の文書が多く、その背景として地方官府の司法担当部局の廃棄文書であることが想定されてきた。しかし『後漢書』によれば、文書作成時期は外戚鄧氏が政権を主導した時期にあたる。鄧氏に関しては、司法、とりわけ冤罪から人々を救ったとのエピソードがよくみられる。このような状況からすれば、当該簡牘に司法・冤罪事件に関する文書がみられるのは、出土地点ゆえだけの問題ではなく、政治的事情に基づく時代背景を考慮すべきである可能性が想定される。簡牘出土地は、地方官府であったとされているが、関連して後漢時代の地方官府の遺跡を実見した。官府遺跡は、北方地域において保存状態が比較的よい。そのため、内蒙古自治区にのこる漢代の郡・県等の遺跡を実見することで、地方官府の規模、位置関係、そして調査報告書のもつ問題点などを確認することができた。五一広場東漢簡牘は、地方統治制度のみならず、後漢時代の政治や社会に関しても重要な史料であることが確認された。それゆえ、地方制度以外も含めて後漢時代史に関する近年の研究状況を把握する必要があり、研究状況を整理し、それをふまえて学界展望を執筆した。

地方統治において司法が重視され、儒家思想に基づく文言が用いられる背景には、後漢中期における中央の政治情勢の影響が存在すると判断される。まず五一広場東漢簡牘中から、郡発信県受信文書を引用している文書を特定し、その特徴的な書式・用語を整理して、訳註を作成する。引用者は県廷やその属吏である可能性が高いと想定しているが、具体的に引用文を検討することで、郡からの指示命令がどう処理されたかをみることができる。その上で、郡と県の関係に関わる検討結果をまとめ、公表せねばならない。また『後漢書』における郡県の業務の描写との比較検討も必要であると考えられる。中国古代史人件費・謝金支出が計画よりも少なかったことが最大の理由である。研究協力者二名に専門知識の提供を依頼していたが、二名とも多忙のため、うち一名から計画の半分程度の成果を得たにとどまった。よって支出は予定の四分の一程度となっている。また旅費支出も計画よりも少なかったが、これは参加を予定していた研究会が居住地近隣で開催されることが多く、交通費が少なくなったためである。物品費ではオーバーヘッドタイプのスキャナーを計上していたが、使い勝手に難があるようであったので、より一般的な機種のものを購入し、結果金額が低くなった。人件費・謝金については、引き続き予定していた協力者に提出を依頼する。また専門知識を提供可能な研究者がいるので、協力を依頼する。旅費支出については、研究会・学会の出張が発生する予定である。物品費については、関連する史料・研究書があらたに出版されているので、その購入に使用する。
気道上皮におけるZAPSを介した新規抗ウイルスメカニズムの解析

「感染」から生体を防御するためには、自然免疫系の活性化が重要な役割を果たしている。自然免疫系は、病原体を構成する構造の一部(PAMPs)がパターン認識受容体(PRRs)によって認識されることによって活性化される。ウイルス感染の中でもインフルエンザウイルスの感染は、その核酸がセンサー分子RIG-Iによって認識され自然免疫応答が活性化される。一方で、ウイルスの遺伝子にコードされているNS1タンパク質により、宿主の免疫応答は抑制される。本研究では、NS1とRIG-Iの活性化因子、ZAPSの競合が自然免疫応答調節のキーとなることを明らかにした。HEK293T細胞にZAPSとインフルエンザウイルス由来NS1を過剰発現させた後、RIG-Iのリガンドである3pRNAやインフルエンザウイルスRNA(flu vRNA)をリポフェクション法によって細胞内へ導入し、インターフェロンやサイトカインのmRNA発現量をqRT-PCRを用いて解析した。さらに、IFN-βのpromoter領域を含むp-125 LucまたはNF-kBの結合配列でdriveするルシフェラーゼアッセイを用いて転写因子の活性化について検討を行った。その結果、インフルエンザウイルス由来NS1によってインターフェロンやサイトカイン等の発現誘導が有意に抑制される状況において、ZAPSを過剰発現させた場合、その抑制効果が阻害されることがわかった。さらに免疫沈降法とウェスタンブロット法を用いた解析結果から、RIG-Iに対するNS1とZAPSの会合が競合的であることがわかってきた。現在、上記の結果に基づき、HeLa細胞に異なる蛍光タグをつけたZAPS,NS1の発現ベクターをトランスフェクションし、RIG-Iに対する局在の変化について検討を行っている。これまでに細胞内で核酸認識に関わるRIG-Iの活性化をポジティブに調節する分子として、ZAPS(Zincfinger antiviral protein 1, shorter isoform)を見いだした。本研究では、これまでの結果を基盤として、インフルエンザウイルスに対する抗ウイルスメカニズムを明らかにすることを目的として基礎的研究を進めている。HEK293T細胞にインフルエンザウイルス由来NS1を単独またはNS1とZAPSを共発現させた後、RIG-Iのリガンドとなる3pRNAやウイルス由来RNAを細胞内に導入すると、NS1単独ではインターフェロンやサイトカイン等のmRNA発現が抑制されるのに対して、ZAPSを共発現させることでmRNA発現を有意に回復させることができた。その条件において、それぞれのタンパク質に対して異なる蛍光タグを結合させて局在の変化を解析すると、RIG-IとNS1の共局在がZAPSによって阻害されることがわかってきた。この結果は、免疫沈降法を用いたウェスタンブロットの結果と同様なメカニズムが細胞内で働いていることを示唆している。現在、これらの会合性が直接的なのか、または間接的なのか解析を進めている。また、ZAPSを過剰発現させたトランスジェニックマウスの解析を進めている。トランスジェニックマウス由来のマウス胎児繊維芽細胞(MEFs)を調整し、核酸で刺激をした結果、インターフェロンやサイトカイン等のmRNA発現の増強が見られた。このことから、実際にin vivoで感染させた時のインターフェロンやサイトカイン等の遺伝子発現の変化やウイルス量の変化について解析を進めていくことを検討する。これまでに、細胞内で核酸認識に関わるRIG-Iの活性化をポジティブに調節する因子として、ZAPS(Zincfinger antiviral protein 1, shoter isoform)を見出した。本研究では、この結果を基盤として、インフルエンザウイルスに対する抗ウイルスメカニズムを明らかにすることを目的とし、その基盤的研究を進めている。HEK293T細胞に対して免疫応答の抑制に関与するインフルエンザウイルス由来NS1を単独またはNS1とZAPSを共発現させた細胞に、ウイルス由来のRNAを認識するセンサー分子RIG-Iのリガンドとなる3pRNAやウイルス由来RNAを細胞内に導入すると、NS1によるインターフェロンやサイトカインのmRNA発現の抑制がZAPSにより有意に回復されること、さらに免疫沈降法や蛍光顕微鏡を用いた解析を通じて、RIG-IとNS1の会合性がZAPSにより阻害されることがわかってきた。また、ZAPSを過剰発現させたトランスジェニックマウスを用いて、マウス胎児繊維芽細胞(MEFs)を調整し、3pRNAやウイルス由来RNAで刺激をした結果、インターフェロンやサイトカインの発現が増強したことから、in vivoの実験系においてZAPSトランスジェニックマウスを用いてインフルエンザウイルス(PR8)を感染させると、インターフェロンが強く誘導され、さらにウイルス由来のRNAの減少が認められたことから、ZAPSを介するインフルエンザウイルスの抑制が期待されることがわかってきた。こららの結果から、動物実験を含めた実験について、現在、詳細な検討を進めている。本研究では、インフルエンザウイルスに対する抗ウイルスメカニズムを明らかにすることを目的として実験を進めている。in vitroの実験系においては、ZAPSとRIG-I/NS1の結合性に関する実験・ZAPSの変異体をを用いた競合実験などを行うことでNS1による免疫応答抑制の回避に必要なメカニズムが明らかになりつつある。さらにトランスジェニックをマウス由来のMEFs(in vitro)やマウスを用いた実験(in vivo)も検討を進めており、生体におけるZAPS機能の重要性が明らかになりつつある。現在、論文作成にむけて調整を行っている。病原微生物(ウイルスや細菌)は,宿主の免疫システムを回避する機構を備えている.一方,宿主が備える自然免疫システムは,病原微生物の生体内への侵入にともない迅速に活性化される防御システムである.我々の身の回りには,様々な病原微生物が存在しているが,それらに対して細胞はセンサー分子を駆使して病原微生物の侵入を感知している.

細胞外からのウイルス・細菌等の侵入には,TLR等の受容体が,また,細胞質内へのウイルス等の侵入には,RIG-I等の受容体が生体にとって異物となる物質の一部を認識することで免疫システムを活性化している.これまでに,我々は,細胞質に存在するセンサー分子RIG-Iの働きをポジティブに調節する因子としてZAPSを見出した.本課題では,この結果を基盤としてインフルエンザウイルスに対する抗ウイルスメカニズム応答を明らかにすることを目的とし,基礎的研究を進めた.インフルエンザウイルス由来のタンパク質で免疫応答の抑制に関与することが報告されているNS-1をHEK293T細胞に過剰発現させた細胞に対してZAPSを共発現させ,RIG-Iのリガンドとなる3pRNAやウイルスRNAを細胞内に導入した.その結果,NS-1によるインターフェロンの遺伝子発現抑制効果がZAPSにより回避されること,さらに免疫沈降法などの解析を通して,RIG-IとNS-1の会合性がZAPSにより抑制されることがわかった.実際に,トランスジェニックマウスから調整したマウス由来の細胞に対して3pRNAで刺激をするとインターフェロン等が強く誘導されることを確認した.さらに,マウスを用いてインフルエンザウイルス感染を行うと,インターフェロンの上昇に相関してウイルス量の減少を確認することができた.以上の結果から,ZAPSの制御を介した抗ウイルス応答が期待される.「感染」から生体を防御するためには、自然免疫系の活性化が重要な役割を果たしている。自然免疫系は、病原体を構成する構造の一部(PAMPs)がパターン認識受容体(PRRs)によって認識されることによって活性化される。ウイルス感染の中でもインフルエンザウイルスの感染は、その核酸がセンサー分子RIG-Iによって認識され自然免疫応答が活性化される。一方で、ウイルスの遺伝子にコードされているNS1タンパク質により、宿主の免疫応答は抑制される。本研究では、NS1とRIG-Iの活性化因子、ZAPSの競合が自然免疫応答調節のキーとなることを明らかにした。本研究では、インフルエンザウイルスに対する抗ウイルスメカニズムを明らかにすることを目的として実験を進めている。これまでに、共焦点レーザー顕微鏡を用いた解析を進め、細胞内でのタンパク質の局在変化について解析し、免疫沈降法を支持する結果が得られている。さらに、どのドメインが、この活性に重要であるのかについても検討をはじめている。また、当初計画通りin vivoにおける実験も解析を進めていることから、概ね計画通りに進んでいると考えている。
ホスト-ゲスト相互作用を利用した高速液体クロマトグラフィーによる有機化合物の分離

レゾルシンと長鎖アルキルアルデヒドからなるシクロファン型の大環状化合物の基質選択性や立体選択性を高速液体クロマトグラフィーに応用し、種々の有機化合物の分離について研究を行った。その結果、以下に示す研究成果が得られた。1.ホスト被覆カラムの調製とキャラクタリゼーションレゾルシン環状4量体は、オクタデシル基をシリカゲルに化学結合させたシリカ-ODSカラムに疎水性相互作用により被覆することができ、移動相として水一メタノール系を用いることによりホスト剥離が抑えられることも分かった。2.ホスト被覆カラムによる有機化合物の分離特性アルコール類、ケトン類、エステル類についてその分離特性を調べた結果、ホスト被覆によって、2種類の効果が認められた。(1)カラム表面の極性の増加;ホスト分子はレゾルシン側を表面に向けてカラム充填材に被覆されているため、カラム充填材の表面の極性が被覆前よりも増加し、保持時間が被覆前よりも減少するものが多い。(2)ホスト分子との積極的相互作用;先の(1)の効果にもかかわらず、保持時間の減少が少ないものや逆に保持時間が増加しているものがある。つまり、アルキル鎖長がある特定の長さを有するものや、環状構造を有するものにこのような現象が見られ、これらがホスト分子と積極的に相互作用していることが示唆された。この結果、ホスト-ゲスト相互作用に基づく基質選択性や立体選択性が発現することが明らかとなった。なお、これと同時に均一溶液系でのホスト分子との相互作用について検討したところ、クロマトグラフィーの結果を支持することも示された。糖類については、極性溶媒中における水酸基同士の水素結合が意味を持つが、極性溶媒中であるため、糖類とホスト分子間の水素結合が阻害され有効な分離結果を与えなかった。本年度は、以下に示す研究成果が得られた。1.ホスト被覆カラムの調製とキャラクタリゼーションレゾルシン環状4量体は、オクタデシル基をシリカゲルに化学結合させたシリカ-ODSカラムに疎水性相互作用により被覆することができ、且つ、移動相として水-メタノール系を用いることによりホスト剥離が抑えられることも分かった。ただし、ホスト分子はカラム充填材と共有結合で結合しているわけではないので、長時間の使用によってある程度のホスト剥離は免れない。しかし、ホスト被覆は繰り返し可能なため、カラムの機能回復は容易に行うことが出来る。(1)カラム表面の極性の増加;ホスト分子はレゾルシン側を表面に向けてカラム充填材に被覆されているため、カラム充填材の表面の極性が被覆前よりも増加し、その結果、保持時間が被覆前よりも減少するものが多い。これらのものはホスト分子と積極的に相互作用していることが示唆される。以上の2種類の効果より、これらの有機化合物の分離については、基質選択性や立体選択性が発現することが明らかとなった。なお、これと同時に均一系でのホスト分子との相互作用について検討したところ、クロマトグラフィーの結果を支持することも示された。
網羅的遺伝子解析による体細胞クローン発生異常の追究

体細胞および胚性幹(ES)細胞をドナー細胞としたクローン動物が、ヒツジ、ウシ、マウスを始めとて8種ですでに作出されているが、いずれの例でも成功率は0?数%と著しく低率である。その原因を探る研究が精力的に行われているが、直接的な原因究明には至っていない。そこで本研究では、着床前クローン胚および初期胎仔および胎盤における発現異常の遺伝子を網羅的に探索し、クローン胚に特徴的な遺伝子発現プロファイルを作成した。さらに、既存のデータベースを活用して得られた情報を解析し、体細胞クローンの発生異常に関わる候補遺伝子群を明らかにした。2細胞期胚を用いたdifferencial disply法により、体細胞クローン胚と体外受精(IVF)胚との間で差次的発現を示す遺伝子を複数同定した。さらに、sbutraction法によりESクローン胚における胚盤胞期胚における差次的発現遺伝子群をカタログ化した。その結果、1)胚性ゲノムの活性化にともなって発現が上昇する遺伝子の発現量が体細胞クローン胚で一様に低いという結果が得られた。胚盤胞期のNT胚を用いた解析では、RNAポリメラーゼIおよびIIIにより転写される遺伝子の発現にも異常があることを見いだし、さらにNT胚においてリボソームRNAの生合成に何らかの異常が存在することを示唆する結果が得られた。2)発現量の差が有意であると推定された候補遺伝子218のうち198クローンの塩基配列を決定した。BLAST解析の結果、152が既知遺伝子であることを特定した。ESクローン胚盤胞で特異的発現を示していると判定された候補遺伝子のうち、10遺伝子についてリアルタイムRT-PCRを行った結果、5候補遺伝子では発現が高いことを確認した。以上のことから、体細胞核移植胚は発生のきわめて早い段階でいくつかの遺伝子発現異常を示し、胚盤胞期では胚の損失に繋がる遺伝子発現異常を伴うことが明らかとなった。1)リプログラミング因子の探査未受精卵および活性化卵子それぞれ3000個を用いてサブトラクション解析を実施した。これらは、SMATR法によりcDNA合成、ついで増幅したのち、サブトラクションを実施して、サブトラクションライブラリーを作成した。Differential Screeningを行い、発現量の差が有意であると推定された候補遺伝子709の塩基配列を決定した。塩基配列が判明した682遺伝子についてはBLAST解析し、重複する遺伝子を除外し268遺伝子を特定した。現在、それら遺伝子の発現が、真に差次的発現を示すか否かについて検討を進めている。ESクローン胚盤胞およびコントロール胚盤胞それぞれ120個よりサブトラクション解析を実施した。Differential Screeningを行い、発現量の差が有意であると推定された225の候補遺伝子の塩基配列を決定した。塩基配列が判明した220遺伝子についてはBLAST解析して、遺伝子を特定した。2)単一胚における遺伝子発現解析初期胚における遺伝子発現解析を単一胚で行うための条件設定を行い、2細胞期および胚盤胞期の正常胚で特徴的に発現している2種類のマーカー遺伝子(MuERV-L, Oct-4)の発現を核移植胚と体外受精胚で比較した。なお、MuERV-L遺伝子はマウスゲノム内に存在するレトロウイルス様の遺伝子であり、マウス胚ゲノムの活性化にともなって最も早く発現してくる遺伝子として我々が同定したものである。その結果、核移植胚における遺伝子(MuERV-L)発現の量的な異常が2細胞期の段階で既に起こっていることを見いだした。また、ディファレンシャル・ディスプレー法を用いた網羅的遺伝子発現解析において、2細胞期の核移植胚と体外受精胚との間に差次的発現を示すと思われる遺伝子を数種類同定した。

体細胞および胚性幹(ES)細胞をドナー細胞としたクローン動物が、ヒツジ、ウシ、マウスをはじめ8種ですでに作出されているが、いずれの例でも成功率は0数%と著しく低率である。その原因を探る研究が精力的に行われているが、直接的な原因究明には至っていない。そこで本研究では、着床前クローン胚および初期胎仔および胎盤における発現異常の遺伝子を網羅的に探索し、クローン胚に特徴的な遺伝子発現プロファイルを作成した。さらに、既存のデータベースを活用して得られた情報を解析し、体細胞クローンの発生異常に関わる候補遺伝子群を明らかにした。体細胞クローンマウス胚を既報に従い作成した。2細胞期胚を用いたdifferencial disply法により、体細胞クローン胚と体外受精(IVF)胚との間で差次的発現を示す遺伝子を複数同定した。さらに、sbutraction法によりESクローン胚における胚盤胞期胚における差次的発現遺伝子群をカタログ化した。その結果、1)胚性ゲノムの活性化にともなって発現が上昇する遺伝子の発現量が体細胞クローン胚で一様に低いという結果が得られた。胚盤胞期のNT胚を用いた解析では、RNAポリメラーゼIおよびIIIにより転写される遺伝子の発現にも異常があることを見いだし、さらにNT胚においてリボソームRNAの生合成に何らかの異常が存在することを示唆する結果が得られた。2)発現量の差が有意であると推定された候補遺伝子218のうち198クローンの塩基配列を決定した。BLAST解析の結果、152が既知遺伝子であることを特定した。ESクローン胚盤胞で特異的発現を示していると判定された候補遺伝子のうち、10遺伝子についてリアルタイムRT-PCRを行った結果、5候補遺伝子では発現が高いことを確認した。以上のことから、体細胞核移植胚は発生のきわめて早い段階でいくつかの遺伝子発現異常を示し、胚盤胞期では胚の損失に繋がる遺伝子発現異常を伴うことが明らかとなった。
パクリタキセル投与時の過敏症発現の解明および予防に関する研究

パクリタキセル(以下TXL)は卵巣癌をはじめ、婦人科悪性腫瘍に対して広く使用されている抗悪性腫瘍剤であるが、呼吸困難や紅潮などの過敏症(以下HSR)治療に苦慮することがある。動物実験においてTXLのHXRにはsubstancepやCGRPなど田Pなどの神経伝達物質が関連し、ヒスタミンはHSR発症に因果関係が低いことを証明した。TXL投与によるSubstance PやCGRP血中濃度の変化をTXL投与前および投与紛後に採血により測定し、HXR発症との関連について検討を行った。HXR発症群においてSubstancePやCGRP血清濃度は上昇している傾向を認めたが、有意差は認めなかった。パクリタキセル(以下TXL)による過敏症の発現機序は、I型過敏症に類似しているので免疫学的関与、あるいは初回投与での発現例もあることからヒスタミン遊離作用等による非免疫学的機序も示唆されているが、明らかな機序は不明とされている。TXL投与前30分前に予防薬を投与する簡易型前投薬(Short premedication:以下SP法)の用法用量が当初の方法と同等の効果があるとして簡便な方法であるために普及してきた。われわれもSP法に変更し治療を行ったが、当初LP法に比べ過敏症の発現が多いことを報告した(19% vs 4% : χ^2, P<0.05)。このように現行のSP法ではTXLの過敏症を十分に抑制できないと考え、われわれはTXL過敏症発現の機序の解明と有効な薬剤の探索を開始した。そこで動物実験においてラットにTXL (15mg/kg)の静脈内投与を行い、肺組織へのEvans blueの漏出、肺胞洗浄液中の神経伝達物質および酸素分圧の測定を行い、抗アレルギー剤であるペミロラストを投与する群と非投与群では投与群において酸素分圧の低下を抑制し、肺胞洗浄液でのsubstance PやCGRPなどの神経伝達物質も有意に低下したが、ヒスタミンには変化を認めなかった。動物実験によりラットにおいてパクリタキセル過敏反応のモデルにおいて従来の前投薬の目的であるヒスタミンは関与していないことを我々は解明した。そこで、肥満細胞およびヒスタミン以外のメディエーターとして知覚神経の神経ペプチドに着目して検討を行い、ヒト卵巣癌患者においてもラットと同様、HSR発症に神経ペプチドが関与しているかを検討するため、パクリタキセル投与によるSubstance PやCGRPの血中濃度の変化をTXL投与前および投与5分後に採血により測定し、HSR発症との関連について検討を行った。HSR発症群においてSubstance PやCGRPの血清濃度は上昇している傾向を認めたが、有意差は認めなかった。一方、同時に行った二重盲検法ではペミロラスト投与群で有意にHSRの抑制効果を認め、以前に報告した結果の追試となった。パクリタキセル(以下TXL)は米国における第I相試験で亜篤な過敏症反応であるHypersensitivity Reaction (HSR)が発現した。TXLのHSR発現機序は、I型過敏症に類似しているので免疫学的関与が示唆されるが、初回投与での発現例もあることから、ヒスタミン遊離作用とは無関係の非免疫学的機序の関与も考えられ、現時点で明らかな機序は不明である。TXL投与によるHSRの発症機序に関する九州大学病院薬剤部での動物実験より、ヒスタミンは関係なく、むしろSubstance PやNK_1などの知覚神経ペプチドが関与している可能性が証明され、前投与でHSR発症予防に有効であったのはステロイドだけではないかと考えられた。そこで九州大学病院産科婦人科でTXLを含む化学療法を受ける患者を、従来のSP法のみを施行する群とSP法に加えて知覚神経ペプチド拮抗薬をTXL投与2時間前に経口投与する群の2群に分けてHSRの発現率を比較し、投与群で有意に低かった(p<0.05,χ^2検定)。最近国内承認されたNK_1の選択的拮抗薬であるアプレピタントは遅延性悪心・嘔吐を予防する制吐剤である。日本癌治療学会編・制吐薬適正使用ガイドラインにおいては、5-HT_3受容体拮抗薬およびデキサメタゾンに加えて、アプレピタントの投与がオプションとして勧められた。この新しい制吐剤は主にNK_1知覚神経ペプチドを抑制して遅延性悪心・嘔吐を予防するため、前述の我々の研究結果からもわかるように、TXLのHSR発症を予防する可能性を有している。そこで、TC療法施行患者においてアプレピタント投与群と非投与群に分け、HSRの予防効果について二重盲検法で検討を閉始した。また、アプレピタント本来の遅延性悪心・嘔吐の予防効果に関して、婦人科がんのTC療法において検討した二重盲検試験はなく、この点についても副次評価項目として検討を開始した。

TC療法の制吐薬としてオプション使用を許されている本剤のHSR抑制効果を検証することは、倫理的にも問題ないばかりか、有効なHSR予防効果が示された場合に、婦人科がんの治療における貢献は大であると考えられる。パクリタキセル(以下TXL)は卵巣癌をはじめ、婦人科悪性腫瘍に対して広く使用されている抗悪性腫瘍剤であるが、TXL投与により呼吸困難や紅潮などの過敏症(以下HSR)により治療に苦慮することがある。HSRの発現機序は、I型過敏症に類似しているので免疫学的関与、あるいは初回投与での発現例もあることからヒスタミン遊離作用等による非免疫学的機序も示唆されているが、明らかな機序は不明とされている。TXL投与30分前に予防薬を投与する簡易型前投薬(Short premedication:以下SP法)の用法用量が当初の方法と同等の効果があるとして簡便な方法であるために普及してきたが、当初上LP法に比べ過敏症の発現が多いことを報告した。また、動物実験においてTXLのHSRにはsubstance PやCGRPなどの神経伝達物質が関連し、ヒスタミンはHSR発症に因果関係が低いことを証明した。そこで、肥満細胞およびヒスタミン以外の知覚神経の神経ペプチドに着目して検討を行い、ヒト卵巣癌患者においてもHSR発症に神経ペプチドが関与しているかを検討するため、パクリタキセル投与によるSubstance PやCGRPの血中濃度の変化をTXL投与前および投与5分後に採血により測定し、HSR発症との関連について検討を行った。HSR発症群においてSubstance PやCGRPの血清濃度は上昇している傾向を認めたが、有意差は認めなかった。そこで最近国内承認されたNK1の選択的拮抗薬であるアプレピタントは主にNK1知覚神経ペプチドを抑制してSubstance Pを低下させ、遅延性悪心・嘔吐を予防する薬剤であるが、前述の我々の研究結果からも分かるように、TXLのHSR発症を予防する可能性を有している。そこで今回我々はTC療法におけるアプレピタントのHSRの予防効果について二重盲検法で検討した。また、TXLにより惹起される関節痛や筋肉痛も知覚神経ペプチドが関連していることが報告されており、HSR発症と同時に遅延性悪心・嘔吐や関節痛、筋肉痛についても検討を行った。
外国において特殊教育を必要とする児童生徒の教育の機会均等化に関する研究

外国において特殊教育を必要とする児童生徒の教育の機会均等化を促進するために求められる実現性のある解決策や対策を提言するため、今年度は以下の研究を行った。障害児童生徒の教育機会均等化を外国において実行可能とさせる条件を総合的に考察するために、いち早く1982年より障害のある児童生徒を受けいれ、その後も障害の種別や程度の異なる児童生徒の受け入れ体制を展開してきたシンガポール日本人学校を取りあげた。具体的には11月24日から12月5日の間にシンガポール日本人学校(クレメンティ校小学部・チャンギ校小学部・中学部)を訪問し、管理職及び養護教育担当者に養護教育の現状と課題について聞き取り調査を行った。また、プライバシーの保護を厳守することを条件に、養護教育展開の経緯を示す資料の閲覧を行った。さらに、12月から2月の間に、養護教育展開過程の経緯に記録されていない初期の時期について、当時の保護者および教育関係者を対象に聞き取り調査を実施した。その際、氏名の公表の可否について尋ねた。特殊教育のはじまりは20年ほど前に遡るため、当時の特殊教育関係者の記憶があいまいな点もあった。そのため、聞き取り調査においては、まず文書で残された記録の有無を尋ねた。(現在、執筆中)また、アメリカ合衆国と国内において他言語環境下にある障害児童生徒については、前年度の調査結果を基に、分析、比較、検討を行っている。(1)アメリカ合衆国におけるバイリンガル特殊教育の発展過程と現状についての研究アメリカ合衆国におけるバイリンガル特殊教育の発展過程に焦点をあて、自然言語保障が制度に組み込まれるきっかけとなった判例を検討し、それを保障している制度を主として法令から分析した(一部は論文投稿、学会発表済み)。さらに、理念と制度実施に関する具体的方策について明らかにするため、アメリカ合衆国で州法として唯一、バイリンガル特殊教育法を有すイリノイ州の日本人児童生徒の集住地域の学校区の障害のある日本人児童生徒への教育実践を観察、学校関係者、当該教育委員会担当者に面接調査を行った(現在分析中)。また、ニューヨーク市のバイリンガル特殊教育担当者との話し合いで、情報・資料収集を行った。(2)シンガポールにおける障害のある日本人児童生徒の現状についての研究シンガポールにおける障害のある日本人児童生徒の現状について、今後の調査進行(調査用紙作成のためなど)に必要な最新の情報を福祉機関の関係者より聞き取り、また、日本からでは入手困難な資料を複写してきた。さらに、障害のある日本人が通っているAspen Centreに訪れ、様子を見学し保護者からセンター設立の経緯や利点・改善点についての聞き取りを行った。また、現地の特殊教育学校高等部に通う日本人生徒の活動を観察し、教員及び保護者から聞き取り調査を行った。その他、将来、卒業後も現地に留まる可能性が高い児童のため日本人学校でコミュニケーション・カードの作成を行った。帰国予定の保護者からは、帰国に向けての期待や不安などを聞き取った。(現在、執筆中)(3)日本国内における障害のある日本人児童生徒の現状についての研究東京の国際養護学校で週に1度程度の授業観察を実施し子どもおよび学校の実態把握につとめた。また、当該校の研究会にて日本にいる障害のある外国人児童生徒についての状況を発表した。また、外国人が集住している地域(群馬県・愛知県・静岡県)の学校を訪問し、対象児童生徒の授業観察をし、その教育に関する問題及び今後の取り組みを学校関係者及び保護者への面接調査を行った(一部、論文投稿、学会発表済み)。
転写因子ソックス9を指標とした成体肝・膵・腸管幹細胞同定の試み

成体臓器に幹・前駆細胞が存在するとすれば、それは胎生期の臓器形成過程で働いている幹・前駆細胞の特質(自己複製能力・多分化能力・未分化状態維持能力)を共有するはずだとの考えから、多くの臓器形成時に細胞分化を調節する転写因子Sox9に着目し、成体肝臓・膵臓・腸管の幹・前駆細胞の同定を試みた。ヒト、マウス成体十二指腸、膵臓、肝臓におけるSox9の発現パターン解析から、樹状構造を呈する胆管・膵管、さらには十二指腸乳頭部を介して腸管陰窩の幹細胞領域と繋がる連続した構造がSox9陽性であった。タモキシフェン誘導性Cre-loxPシステムを用いた系譜解析の結果から、成体小腸・大腸上皮の全細胞、肝細胞、膵臓外分泌細胞がSox9陽性領域からの持続的な細胞供給を受けており、多分化能と自己複製能を併せ持つ幹・前駆細胞がSox9発現領域に存在すると理解された。成体膵内分泌細胞はSox9陽性細胞からの供給を受けていなかった。さらに、胎生期Sox9陽性細胞の挙動解析から、膵Sox9陽性細胞は膵島構造形成期(生後約1週齢)に内分泌分化能力を喪失すること、肝臓の幹細胞は、発生中期の胆管形成期を境としてSox9陰性肝芽細胞からSox9陽性胆管細胞に徐々にスイッチしてゆくことが分かった。造血臓器として機能している胎生期肝臓が、成体における代謝中枢および消化器外分泌器官としての肝臓へと機能転換してゆく点を考慮すると、「幹細胞システムと組織構築、臓器機能には密接な関連がある」という概念を導くことができる。成体臓器維持における幹細胞システムの解明は幹細胞治療への応用といった将来展望に直結するのみならず、疾患の理解も深まる可能性がある。今後、幹細胞システムの異常という観点から疾患を見直すというコンセプトにより、本質的な病態の解明や治療方法の開発に貢献することが期待される(Furuyama, Kawaguchiet al. Nature Genetics 2011)。以下の成果を挙げたので論文投稿した。現在、revise実験にて再投稿準備中である。(1)Sox9は胎生初期E13.5において未分化内胚葉上皮に広く発現する。膵臓においてはE16.5で膵管構造に限局化し、腸ではE18.5よりcryptに限局化する。肝外胆管ではE13.5より発現するが、肝臓内では肝内胆管構築が始まるE16.5より発現する。8週齢マウス、加齢マウス、ヒト成体においても腸管crypt領域、膵管・胆管に限局した発現をする。(2)胎生期Sox9 lineagetracingでは出生時に全ての腸上皮・膵細胞がラベルされたが、肝臓では肝細胞のごく一部がラベルされるのみであった。(3)成体でのSox9-Inducible geneticlineage tracingからは、腸管・肝臓・膵臓にてSox9陽性細胞より持続的な細胞供給が生理的条件下で行われている。但し膵内分泌細胞のみはSox9陽性細胞からの供給を受けない。(4)MCDE食等による肝障害では生理的肝細胞分化機構が促進されたが、胆管障害モデルである胆管結索等では阻害された。膵障害後にSox9陽性細胞が内分泌細胞へと分化する証拠はない。以上より、肝臓・膵臓の臓器形成と成体組織維持においては幹/前駆細胞のスイッチング・変化が起こると考えられる。胎生期における造血器官としての機能から、成体代謝中枢へと機能が変わる肝臓においては、Sox9陰性肝芽細胞から胆管構築中のSox9陽性細胞へと細胞供給の担い手が変化する。また、胎生膵Sox9陽性幹/前駆細胞は内分泌・外分泌へと分化し得るが、出生のタイミングで膵管構築から離れ、膵島という機能的単位を構成する成体膵内分泌細胞は、膵管構築中のSox9陽性幹/前駆細胞からの供給を受けない。臓器形成と成体臓器における組織構築・機能を細胞分化の供給源としての幹細胞と関連付けて論じた。

造血臓器として機能している胎生期肝臓が、成体における代謝中枢および消化器外分泌器官としての肝臓へと機能転換してゆく点を考慮すると、「幹細胞システムと組織構築、臓器機能には密接な関連がある」という概念を導くことができる。成体臓器維持における幹細胞システムの解明は幹細胞治療への応用といった将来展望に直結するのみならず、疾患の理解も深まる可能性がある。今後、幹細胞システムの異常という観点から疾患を見直すというコンセプトにより、本質的な病態の解明や治療方法の開発に貢献することが期待される(Furuyama, Kawaguchiet al. Nature Genetics 2011)。
ヤノクチナガオオアブラムシの共生アリ種に対する化学物質を介した地域適応の検証

本研究の目的は、アリと絶対的な共生関係を結ぶアブラムシ類が、複数の異なるアリ種と相互作用した場合に、各アリ種に対して異なる適応を示すかどうかを明らかにすることである。アリ類において、体表炭化水素は巣仲間認識に利用されている。そこで、その生態の多くをアリに依存しているクチナガオオアブラムシ類が、異なるアリ種と相互作用した場合に、アリ種からの選択圧によって体表炭化水素の適応進化がおこるという仮説をたて、検証することを目指した。本研究の遂行のために、アブラムシから抽出した体表炭化水素に対するアリの反応を確かめる必要がある。しかし、本研究で扱うアブラムシ種とアリ種は、その特異な生態のため、室内での飼育が難しく野外で実験を行う必要がある。本年度は、野外の不安定な環境下で体表炭化水素の提示実験を行うため、提示するビーズを中空のものにし、虫ピンによってビーズを固定する手法を確立した。この改良により、ビーズがアリの接触や振動、風などの影響によって動くことなく提示し続けることが可能になった。アリは、巣仲間や外敵の認識に体表炭化水素を利用している。そのため、アリとの相互作用の強度や相互作用するアリ種の違いによってアリ共生アブラムシの体表炭化水素に変異が生じると予測される。そこで、クロクサアリと異なる頻度で共生関係を結ぶアブラムシ2種の体表炭化水素に着目した。クロクサアリと高い頻度で共生関係を結ぶアブラムシ種の体表炭化水素と低い頻度で共生関係を結ぶアブラムシ種の体表炭化水素に対するクロクサアリの反応を比較したところ、十分な反復は得られなかったものの、クロクサアリとの共生関係を低い頻度で結ぶアブラムシ種の体表炭化水素に対してクロクサアリが攻撃行動を示す傾向が見られた。このことは、異なるアリ種によってもたらされる選択圧の違いによってアブラムシの異なる適応が引き起こされることを示唆している。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。生物間相互作用へ参加する種の地理的変異によって生じる地域適応を明らかにするためには、最初に相互作用系の参加者を様々な地域で確かめる必要がある。そこで、今年度は本研究で注目している生物種(ヤノクチナガオオアブラムシとその共生アリ種)の組み合わせが地理的に異なるかを確かめた。この結果、特定の地域間(長野県松本市-東京都東村山市狭山丘陵)でアブラムシと共生するアリ種が異なることがわかった。長野県松本市において共生アリ種は、クロクサアリが高い割合を占めていたのに対し、東京都狭山丘陵ではトビイロケアリが高い割合を占めていた。これらのアリ種は、アブラムシに対する随伴方法が大きく異なる。トビイロケアリは、幹上で吸汁しているアブラムシを保護する構造物を土などで作成し、その内部でアブラムシに随伴する行動を示した。一方でクロクサアリは、アブラムシを保護する構造物を作らず、多数の個体がアブラムシを取り囲むようにして随伴する行動を示した。このことは、共生アリ種間でアブラムシに対する行動が大きく異なることを示している。また、地域適応を明らかにするためには適応形質の地理的変異を検出する必要がある。ヤノクチナガオオアブラムシが共生アリ種からの攻撃を避け、捕食頻度を低下させるのに体表炭化水素を利用していると考えられている。そこで、異なるアリ種と共生している地域間(長野県松本市-東京都東村山市狭山丘陵)でアブラムシの体表炭化水素の比較を行った。この結果、アブラムシの体表炭化水素が地域間で異なることが明らかになった。このことは、それぞれの地域で異なる体表炭化水素をもつことで地理的に異なる共生アリ種に対して適応していることを示唆している。本研究の目的は、ヤノクチナガオオアブラムシが地理的に異なる共生アリ種に対して様々な形質によって地域適応していることを示すことである。そのためには、1地域間で主な共生アリ種が異なること、2注目した地域間でアブラムシの共生アリに対する適応形質に変異が存在すること、3その形質の地理的変異がそれぞれの地域で他地域のものより生存に有利であることを示す必要がある。今年度はアブラムシと共生するアリ種の組成が地域間で異なること、アブラムシ保護方法が各地域の主な共生アリ種ごとに異なることを明らかにした(1)。さらに、アリの巣仲間認識物質である体表炭化水素に着目し、各地域の主な共生アリ種間においてその体表炭化水素の組成が異なること、共生するアリ種の異なる地域間においてアブラムシの体表炭化水素の組成や組成比が異なることを明らかにした(2)。これらのことは、アブラムシが地理的に異なる共生アリ種との共生維持のために、地域間で異なる体表炭化水素を獲得するという地域適応が生じていることを支持する結果であり、研究1年目の成果としては十分であると考えられる。そのため、本研究はおおむね順調に進展していると評価できる。同じ相互作用系であっても必ずしも特定の種同士で営まれるわけではない。そのため、相互作用する種が変化すると異なる選択圧が生じる。そこで、クチナガオオアブラムシ-アリ相互共生系における種の組み合わせが異なる適応を導くかどうかを、アリ種が他者認識に利用していると考えられている体表炭化水素に着目して研究を進めている。本年度は、ヤノクチナガオオアブラムシの共生アリ種が、どのように決定されているか調査した。その結果、関東地方の共生アリ種は関東地方に優占するアリ種であったのに対し、中部地方の共生アリ種は地域の優占アリ種ではなかった。このことは、ヤノクチナガオオアブラムシが共生アリ種から受ける選択圧が地理的に異なることを示唆している。

次に共生アリ種が、異なるクチナガオオアブラムシ種に対して異なる選択圧を与えるか検証した。そのために、クロクサアリと共生する頻度が異なっているアブラムシ2種(ヤノクチナガオオアブラムシ、ブナクチナガオオアブラムシ)をクロクサアリに提示した。その結果、クロクサアリと頻繁に共生する種(ヤノクチナガオオアブラムシ)はほとんど攻撃されず、共生頻度の低い種(ブナクチナガオオアブラムシ)は高い確率で攻撃、捕食された。さらに、これらの2種の体表炭化水素が異なることも明らかにできた。したがって、これらの結果は、クロクサアリが共生するアブラムシをその体表炭化水素によって判別し、体表炭化水素の組成に対して選択圧となることを示唆している。アリとの共生関係の構築、維持において重要であると考えられているアブラムシの甘露の成分について、糖選好性の異なるアリ種と共生する地域ごとにアブラムシの甘露および寄主植物の篩管液の採集を行い、成分の分析を行う準備が整った。本年度の調査において、信州地方のヤノクチナガオオアブラムシの共生アリ種組成が本地域に分布するアリの種組成を反映していないことを明らかにした。このことは、相互作用系を構築する生物種の構成が偶然によって決まっていないことを示しており、クチナガオオアブラムシ-アリ種間の相互作用の強さに地域間で差が存在することを強く示唆するものである。さらに、異なる体表炭化水素をもつアブラムシに対し、クロクサアリが異なる攻撃性を示すことを明らかにした。このことは、これまでに地域間で異なる体表炭化水素をもつことが明らかになっているヤノクチナガオオアブラムシに対し、共生アリ種(特にクロクサアリ)が異なる淘汰圧を与えた結果、その体表炭化水素に違いが生じたことを示唆するものである。本年度の調査において得られた知見は、クチナガオオアブラムシ種の地域適応を明らかにするうえで必須の情報である特定のアリ種が異なる体表炭化水素をもつアブラムシ種に対して選択圧となることを検証できたといえる。そのため、本研究はおおむね順調に進展していると評価できる。本研究の目的は、アリと絶対的な共生関係を結ぶアブラムシ類が、複数の異なるアリ種と相互作用した場合に、各アリ種に対して異なる適応を示すかどうかを明らかにすることである。アリ類において、体表炭化水素は巣仲間認識に利用されている。そこで、その生態の多くをアリに依存しているクチナガオオアブラムシ類が、異なるアリ種と相互作用した場合に、アリ種からの選択圧によって体表炭化水素の適応進化がおこるという仮説をたて、検証することを目指した。本研究の遂行のために、アブラムシから抽出した体表炭化水素に対するアリの反応を確かめる必要がある。しかし、本研究で扱うアブラムシ種とアリ種は、その特異な生態のため、室内での飼育が難しく野外で実験を行う必要がある。本年度は、野外の不安定な環境下で体表炭化水素の提示実験を行うため、提示するビーズを中空のものにし、虫ピンによってビーズを固定する手法を確立した。この改良により、ビーズがアリの接触や振動、風などの影響によって動くことなく提示し続けることが可能になった。