hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
口蓋突起の基底膜の代謝機構および遺伝子からの口蓋裂発症機構の解明

【目的】頭蓋顎顔面の発生には上皮-間葉相互作用が必須で、さまざまな因子がこれを調節する。Homeoboxfamily HOX遺伝子は、発生過程において胎芽の前後軸方向の形態形成に重要な役割を担うと考えられている。本研究では口蓋形成過程におけるHoxc局在、Hoxcの口蓋突起の増殖・分化に関与について検討し、さらにHOX遺伝子の口蓋形成への関与を明らかにするために、口蓋裂を呈するEh/Ehマウス口蓋突起を組織学的に検索した。【結果と考察】野生型マウスでは、Hoxcは口蓋形成初期には口蓋突起間葉系細胞に、口蓋突起水平位時には口蓋突起上皮および口蓋突起基部に集積する骨芽細胞に観察された。口蓋突起癒合期には上皮索、上皮島、上皮トライアングルにHoxcが観察され、癒合期上皮組織の消失にHoxcが関与する可能性が示唆された。Eh/Ehマウスでは、水平位にある両側口蓋突起は接着、癒合せず口蓋裂を呈していた。Hoxcはその局在を上皮あるいは間葉組織へと変化させることにより口蓋形成に関与することが示唆された。(研究の目的)二次口蓋形成は、1口蓋突起の下方への伸張、2口蓋突起の舌の情報への水平方向への転移、3左右口蓋突起の癒合、4口蓋の間葉組織の結合による癒合の完了の発育段階に分けられる。この中で、3口蓋突起の癒合期における多彩な細胞、分子レベルの相互作用をカスパーゼや、TUNEL法を用いたapotosisに関する研究、そして上皮細胞の間葉系細胞への形質転換(EMT)や細胞接着因子に関する研究が行われているが、口蓋突起の発育・癒合に関する基底膜の動態および遺伝子からの口蓋裂発症メカニズムについては十分に解明されていない。本研究は口蓋突起の伸張、水平転移、骨形成などにかかる基底膜の代謝機構および遺伝子の変化から口蓋裂発症のメカニズムを解明する。(本年度の研究の概要と結果)セロトニンはニューロトランスミッターとしての機能に加え、神経堤細胞の遊走や頭蓋・顔面などの初期発生への関与、骨代謝、血管拡張などの生理機能、上皮の代謝調節因子として作用する。セロトニンの口蓋形成への関与を明らかにするために、セロトニン(5-HT) ,セロトニントランスポーター(SERT)および代謝酵素であるモノアミン酸化酵素(MAO)局在について検討した。(1)口蓋形成初期には口蓋突起に5-HTが局在することが示唆された。(2)口蓋形成の進行とともにSERTは口蓋部上皮細胞に局在するようになることが示唆された。(3)SERTにより上皮細胞内へ取り込まれた5-HTはMAOAあるいはMAOBにより代謝されることが推察された。(4)5-HT, SERT, MAOAおよびMAOBの上皮有棘層から基底層への類似した局在性より、これらが口腔粘膜上皮の増殖・分化に関与することが推察された。セロトニン(5-HT) ,セロトニントランスポーター(SERT)および代謝酵素であるモノアミン酸化酵素(MAO)局在について検討する際の免疫組織学的手法に困難性が考えられたが、思いのほか順調に手技が確立され、その局在についてクリアな結果が得られた。また、その局在性からセロトニンの代謝機構の一部が明らかになり口腔粘膜の増殖及び分化の過程を明らかにする手がかりを得ることが出来た。口蓋裂発症の機序を解明するために、口蓋突起の癒合期における細胞、分子レベルの相互作用をカスパーゼや、TUNEL法を用いたapotosisに関する研究、そして上皮細胞の間葉系細胞への形質転換(EMT)や細胞接着因子に関する研究が行われているが、口蓋突起の発育・癒合に関する基底膜の動態および遺伝子からの口蓋裂発症メカニズムについては十分に解明されていない。本研究は口蓋突起の伸張、水平転移、骨形成などにかかる基底膜の代謝機構および遺伝子の変化から口蓋裂発症のメカニズムを解明することを目的としている。平成29年は、細胞表面や細胞外基質に存在し,ヘパラン硫酸鎖を介してさまざまな分子と相互作用をし,細胞活性を制御するヘパラン硫酸プロテオグリカン(HSPG)とその分解酵素ヘパラナーゼの口蓋形成への関与を明らかにするため,二次口蓋形成過程における骨芽細胞転写調節因子,ヘパラン硫酸およびヘパラナーゼの局在について検討した.その結果、1)口蓋骨形成は口蓋突起癒合後に開始する.2)骨基質中に存在するヘパラン硫酸および骨芽細胞が産生したヘパラナーゼは上顎骨あるいは口蓋骨の形成に関与することが示唆された。3)ヘパラナーゼは骨基質内ヘパラン硫酸鎖に抱合されている増殖因子を遊離・活性化させ,硬口蓋形成に与る可能性が推測された。2次口蓋形成時の骨基質中に存在するヘパラン硫酸および骨芽細胞が産生したヘパラナーゼの局在について検討する際の免疫組織学的手法に困難性が考えられたが、思いのほか順調に手技が確立され、その局在についてクリアな結果が得られ、当初予測したヘパラナーゼの硬口蓋形成への関与についての強い可能性を推測する結果となった。

本研究では口蓋形成過程におけるHoxc局在、Hoxcの口蓋突起の増殖・分化に関与について検討し、さらにHOX遺伝子の口蓋形成への関与を明らかにするために、口蓋裂を呈するEh/Ehマウス口蓋突起を組織学的に検索した。【結果と考察】野生型マウスでは、Hoxcは口蓋形成初期には口蓋突起間葉系細胞に、口蓋突起水平位時には口蓋突起上皮および口蓋突起基部に集積する骨芽細胞に観察された。口蓋突起癒合期には上皮索、上皮島、上皮トライアングルにHoxcが観察され、癒合期上皮組織の消失にHoxcが関与する可能性が示唆された。Eh/Ehマウスでは、水平位にある両側口蓋突起は接着、癒合せず口蓋裂を呈していた。Hoxcはその局在を上皮あるいは間葉組織へと変化させることにより口蓋形成に関与することが示唆された。口蓋突起の基底膜、細胞膜表面、細胞外器質に局在するプロテオグリカンおよびその分解酵素であるパールカン、そしてプロテオグリカンを介して遊離、活性化されて口蓋突起の挙上、水平転移、発生、癒合、そして口蓋の骨形成、更には二次口蓋間葉細胞の分化、増殖に関与すると考えられる増殖因子bFGFとそのレセプターFGFR-1,2,3,4の局在を免疫組織化学、in situ hybridization法によって明らかにし、ヘパラナーゼを介した基底膜の消失と口蓋形成との関連を明らかにする予定である。口蓋突起の基底膜、細胞膜表面、細胞外器質に局在するプロテオグリカンおよびその分解酵素であるパールカン、そしてプロテオグリカンの発現を介して遊離、活性化されて口蓋突起の挙上、水平転移、癒合、そして口蓋の骨形成、更には二次口蓋間葉細胞の分化、増殖に関与すると考えられる増殖因子bFGFとそのレセプターFGFR-1,2,3,4の局在を免疫組織化学、in situ hybridization法によって明らかにし、ヘパラナーゼを介した基底膜の消失と口蓋形成との関連を明らかにする予定である。また、口蓋形成時の口蓋突起上皮細胞の分化を調節するセロトニンの制御について更に検討を進めたい。マウスによる動物実験において、妊娠時期胎生10日目のマウスの数が揃わなかったため、一部の実験の開始が遅れ、試薬や解析のための消耗品の購入が次年度に繰り越した。28年度に計画していた口蓋突起上皮のヘパラナーゼ活性に関する研究が、当初想定した以上にスムーズに進行したため組織化学に用いる薬剤および実験動物の費用が少なく済んだことが、未使用額が発生した原因である。これらの未使用額を本年度研究の消耗品である試薬、実験動物の購入に使用することにより、より研究を進展させたいと考えている。昨年度と今年度に計画していた動物実験を、本年度前半に行い、免疫組織学的にセロトニンなどの口蓋突起の基底膜の代謝機構を解析するために使用する試薬やその他の消耗品を購入する。また、実験補助のための人件費および本年10月に開催される日本口腔外科学会への発表のための旅費に経費を使用する予定である。
炭素質材料への金属のインターカレーション機構の解明と次世代二次電池負極材料の開発

本研究は、ホストの炭素質材料に対するゲスト金属の挿入(インターカレーション)機構を解明し、次世代エネルギー貯蔵用二次電池負極材料を開発することを目的としている。ここで炭素質材料とは、層状構造でホウ素/炭素/窒素から成るB/C/N材料、ホウ素/炭素から成るB/C材料、および低結晶性カーボンを示している。平成30年度は、代表者の川口と大学院生は様々な組成のB/C材料を作製し、その材料に対し電気化学法でLiイオンのインターカレーションの可逆性を検討し、B/C材料がグラファイトより可逆容量が大きく(最大600 mAh/g)、インピーダンス測定でB/C材料の電荷移動抵抗がグラファイトより小さいことを確認した。また、電気化学法で得られた層間化合物について、共同研究先の岡山大学で固体NMR測定を行い、Liが材料中のホウ素に電子を供与し相互作用していることを確認した。一方、研究分担者の松尾は、酸化黒鉛の熱還元で得たグラフェンライクグラファイト(GLG)がグラファイトより可逆容量が大きく、グラフェン類似の挙動を示し、Liのインターカレーションが高電位からステージ構造を形成して起こることを見出した。また、研究分担者の村松と川口らは、軟X線吸収分光法で測定したX線吸収端構造(XANES)と、第一原理計算DV-Xα分子軌道法を用いて算出した電子状態密度を比較した結果、B/C材料の伝導帯の底のエネルギーがグラファイトより低い要因が、同一網面内にあるホウ素と炭素が結合してできる混成軌道のLUMOの低エネルギーシフトのためであることを見出した。これより、B/C材料がアルカリ金属や2族金属をインターカレートする有望なホスト材料になると考えた。これらの成果について、論文2報を掲載し、川口は2018年7月の国際会議でKeynote講演および2019年3月日本でのSymposiumで依頼講演を行った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、ホストである炭素質材料に対するゲスト金属の挿入反応(インターカレーション)の機構を解明し、次世代エネルギー貯蔵用二次電池の負極材料を開発することを目的としている。ここで炭素質材料とは、グラファイト類似の層状構造でホウ素/炭素/窒素から成るB/C/N材料、および低結晶性カーボンを示している。平成27年度は、代表者の川口と大学院生が大阪電通大において既存の化学気相蒸着(CVD)装置を用いて、流量・温度を調整することにより、組成の異なるBCxNy材料(x=2.26.5, y=0.761.0)やBCx材料(x=6.99.6)の作製に成功した。当該研究費で購入した電気化学特性評価装置で評価したところ、これらの材料にはリチウム(Li)やナトリウム(Na)が電気化学的にインターカレートされ、層内に規則正しく入ったステージ構造を示すことが分かった。特にBCx材料にはLiが、BCxNy材料にはNaが多くインターカレートされ、それぞれLiおよびNaイオン二次電池の負極として390mAh/g、および190mAh/gの容量を示した。上記BCxNy材料とBCx材料に対して、研究協力者のHeroldらはフランスNancyの研究所で、LiやNaの低融点金属とCaやMgのような高融点金属の合金を用いた液体合金法で金属のインターカレーションを試み、可能性を見出している。また、研究分担者の榎本と大学院生は、上記炭素質材料の室温電気伝導度、および電気伝導度の温度依存性を評価中である。研究分担者の村松はX線吸収分光法(XAS)を用いてこれらの材料の電子状態について測定している。これらの結果と金属のインターカレーションのしやすさについて今後考察したい。一方、研究分担者の松尾はグラフェンライクグラファイトに対しNaが電気化学的にインターカレーションされることを見出している。本研究の目的である炭素質材料に対するゲスト金属のインターカレーション反応の機構を解明と次世代エネルギー貯蔵用二次電池の負極材料を開発に対し、以下の3つの良好な結果を得ているためである:1.流量・温度を調整することにより、組成の異なるBCxNy材料(x=2.26.5, y=0.761.0)やBCx材料(x=6.99.6)の作製に成功している。また、これらの材料に対しLiおよびNaが電気化学的にインターカレートされ、層内に規則正しく入ったステージ構造を示し、LiおよびNaイオン二次電池の負極として高い容量(それぞれ390mAh/g、および190mAh/g)を示したことは1年目としては良好な成果であった。2.上記BCxNy材料とBCx材料に対して、液体合金法で金属のインターカレーションの可能性を見出したり、これらの材料の室温電気伝導度および電気伝導度の温度依存性を評価できていることも今後の成果につながる。また、XASを用いた材料の電子状態について測定できていることも、インターカレーション機構の解明に向かっていると言える。3.BCxNy材料やBCx材料とは異なり、炭素だけから成るグラフェンライクグラファイトに対しNaが電気化学的にインターカレーションされていることも炭素質材料全体のインターカレーションのしやすさを考察する上で重要な成果である。

ここで炭素質材料とは、グラファイト類似の層状構造でホウ素/炭素/窒素から成るB/C/N材料、ホウ素/炭素から成るB/C材料、および低結晶性カーボンを示している。平成28年度は、代表者の川口と大学院生が大阪電通大において既存の化学気相蒸着(CVD)装置を用いて、流量・温度を調整することにより、組成の異なるBCxNy材料やBCx材料を作製した。これらの材料にナトリウム(Na)が電気化学的にインターカレートされ、特に1270 Kで作製したBCx(x=11)にはNaが多くインターカレートされ、Naイオン二次電池の負極として238 mAh/gという、これまでで最も高い容量を示した。また、川口と大学院生はBCx材料に対してカルシウム(Ca)を気相法でインターカレートさせ、第2ステージの層間化合物を得ることに成功した。まだ電気化学的にインターカレートさせることには成功していないが、その可能性を導く結果と認識している。上記の炭素質材料に対して、研究協力者のHerold(フランスCNRS,Nancy)らと液体合金法でマグネシウム(Mg)やCaのインターカレーションを実施し、さらに核マイクロプローブ分析(NMP)を用いる方法を検討し、組成分析の可能性を見出している。また、研究分担者の村松、川口と大学院生は、軟X線吸収分光法(XAS)を用いて炭素質材料の電子状態について測定・解析し、インターカレーションにおけるホスト材料の役割を考察した。一方、研究分担者の松尾はグラフェンライクグラファイトに対しNaが電気化学的にインターカレーションされ、Naイオン二次電池の負極として有望であることを見出している。本研究の目的である炭素質材料に対するゲスト金属のインターカレーション反応の機構を解明と次世代エネルギー貯蔵用二次電池の負極材料を開発に対し、以下の3つの良好な結果を得ているためである:1.炭素質材料の中で、ホウ素/炭素(B/C)材料に対してナトリウム(Na)を可逆的にインターカレートさせることができ、Naイオン二次電池の負極材料としての評価で238 mAh/gという、これまでで最高の可逆容量を得ることに成功した。2.B/C材料に対して気相法でカルシウムをインターカレートさせることに成功した。今後、電気化学的な二価カチオンのインターカレーションへの可能性を示す結果となったと考えている。3.軟X線吸収分光分析(XAS)を用い、材料の電子状態について測定・解析し、インターカレーション機構の解明に向かっている。4.少量の酸素を含む炭素材料であるグラフェンライクグラファイトに対しNaが電気化学的にインターカレートされ、Naイオン二次電池負極として高い評価を得ていることも炭素質材料全体のインターカレーションのしやすさを考察する上で重要な成果である。本研究は、ホストである炭素質材料に対するゲスト金属の挿入(インターカレーション)機構を解明し、次世代エネルギー貯蔵用二次電池負極材料を開発することを目的としている。平成29年度は、代表者の川口と大学院生はB/C材料の作製に注力した。いくつかの組成のB/C材料にリチウム(Li)、あるいはナトリウム(Na)を電気化学的にインターカレートさせ、二次電池負極としての評価を行った。中でもC/
マントル由来物質からの制約に基づくマントルでのメルトの形成分離メカニズムの研究

(1)北上山地宮守超苦鉄質岩体について、かんらん岩中のかんらん石とスピネルの組成変化をもたらしたマグマ活動を明らかにするために、部分融解過程(batchおよびfractional melting)、マグマ-かんらん岩反応、および分別結晶化過程でのかんらん石とスピネルの組成変化を単純なbox modelによって検討した。その結果、かんらん石のFo mol.%とNio wt.%の関係、かんらん石のFo mol.%とスピネルのCr/(Cr+A1)値を用いることによって、融解、反応、結晶化の各過程の役割をより定量的に見積もることができることがわかった。例えば、Fo mol.%の減少にともなってNio量が緩く減少するトレンドが融解過程と反応過程の特徴であり、両者は明確に区別できないが、スピネルのCr/(Cr+Al)は前者の場合に急速に減少するこの問題に関する論文は、Jour.of petrologyに受理されている。(2)幌満かんらん岩体の対照的な、岩相変化の形成メカニズムを明らかにするために、一次元の融解モデル計算をおこなった。用いたデータは、Takahashi et.al.(1992)の微量成分元素である。モデルは融解しつつ部分溶融メルトが減圧されたマグマポケットに吸い出される、メルト分離のメカニズムを適用した。結果は、HREEに代表される中程度の液相濃集元素の変化に関しては、単純な境界条件によってこのメカニズムの適用が有効であることがわかった。極端に液相に濃集する傾向にある元素は、融解以前のメタソマティズム等が必要である。(3)幌満かんらん岩体の融解過程を理解するためには、岩体の上昇過程でどのような熱履歴を辿ったかを明確にする必要がある。この問題を解くために、輝石中の主要元素の挙動を調べたその結果、コアのCa含有量について岩体内に明瞭な変化が認められた。この事実から、岩体上部は、熱い幌満ダイアピルのより中心部に、そして下部はダイアピルの縁に相当することがわかった。上昇速度等を定量的に見積もるための、反応モデルを作成し単純な場合について、上昇史の組成への影響を検討した。
左右の手の協調運動における手の視覚像の役割と中枢機構

対象物へ視覚性に上肢到達運動を行う場合には、ターゲットの視覚空間情報のみならず、行動者自身の手の視覚像の情報も大切である。手の視覚像の情報特にどの部位をどのターゲットに移動させるかを指示して課題を行わせた。視覚情報と体性感覚由来の情報を解離させて行わせて、実際の手の運動と手の視覚像を解離させた。運動前野には、手のどの部位をターゲットに移動させるかという指示に依存して同じ運動であっても変化を示す細胞が存在した。また手の視覚像の移動と手の実際の移動方向では、視覚像の移動方向により関与するものが存在し、このような視覚情報に依存した活動は、一次運動野では見られなかった。このことから、運動前野では手の実際の運動より、視覚像の運動に関与することから、左右の手の協調運動に関しても、視覚像としての手の情報を用いて行う可能性が示唆される。手の情報には体性感覚由来のものと視覚情報由来のものがあるが、通常は分離する事が困難であるが、課題装置を工夫することで、実際の手の運動と手の視覚像を解離させた。運動前野のなかでも背側部では、眼の運動に関連する細胞活動が、背側部前方で見つかり、この部位が、手の運動制御の他に、視覚情報や眼球運動も関与する可能性が示唆された。さらに背側部前方には、注視しているときの眼位を反映していると考えられる細胞活動や、指示信号に関連する細胞なども見つかっている。運動前野背側部では、手の運動などに関連した細胞がほとんどで、眼球運動に関連した細胞は見出せなかった。このような運動前野背側部の前後の差は、これまで知られている解剖学的な皮質間投射の違いと一致していると思われる。一方は運動前野腹側部では、視覚的な情報に基づいた運動に関与すると考えられるが、われわれは、実際の手の運動と手の視覚的な運動とを解離させると、実際の手の運動の方向性よりも、手の視覚的な運動により関連した細胞活動を見出した。一次運動では、記録された細胞のほとんどが実際の手の運動に関連した活動であり、手の視覚的な運動に関与している細胞がほとんどなかった。また、運動前野の腹側部では、手のどの部位を基準点とするかに依存した活動も見出されており、身体情報の視覚的な側面を用いた運動の制御に関与している事が示唆された。
透過型浄化壁における微生物群集構造の長期モニタリング

前年度終了したカラム通水実験のカラム内容物の化学成分分析を蛍光X線分析法およびX線回折分析によりおこなった。蛍光X線分析結果からヒ素はカラム入り口から出口へと蓄積量が減少する傾向が顕著に見られ、X線回折分析からはゲータイト、レピドクロサイト、マグネタイト、フェリックアルセネイトの形成が見られ、Fe(III)系鉱物とヒ素が共沈している可能性およびFe(III)との沈殿形成が強く示唆された。カラム残渣の形態を走査電子顕微鏡により観察し、その一部をSEM-EDXにより元素マッピングをおこなったところ、炭酸カルシウムの析出部分にヒ素の分布が重なっており、炭酸塩との共沈も明らかとなった。また一部の試料中のヒ素の化学状態をX線光電子分光法により測定し解析した結果、ヒ素はヒ酸および亜ヒ酸ともに鉄粉表面に検出され、吸着と酸化、共沈により不動化されたものと考えられる。ヒ酸を還元する微生物の寄与は固体分析からは明らかにはならなかった。硫酸還元菌により生じたはずである硫化物の存在はX線回折分析から明らかとはならず、結晶性が低かったためと思われる。このように前年度おこなったカラム試験では、固体残渣分析によれば、化学的な作用によるヒ素の不動化の証拠が強く表われて、微生物作用によるヒ素の不動化の証拠はそれに隠れ目立たない結果となった。しかし、溶液分析によれば、硫黄同位体効果やDGGE-PCR法による微生物群集構造解析から、確かに硫酸還元菌が寄与していたことが確かめられた。これらのことから、数十年持続させる透過型浄化壁に対して嫌気性微生物反応を主な浄化コンセプトとする場合、内容物に含める炭素源の選択、その供給量は、設計段階で予測しなければならない重要な要素となることが確認された。ヒ酸およびマンガンイオンを含む汚染地下水の透過型浄化壁カラム試験を3ヶ月強(カラム空隙体積の36倍の体積をもつ水を通水する時間に相当)実施し、カラム内部の羊糞由来の微生物群集がヒ酸およびマンガンイオンの不動化にどのような影響を与えたかを考察した。微生物を含まない対照試料で構成したカラムも平行して実験を行った。マンガンイオンの不動化には両者に大差は見られなかったが、ヒ酸イオンの不動化には微生物接種カラムはより長く不動化を持続した。3ヶ月後の微生物接種カラム内容物からDNAを抽出し、DGGEにより単一種の細菌に起因する分離されたバンドを切り出し、PCRで増幅し、シークエンシング反応をおこない、オリジナル試料の微生物群集構造を探った。硫酸還元菌に特異的なプライマーおよび一般真正細菌に用いられるプライマーを併用して調べたところ、硫酸還元菌であるDesulfitobacterium hafniense Y-51およびClostridium sp.OhILAs、加えて鉄還元菌であるGeobacter metallireducensが同定された。これらは硫酸還元反応や鉄還元反応、および有機炭素源の分解によるアルカリ度の上昇に起因した炭酸塩の析出に伴う共沈など、複数の反応プロセスと密接にかかわって、ヒ酸およびマンガンイオンの不動化に寄与している可能性が大であると考えられる。clostridium sp.OhILAsおよびGeobacter metallireducensはDesulfitobacterium hafniense Y-51よりもヒ素耐性が高く、より長く効果を持続することが期待される。
調理・加工における食品香気の消長とその機能の多面的解析

1)コブミカン、ナンキョウ、レモングラスを試料とし、加熱による香気成分組成の変化について調べた。コブミカン葉について生葉特有の香りとその変化に関与する成分をcitronellalと特定した。煮熟によりその一部が分解し、においの弱いp-menthane-3,8-diol類(異性体)が生成されることをはじめて明らかにした。上記3種の香辛料について単独または2または3種類組み合わせて煮熟した時の香気成分組成変化を調べた。レモングラスのcitral(neral+geranial)は比較的安定であったが、コブミカンのcitronellal、ナンキョウの1'-acetoxychavicol acetateはそれぞれ一部または完全に分解し、減少した。2種または3種の香辛料を共存させて加熱した場合も抑制傾向は認められず主成分は分解したが、混合することにより主要成分が全体的にバランスよく配合されることとなり独特の香気に寄与している可能性が示唆された。2)コブミカンの生および煮熟香気成分について抗菌活性および血小板凝集阻害活性を調べ、比較した。いずれも活性は弱かったが認められ、いずれも煮熟試料に強い傾向が見られた。コブミカン、ナンキョウ、レモングラスを単独または2または3種類組み合わせ、メタノール抽出物と煮汁成分の揮発性および不揮発性成分の抗酸化活性をDPPHラジカル捕捉能により検討した。いずれも不揮発性成分に高い活性が見られ、その活性は煮熟によっても安定であった。3)油脂加熱調理に伴う不快臭の要因である低沸点アルデヒド類の定量的分析法を確立し、油脂の種類や加熱温度とアルデヒド生成量との関連を調べた。キャノーラ油にアルデヒド類の生成が多い傾向が見られた。ジンジャーとオレガノのメタノール抽出物に強いアクロレイン生成抑制活性が認められた。香辛料をスープなどに加えると特有の香りが付与されるが、その際、その香りは香辛料そのものとは異なる場合が多い。この要因として、加熱調理中に香気成分の変化がおこる、他の食材の香気成分との相互作用による組成の変化などが考えられる。本年度は、まず、タイ料理で汎用される香辛料であるコブミカンに着目した。コブミカンは独特のシトラス系の香りを持っている香辛料で主として生葉がスープやカレーに使われる。しかし、加熱するとその香りの質がかなり異なってくる。本研究では、まず官能検査、GC-およびGC-MS分析、GC-Sniffing分析を組み合わせ生葉の香気特性に主として寄与する香気成分の特定ならびに立体は位置を含めた詳細な構造決定を行い、さらに、煮熟による香気特性および成分組成の変化を分析した。また、それぞれの香気濃縮物について抗菌活性と血小板凝集阻害活性について検討した。その結果、Citronellal、Citronellol、Linalool、Geraniol、Nerolidolなどが主要香気成分であった。煮熟すると、Citronellalが減少し、新たにcis-およびtrans-P-Menthane-3, 8-diolの生成が認められ、Citronellic acidの顕著な増加が認められた。これらの化合物は、酸性条件下でCitronellalより生成されることは報告されていたが、本研究において、加熱によっても生成されることがはじめて明らかとなった。しかし、p-Menthane-3, 8-diol、Citronellic acidいずれもにおいは弱く、官能検査の結果より、Citronellalの減少が香気変化の主要要因であることが示された。香気成分の生理活性を調べた結果、生葉、煮熟葉いずれの場合も非常に弱いが活性が認められ、煮熟葉の方が強い傾向が認められた。

また、豚肉脂身、牛肉脂身、コーン油を150°Cまで加熱した際に生成されるGCでは分析不可能な低沸点アルデヒド類について、DNPH誘導体にし、HPLCで定量するアッセイ系の構築を行った。購入したオートインジェクターにより、再現性、効率性に優れた分析系が構築された。本系により香辛料添加によるアルデヒド生成への影響についてデータ集積を進めている。香辛料を加熱調理に用いた時の香気成分の動態について昨年に引き続き研究を行った。山椒は主に中国、韓国、日本など東アジアで香辛料として利用されている。まず、産地による香気成分の比較を行った。その結果、中国産にはCitronellalが含まれず、韓国産はCitronellal含量が非常に高く、日本産は産地により多少の違いはあるがほぼ両者の中間の香気組成であることがわかり、学会誌に報告した。日本では未熟の実も青山椒として魚などと一緒に煮て臭みを抑えるのに利用する。そこで山椒果実を煮熟したところ、Citronellalが大幅に減少し、cisおよびtrans-p-menthane-3,8-diolの顕著な生成が認められた。他の成分にはほとんど変化がなかったが、山椒のさわやかな特徴香は弱くなった。これは昨年、コブミカンの葉を煮熟した場合と同様の傾向であった。そこで、昨年度のCitronellalからp-menthane-3,8-diolが生成する条件検討に引き続き、今年度さらにモデル系により詳細な検討を行った。その結果、脱気したのち密封し、閉鎖系の状態でCitronellal水溶液を加熱すると60分後でも、p-menthane-3,8-diolは全く生成されず、citronellalの約20%が分解し、isopulegolが生成することが確認された。すなわち、.空気のない状態にすれば加熱加工においてcitronellalの分解を抑制できることが明らかとなった。昨年に引き続き、油脂加熱におけるアルデヒド類、とくに毒性の強いアクロレインの生成と、その抑制に関与する香辛料の検索を行った。その結果、一価の不飽和脂肪酸を多く含む油にアクロレインの生成量が多い傾向が認められた。またその生成を抑制する香辛料のスクリーニングを行ったところ、数種の香辛料が抽出された。現在その成分について検索中である。加熱調理における香辛料の香気特性や生理活性について調べる目的で以下の研究を行った。昨年度不飽和脂肪酸の多い油脂加熱において低沸点アルデヒド類、とくに毒性の強いアクロレインの生成が顕著であり、一方ある種の香辛料にはその生成抑制効果があることがわかった。本年度さらにアクロレイン生成機構について検討した結果、油脂が高温に加熱されるとまず脂肪酸とグリセリンに分解し、従来グリセリンからアクロレインが生成すると報告されていたが、グリセリンからは生成されず、遊離した脂肪酸、特にリノール酸やα-リノレン酸など不飽和度が高いほど多くアクロレインが生成されることが確認された。また、香辛料のオレガノに強い生成抑制が認められ、ヘキサンおよびメタノール抽出成分に強い活性が認められた。
作物間の相互作用に関与する生長制御物質に関する研究

アルファルファ、サトイモおよびエンバクは連作障害の発生しやすい作物として、またアレロパシー能のある作物として知られている。本研究は、これら作物の連作障害と作物の有するあるいは作物から分泌される化学物質との関係を究明しようとするものである。1.アルファルファ植生土壌及びその地上部の土壌混和処理はアルファルファの生育を抑制すること、またアルファルファの地上部の水ならびに有機溶媒による抽出液はアルファルファの生育を抑制することから、この作物の連作障害はアレロパシーに起因するものと考えた。アルファルファ植生土壌およびその地上部をメタノールで抽出し溶媒分画後、酸性画分について各種クロマトグラフィで単離後、機器分析器を用いてした同定した結果、フェルラ酸及びサリチル酸が認められた。これらの化合物はアルファルファの発芽および初期生育を有意に抑制することが観察された。このことから、これら2化合物はアルファルファの連作障害に深く係わっているものと推察した。2.連作障害が顕著に発生するサトイモ圃場から土壌を採取し、理化学性及び線虫密度を分析・調査した結果、連作土壌と輪作土壌間に差異は認められなかった。このことから、サトイモの連作障害はアレロパシーに起因するものと考え、サトイモ由来の生育抑制物質の単離・同定を試みた。サトイモ植生土壌及びその地上部のメタノール抽出液には作物の生育を抑制する物質として、各種クロマトグラフィによる分析からP-クマリン酸が推定された。アルファルファ、エンバクおよびサトイモは連作障害の発生しやすい作物として、またアレロパシー能を有する作物としても知られている。本研究はこれら作物の連作障害と植物の有する化学物質との関係を究明するとともに、新たな生長制御物質を検索することを目的としている。アルファルファ:これまでの研究でアルファルファ地上部ならびにその植生土壌には作物の生長を抑制する生長抑制物質が含まれていることが推察されており、活性物質の分離・同定を試みた。アルファルファ地上部をメタノールで抽出し、常法で溶媒分画を行い、得られた酸性画分について薄層ならびに高速液体クロマトグラフィで生理活性物質を単離した。単離された生理活性物質を赤外分光法(IR)、核磁気共鳴法(NMR)および高速液体クロマトグラフィー質量分析法(HPLC-MS)で検討した結果、アルファルファのアレロパシー物質としてフェルラー酸およびサリチル酸を同定した。これら2種の化合物はダイコンおよびアルファルファの発芽ならびに初期生育を抑制することが認められた。なお現在アルファルファ地上部のメタノール抽出物の中性画分について生長抑制物質の分離・同定を進めている。エンバクおよびサトイモ:これら2作物についても、アルファルファ同様アレロパシー物質の分析を進めている。エンバクおよびサトイモの地上部のメタノール抽出物から薄層および高速液体のクロマトグラフィによって作物の生長を抑制する生理活性物質を単離した。現在、高速液体クロマトグラフィー質量分析法で構造解析を進めている。アルファルファ、サトイモ及びエンバクは連作障害の発生しやすい作物として、またアレロパシー能を有する作物として知られている。本研究はこれら作物の連作障害と植物の有する化学物質との関係を究明することを目的としている。アルファルファについてはアレロパシー物質として、フエルラ酸及びサリチル酸を分離・固定した。これらのアレロパシー物質はアルファルファ地上部のみならず、その植生土壌にも存在することが確認された。また、両物質は低濃度においてもアルファルファの発芽及び初期生育を抑制すること、さらにこれら物質の同時施用によってアルファルファの初期生育が相乗的に阻害されることが認められた。これらの結果から、アルファルファの連作障害にはフエルラ酸及びサリチル酸などのアレロパシー物質が深く係っているものと推察した。本年の実験で、サトイモの連作障害は4年の連作で顕著に現われること、またこの障害は土壌消毒(クロールピクリン及び殺線虫剤D-Dの同時施用)では完全に回避できないことが確認された。サトイモの連作障害もアルファルファ同様、アレロパシー物質が深く係っているものと考えられる。

サトイモの地上部及び植生土壌の水ならびにメタノール抽出物はダイコン・カブの初期生育を著しく抑制することが認められ、サトイモには生長抑制物質が存在することが推定された。現在、サトイモ及びエンバクのアレロパシー物質の分離、固定を進めているが、構造決定の段階までは至っていない。これまでの研究から、アルファルファの連作障害に関与するアレロパシー物質として、フェルラ酸およびサリチル酸が単離・同定されてきた。これらの化合物はアルファルファ植生土壌中にも存在し、アルファルファ及び作物の生育を抑制することが認められ、アルファルファの連作障害に深く係わっているものと考えられた。サトイモに関するこれまでの実験から、サトイモの連作障害には土壌の理化学性の悪化や土壌微生物の関与は小さく、サトイモ由来の生育抑制物質の関与が大きいものと考えられた。サトイモ植生土壌及びその地上部のメタノール抽出液は作物の生育を抑制することが認められた。そこで、サトイモ地上部を70%メタノールで抽出しヘキサンで分画後、溶媒分画し酸性画分を得た。酸性画分について薄層および高速液体クロマトグラフィで検討したところ、ダイコンならびにレタスの生育を抑制する物質が存在し、それはp-クマリン酸であろうと推定された。p-クマリン酸は大根およびレタス発芽ならびに初期生育を抑制することが認められた。エンバクのアレロパシー物質を明らかにするために、エンバク地上部のメタノール抽出液について検討したところ、その抽出液にダイコンの発芽や初期生育を抑制する物質の存在が推定された。これらの抑制物質を各種クロマトグラフィで検討した結果、フェノール性化合物の存在が示唆された。
新規ALS原因遺伝子(ALS2)の遺伝子産物の細胞内挙動と分子機能の解明

本研究は、申請者らが2001年に同定した家族性筋萎縮性側索硬化症2型の原因遺伝子(ALS2)とその遺伝子産物(ALS2タンパク)の発現ならびに分子機能の解析を通して、運動ニューロン疾患の分子発症機序の解明を目指すものである。具体的には、1)研究材料の開発、2)ALS2タンパク質の細胞・組織内での発現様式および局在解析、3)ALS2タンパク質の分子機能解析、4)ALS2タンパク質と結合する因子の同定、ならびに5)ALS2タンパク質に関連した分子カスケードあるいはシグナル伝達系分子ネットワークの解明、という5項目の研究を実施した。その結果、以下のような成果が得られた。1)ALS2タンパク質が低分子量Gタンパク質Rab5の特異的なグアニンヌクレオチド交換因子(Rab5GEF)であることを明らかにした。2)ALS2タンパク質は初期エンドゾームに局在し、しかも低分子量Gタンパク質Rab5と共発現することにより、エンドゾームの肥大化を誘起することが判明した。3)ALS2分子内のMORN-VPS9ドメインがRab5GEF触媒活性に必須であり、さらにALS2はRab5-EEA1分子シグナル系を賦活化することにより、エンドゾーム融合に促進的に作用することを証明した。4)ALS2タンパク質自身は自己結合し(オリゴマー形成)、その複合体形成がALS2タンパク質の分子活性ならびに細胞内機能に必須であることを明らかにした。5)ALS2のC末領域と高い相同性を示す新規タンパク質ALS2CLの同定に成功し、当該タンパク質がALS2の分子機能を調節する因子である可能性を示した。以上のような研究成果から、ALS2タンパク質はエンドゾーム・膜小胞の動態調節機能を担っており、その機能的喪失がALS2遺伝子変異に起因した運動ニューロン疾患発症の分子基盤になっていると推察された。本研究は、家族性筋萎縮性側索硬化症2型の原因遺伝子産物「ALS2タンパク質」の分子機能解析を通して、ALS2タンパク質の機能喪失による運動ニューロン障害の分子機序(ALS2分子病態)の解明を目指すものである。平成14年度は、特に下記4点に関して解析した。1.各種発現コンストラクトの作製ヒトおよびマウスALS2タンパク質の全長および部分タンパク質を発現するコンストラクトを作製した。2.抗体作製内因性ALS2タンパク質を検出するためのポリクローナル抗体の作製を試みた(合計8種類の抗原を使用)。その結果、マウスALS2タンパク質を特異的に認識する1種類のポリクローナル抗体、ヒトおよびマウスALS2タンパク質をともに認識するポリクローナル抗体を2種類、さらにヒトALS2タンパク質のみを認識するポリクローナル抗体を1種類得ることに成功した。3.ALS2タンパク質の培養細胞における発現とその細胞内分布GFP融合型ALS2タンパク質を培養細胞(COS-7およびHeLa細胞)内で強制発現させ、該当タンパク質の細胞内発現、局在および挙動を解析した。その結果、全長ALS2タンパク質は細胞質存在することが明らかとなった。また、一部は細胞内小器官および細胞膜に局在することが判明した。4.ALS2タンパク質のGDP/GTP交換反応活性の検出ALS2タンパク質はそのドメイン構造から何らかのGDP/GTP交換反応活性を有することが予想された。そこで、大腸菌あるいは動物細胞により大量発現・精製したALS2タンパク質を用いて、様々な低分子量Gタンパク質を基質としたGDP/GTP交換反応活性測定を行った。その結果、ALS2タンパク質はRab5特異的にGDP/GTP交換反応を触媒することが明らかとなった。従って、ALS2タンパク質はRab5-GEF(グアニンヌクレオチド交換因子)であることが判明した。本研究は、家族性筋萎縮性側索硬化症2型の原因遺伝子産物「ALS2タンパク質」の分子機能解析を通して、ALS2タンパク質の機能喪失による運動ニューロン障害の分子機序の解明を目指すものである。平成15年度は、下記4点に関して解析した。

1.ALS2タンパク質の神経細胞における発現とその生理的意義ALS2タンパク質を神経初代培養細胞内で強制発現させ、該当タンパク質の細胞内発現、局在および挙動を解析した。その結果、全長ALS2タンパク質は初期エンドゾームに局在し、しかも低分子量Gタンパク質Rab5との共発現によりエンドゾーム構造の肥大を誘起することが判明した。2.ALS2タンパク質に結合するタンパク質因子の同定酵母two-hybridスクリーニングおよび生化学的手法によりALS2タンパク質と結合する因子のスクリーニングを行った結果、少なくとも6種類の独立したタンパク質をコードする遺伝子の同定に成功した。現在、クローンの詳細な解析を継続中である。3.ALS2タンパク質の各ドメインの機能解析ALS2タンパク質のC末部分に存在するMORN/VPS9ドメインにおけるRab5-GEF活性の触媒機構を詳細に解析するため、活性に必要な最小領域および必須アミノ酸残基の同定を試みた。その結果、MORNモチーフの一部からC末端までのアミノ酸領域(1151-1657aa)が活性に必須な領域であることが判明した。また、少なくともVPS9ドメイン内の進化的に保存された2つのアミノ酸残基(1603P,1617L)が触媒活性に必須であることが判明した。4.抗体作製昨年度は3種類の抗ペプチド抗体を作製したが、本年度は組換えALS2タンパク質(2種類)を免疫抗原としたポリクローナル抗体の作製を行った。その結果、昨年度作製したものよりさらに高い抗体価を有し応抗体が得られた。本研究は、家族性筋萎縮性側索硬化症2型の原因遺伝子産物「ALS2タンパク質」の分子機能解析を通して、ALS2タンパク質の機能喪失による運動ニューロン障害の分子機序の解明を目指すものである。平成16年度は、下記3点に関して解析した。1.ALS2タンパク質の神経細胞における発現とその生理的意義:ALS2タンパク質をマウス神経初代培養細胞で強制発現させ、当該タンパク質の細胞内発現、局在および挙動を解析した。その結果、ALS2タンパク質は細胞体およびに神経樹状突起において低分子量Gタンパク質Rab5の存在するエンドゾームに局在することが明らかになった。さらに、Rab5の局在しない〓突起先端部においてもALS2タンパク質の局在が観察された。2.ALS2タンパク質に結合するタンパク質因子の同定酵母two-hybridスクリーニングによりALS2タンパク質と結合する因子のスクリーニングを行った結果、ALS2タンパク質自身が結合しうる(オリゴマー形成)ことが示された。さらに、ALS2タンパク質は、ALS2と高い相同性を示す新規タンパク質ALS2CLと結合することが判明した。また、細胞においてALS2CLタンパク質は、ALS2タンパク質によるエンドゾーム動態調整機能を修飾する可能性が示された。3.ALS2タンパク質の各ドメインの機能
発達差と保育者の評価は、幼児の運動・スポーツへの積極性に影響するか？

本申請課題は、同一の年齢集団内における成長や発達の差異に注目し、相対年齢(月齢)、体格、運動能力、保育者からの運動に対する評価(理解)が子どもの運動・スポーツへの積極性にどのような影響を及ぼすかについて検証することである。これにより、運動・スポーツに消極的な子どもの参加促進を目指し、子どもの成長や発達の差異を考慮した具体的な対応策を講じるための研究基盤を確立する。2018年度においては、保育者の幼児の運動能力・運動発達を評価(理解)する視点(すなわち、「保育者はどこを見て、子どもの運動能力や運動発達の段階を理解しようとしているのか?」)について明らかにした。具体的には、まず、保育者における幼児の運動能力・運動発達を評価する視点に関する文献を収集した。さらに、保育者を対象に質問紙調査を実施した。調査項目は、1運動遊びに対する意識、2運動発達の評価(理解)視点に関する項目、3運動遊びの実態、4運動あそび指導の自信等である。なお、2運動発達の評価(理解)視点については、予備調査によって得られた自由記述をもとに分類し項目を設定した。具体的には、自身の保育経験、同年齢・同一学年のこども、上司や同僚の意見や助言、年齢や月齢によらない運動発達の理論等であった。また、1・3・4の項目は、幼児期運動指針および先行文献情報を踏まえ項目を設定した。これらの学術成果は、2019年度に国際学会にて発表するとともに国際誌に投稿できるようまとめた。さらに、養成校や保育者向けの研修会において積極的に発信するとともに、教育内容の充実を図る。実施予定であった運動・スポーツへの積極性の測定方法の検討および運動能力測定に想定以上に時間を有した。猛暑の関係で、協力園でこれらの測定が中止せざるを得ない状況となりやや遅れている状況である。なお、この点については、園との調整を進めており2019年度中に実施できる予定である。今後の推進方策として、運動・スポーツへの積極性の測定方法の検討を進め、予定している運動能力および運動・スポーツへの積極性の測定を実施する。研究成果は、国内・国外の学術学会や学術論文を通して世界に発信することで社会貢献を果たしていく。
ハイブリッドモデリングによるデータマイニングの研究

本研究の中心となるのは,既存のデータベースからデータを入手し,その背景にある推定(予測)対象となる目的変数と多要因の関係を整理して解析用データとし,これをもとにデータの構造探索を行うデータマイニング(Data Mining)である。その中心となるのは次の2点である。(1)解析(分祈,分類)を行い,何らかの方法で傾向や関連性のモデルを発見する(2)モデル決定と発見方法を標準化または自動化する(探索法の確立)当該研究期間の中では,手元にある医療事故に関するインシデントデータ及びWebアンケートによって収集した携帯電話に関する自由解答形式のテキストデータを用いて,CARTを主とするデータマイニングツールとして,(1),(2)の手続きを標準化することに研究を行い,以下の具体的な手順を構築した。[ステップ1]CART(またはMARS)による2進木解析法(または多変量適応回帰)の選択(2)最良木の選択基準として,CARTでは[交差検証法^<[1],[2]>による標準誤差+その標準偏差]内にある複数の2進木の中から,実務的な観点より考察し,枝数が少ない木を選択する.MARSでは,一般交差検証後(GCV)最小のものを最良モデルとする。なお,CARrにおいては,2進木が多くのターミナルノードを含む場合は,多変数による線形分岐についても検討する.(3)CARTでは個々のケースについてターミナルノードを特定し,ターミナルノードをダミー変数化する。[ステップ2]CARTによる前処理データまたは後処理データに対してパラメトリックモデルの適用(ハイブリッド化)(4)CARTによる前処理データに対しては,パラメトリックモデルの説明変数候補として,ダミー変数化したCARTのターミナルノードのほかに,変数重要度に列挙された変数,及び最初の分岐で競合変数となったものを採用する.(5)モデルに導入する説明変数は変数選択によって決定する.(6)説明変数に欠損がある場合には,CARTの代理変数によって目的変数の推定を行う.[ステップ3]時系列データへの対応(7)時系列データのモデリングで,得られた残差系列に自己相関がある場合には,推定精度を高めるため,残差部分に自己回帰モデルを適用する.本研究の中心となるのは,既存のデータベースからデータを入手し,その背景にある推定(予測)対象となる目的変数と多要因の関係を整理して解析用データとし,これをもとにデータの構造探索を行うデータマイニング(Data Mining)である。(1)解析(分析,分類)を行い,何らかの方法で傾向や関連性のモデルを発見する(2)モデル決定と発見方法を標準化または自動化する(探索法の確立)今年度は,手元にある医療事故に関するインシデントデータ及びPOSデータを用いて,CART及びMARSをデータマイニングツールとして,(1),(2)の手続きを標準化することに行いて研究を行い,以下の具体的な手順を構築した。[ステップ1]CART/MARSによる2進木/多変量適応回帰の選択(1)CART/MARSは頑健性があるので,原データによる判別または回帰分析を行なう.(2)最良木の選択基準として,CARTでは[交差検証法^<[1],[2]>による標準誤差+その標準偏差]

内にある複数の2進木の中から,実務的な観点より考察し,枝数が少ない木を選択する.MARSでは,一般交差検証後(GCV)最小のものを最良モデルとする。なお,CARTにおいては,2進木が多くのターミナルノードを含む場合は,多変数による線形分岐についても検討する.(3)CARTでは個々のケースについてターミナルノードを特定し,ターミナルノードをダミー変数化する。[ステップ2]CARTによる前処理データに対してパラメトリックモデルの適用(ハイブリッド化)(4)パラメトリックモデルの説明変数候補として,ダミー変数化したCARTのターミナルノードのほかに,変数重要度に列挙された変数,及び最初の分岐で競合変数となったものを採用する.(5)モデルに導入する説明変数は変数選択によって決定する.(6)説明変数に欠損がある場合には,CARTの代理変数によって目的変数の推定を行う.[ステップ3]時系列データへの対応時系列データのモデリングで,得られた残差系列に自己相関がある場合には,推定精度を高めるため,残差部分に自己回帰モデルを適用する.企業では、その組織が社会に提供するものやサービスに対する顧客満足を高めるために、多様化しているユーザーニーズや潜在ニーズを掴み、魅力ある商品を創出することに苦慮している。一般に、ユーザーニーズを発掘する方法としてグループインタビューや選択肢型の質問紙票によるアンケート調査が推奨されているが、このようなツールは、商品企画がある程度進んでいれば有効な手段となり、また調査対象とするユーザーを限定して精度の高い情報収集をすることに意義があるが、企画が進んでいない段階で、虚心坦懐にユーザーニーズを発掘するには、回答の限定や誘導など企業側の意図が入る可能性がある。そこで、本年度は、Web上で文章による自由回答形式のアンケート調査により、ユーザーの生の声を直接収して、形態素解析の方法によってキーワード抽出を行い、キーワードを変量に、個人をケース(サンプル)とするデータセットを作成して、数量化III類による分析結果にCARTをハイブリッドしてデータ構造の探索を行い、商品コンセプトを考案・決定する橋渡し役としてのデータマイニングの方法論を提案した。得られた成果としては、数量化III類のような多変量解析で、幾つかの平均的で大まかなデータ構造を抽出し、代表的なデータマイニングツールの一つとされる樹形分析の方法論であるCARTを適用することによって、従来の分析では得られにくい少数のニーズの中から、商品企画に必要な重要情報を取り出すことが可能であることを提示し、方法論としてのデータマイニングの意義が認められることを明らかにした。
イネにおける全３雑種弱勢現象の多様性と普遍性の遺伝育種学

イネにおける既知の3種類の雑種弱勢現象はそれぞれ1組の遺伝子の組合せ,すなわち,Hwa1-1とHwa2-1, Hwc1-1とHwc2-1, W-1とW-2によって引き起こされる.W-1, W-2による弱勢現象は再現できなかったため,残りの4遺伝子を分析した.連鎖分析によって染色体上の座乗位置を絞り込み,その領域における遺伝的多型性を調べることで,4弱勢原因遺伝子がそれぞれ単一起源であることを明らかにした.2種類の弱勢現象は病害抵抗性関連や光合成関連の遺伝子発現や細胞レベルでの生理学的現象が類似であることを明らかにした.また,新たな雑種弱勢様現象を野生イネ間の雑種第一代で発見した.1. HWA1, HWA2遺伝子の候補領域:H24年度に選抜した組換え型と検定材料との交雑後代を水田に展開し,HWA1, HWA2の遺伝子型を判定した.HWA1は日本晴のPseudomelecule 4における25,635ー25,698 kbpの範囲に座乗し,HWA2は25,462ー255,76kbpの範囲に座乗した.Hwa1-1をもつ品種A.D.T.14とHwa2-1遺伝子をもつP.T.B.7の全ゲノム配列を次世代シークエンサーで解読し,候補領域を抽出して解析を行った.HWA1遺伝子の候補遺伝子は,弱勢を起こさない正常遺伝子をもつ日本型品種日本晴に対して複数の塩基変異が見出された.日本晴でHWA2の候補領域には病害抵抗性遺伝子ホモログが見出されていたが,P.T.B.7では対応する塩基配列がほとんど欠失していた.2. HWA1, HWA2の分布:世界イネコアコレクションと両遺伝子の検定系統を交配し,雑種種子を得た.3.新たな雑種弱勢現象の遺伝子分析:アジアの野生イネとオーストラリアの野生イネの雑種第一代はやや緩やかな雑種弱勢現象を呈する.三系交雑集団を育成し,原因遺伝子の連鎖分析を行った結果,オーストラリアの野生イネ側の原因遺伝子は第7染色体に座乗した.4.生理学的解析:P.T.B.7とA.D.T.14の雑種を両親とともに28°Cまたは34°Cで栽培した.28°Cでは雑種は葉の黄化,葉のSPAD値の低下,分げつ数の減少が見られたが,草丈と葉齢は両親と変わらなかった.また,最大根長,総根長,根の乾物重を測定したが,播種後60日目の総根長は両親よりも短い傾向があった.雑種を34°Cで栽培すると,葉の黄化のタイミングは28°Cと同じでSPAD値の低下も抑えることができないが,分げつ数は28°Cよりも多くなった.また,28°Cと比べて,34°Cでの根の乾物重は変わらないが,総根長は長くなった.1. HWA1, HWA2遺伝子の高密度連鎖解析HWA2については,約2400個体の3系交雑集団を展開した.その結果,遺伝子の座乗範囲を約180kbpの範囲に絞り込んだ.HWA1については,以前に育成した約4200個体の3系交雑集団中の有用な組換え型を供試し,Xu et al. (2012)のDNA多型情報に基づき,新たにDNAマーカーを作成することで,遺伝子の座乗範囲を約70kbpの範囲に絞り込んだ.両遺伝子の座乗位置は重なっており,同一遺伝子座の対立遺伝子である可能性がある.2. HWA1, HWA2遺伝子の遺伝子周辺組換え型個体の選抜と検定交配日本型品種台中65号の遺伝的背景に弱勢遺伝子をそれぞれ一つずつ戻し交雑によって導入したBC2F2集団から,候補領域周辺で組換えを起こしている個体を選抜した.選抜個体は,もう一方の弱勢遺伝子をホモ接合でもつ個体と交配し,後代検定によって弱勢遺伝子の遺伝子型が判別できる材料を得た.3. Oka(1957)で報告されている品種の遺伝子型の確認Oka (1957)がHwa1-1またはHwa2-1の遺伝子型を明らかにした品種全てを国立遺伝学研究所から分譲していただき,検定交配を行って,Oka(1957)の報告通りの遺伝子をもつことを確認した.4.生理学的解析弱勢の顕著な症状は葉の黄化であり、第78葉が展開したころに下位葉から黄化し、黄化した葉ではクロロフィル含量とSPAD値が減少していた。トリパンブルー染色およびイオン漏出の測定により、黄化した葉では細胞死が起きていることを明らかにした。また、細胞死に先立って活性酸素の一種である過酸化水素が発生することも明らかにした。1. Hwa1-1, Hwa2-1遺伝子の分布生物研世界イネコアコレクション(WRC系統)における両遺伝子の分布を調査した.台中65号背景のHwa1-1, Hwa2-1遺伝子の準同質遺伝子系統を上記コアコレクションと交配し,その雑種第一代を水田で栽培した.Hwa1-1遺伝子は56のWRC系統中13系統に存在した.HWA2-1は57のWRC品種を調査したが,どの品種にも存在しなかった.2. HWA1, HWA2遺伝子の候補領域Hwa1-1をもつ品種A.D.T.14とHwa2-