hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細胞増殖・分化における染色体機能調節機構の解析

1変異株を取得し、この変異をホモに持つ2倍体が胞子形成不能であることを見いだした。この原因を解析した結果、減数分裂初期遺伝子の転写量低下に加え、減数分裂中後期遺伝子の一部も誘導されていないことを見いだした。染色体のクロマチン構造を基本とする高度に組織化された構造は、転写、複製、修復、組み換え等の反応に大きな影響を与えている。細胞は生命活動の様々な局面で、染色体構造を変換し、転写装置や複製装置等の機能装置のDNAへのアクセスを調節しているが、現在、染色体構造を調節する装置と機能装置との連携の機構はあまりよく分かっていない。我々は、酵母の生育に必須なクロマチンリモデリング複合体RSCの主要サブユニットをコードするMPS1の機能解析を行い、RSCが酵母のG2/M期の進行並びに、減数分裂に必須な働き持つ事を明らかにしてきた。本研究はMPS1/RSCのG2/M期の進行、胞子形成における機能を解析する事、ならびにMPS1/RSCと機能的な関連を持つと考えられる遺伝子を取得し解析する事により、細胞増殖・分化における染色体高次構造の形成/変換と、染色体機能調節の分子機構を明らかにする事を最終目的とし研究を進めている。本年度の研究成果を以下に述べる。1)細胞増殖におけるRSCの機能:nps1変異の多コピーサプレッサーの取得と解析により、RSCがPkc1(protein kinase C)、Bim1(微小管結合蛋白)を介したスピンドル形成活性化機構と協調して染色体分配に機能することを明らかにした。さらにnps1変異の形質を抑圧する変異株を取得し、解析した結果、このスピンドル形成活性化機構を負に制御すると考えられる新しい因子、Srl1蛋白を同定した。2)減数分裂における、RSCの機能:NPS1の新規変異株の取得と解析、ならびにRSC複合体の構成因子であるRSC1とRSC2の変異株の解析の結果、本複合体は減数分裂初期遺伝子の転写調節に加え、減数分裂中後期遺伝子の発現制御にも機能していることを明らかにした。また、減数分裂初期遺伝子IME2プロモーター上でのRSCの機能を解析し、リモデリング因子、ヒストンアセチル化酵素複合体、転写因子の働く順序を明らかにした。我々は、酵母の生育に必須なクロマチンリモデリング複合体RSCの主要サブユニットをコードするNPS1の機能解析を行い、RSCが酵母のG2/M期の進行並びに、減数分裂に必須な働き持つ事を明らかにしてきた。本研究はNPS1/RSCのG2/M期の進行、胞子形成における機能を解析する事、ならびにNPS1/RSCと機能的な関連を持つと考えられる遺伝子を取得し解析する事により、細胞増殖・分化における染色体高次構造の形成/変換と、染色体機能調節の分子機構を明らかにする事を最終目的とし研究を進めている。1)細胞増殖におけるRSCの機能:Nps1のブロモドメインに変異を持つnps1-13変異を取得し、解析した結果、ブロモドメインはRSCの複合体形成に重要な役割を持つこと、この変異はDNA損傷への応答に欠損を生じることを明らかにした。
リチウム膜による水素の選択排気法の開発

核融合燃料である水素同位体と核燃焼後の灰であるヘリウムを分別して排気し、燃料水素(特にトリチウム)を回収して再利用するシステムの開発が望まれている。本研究は、リチウムパネルを利用して水素のみを選択的に排気する独自の技術を開発することを目的としている。得られた研究成果は次のように要約される。1.融点(179°C)以下においてリチウムは水素分子とは反応しないが、水素原子・水素イオンと速やかに反応して水素化リチウムを形成する。この水素吸収は、リチウム原子1個につき水素原子1個の割合で起こり、水素原子はリチウム膜の奥深くまで拡散するので、水素の総吸収量はリチウム膜の表面積と厚さに比例する。2.水素化リチウムを加熱すると400°C程度で水素分子とリチウムに分解する。3.上記1,2の性質を利用して水素の選択排気システムを構築できる。すなわち、排気ダクト内で弱電離プラズマや熱フィラメントで水素原子を形成し、リチウムパネルに水素のみを吸収させる。パネルが水素で飽和した後に、400°C程度に加熱して水素を放出させて通常のポンプで排気し、リチウムパネルを初期状態に復帰させる。4.清浄なリチウム面は活性であり、H_2O,O_2,COなどの気体と反応してリチウム化合物を形成するので注意を要する。5.リチウム膜をのせる母材としては、グラファイトの可能性も検討したが、化学反応性が問題であり、金属の方が適している。リチウム膜を真空蒸着した後に水素プラズマにさらすと、リチウム膜中に水素が大量に吸収される.この吸収は、リチウム原子一個について水素原子一個の割合で起こるので、全吸収量はリチウム膜の表面積と厚さに比例し、容易に水素の排気能力を大きく設定することができる。ここで、リチウム層に吸収された水素の存在形態としては、(1)リチウム層内に水素原子が遊離した状態で融解している(2)リチウム原子と化学結合して水素化リチウム(LiH)を形成しているの2通りの場合が考えられる.水素吸収後にリチウム膜を加熱昇温した所、次のことが判明した.水素プラズマにさらす前の金属リチウムの薄膜は、融点(180°C)を越えると融解して白濁色から銀色に色が変わり、多数の小さな粒に凝縮する.さらに温度を上げると300°Cくらいから蒸発を始める。しかし、水素プラズマにさらして十分に水素を吸収させてから加熱すると、180°Cでは全く変化が見られず、300°Cくらいで表面が滑らかで光沢を帯びてくる.さらに、350-400°Cで昇華が起こり始めて水素の脱離とリチウムの蒸発が認められ、最終的には基板上に何も残らなくなる.このような事から、比較的低温で水素化リチウムが形成され、350°C以上でその熱分解が始まり、LiH→Li+(1/2)H_2の反応により、水素分子とリチウム原子に解離すると考えられる.これらの現象が表面の不純物汚染によってどのように影響をうけるか、また、グラファイト上にリチウムコーティングを行った場合に炭素のスパッタ率がどう変わるか、などの研究を継続して行っている.核融合燃料である水素同位体と核燃焼後の灰であるヘリウムを分別して排気し、燃料水素(特にトリチウム)を回収して再利用するシステムの開発が望まれている。リチウム膜を真空蒸着した後に水素プラズマにさらすと、リチウム膜中に水素が大量に吸収される。この吸収は、リチウム原子一個について水素原子一個の割合で起こるので、全吸収量はリチウム膜の表面積と厚さに比例し、容易に水素の排気能力を大きく設定することができる。今年度の研究から得られた新しい知見は以下の通りである。1.リチウム膜中における水素の存在状態過去に行われてきた研究によってリチウム膜は水素プラズマにさらすことによって水素を1:1の割合まで吸収することがすでにわかっている。そこで膜中における水素の状態を調べた結果、水素化リチウムを形成していると思われる。H_2Oを吸収したリチウム膜は膜質が変化してしまい、低温で水素脱離を起こす。しかしこの水素は水素放電によるものではなく、吸収したH_2Oによるものであることから、H_2Oを吸収したリチウム膜は水素放電にさらしても水素を吸収しにくくなる。

3.リチウムによるグラファイトスパッタ抑制リチウムコーティングによってグラファイトの化学スパッタ、物理スパッタを共に抑制できることが示された。しかし、その詳細な機構解明は今後の課題として残される。4.リチウムボロハイドライド(LiBH_4)の放電分解によってLi/B膜を作ることができた。またこの膜と水素プラズマ・酸素プラズマとの反応性を調べたところ、水素・酸素をよく吸収することがわかった。核融合燃料である水素同位体と核燃焼後の灰であるヘリウムを分別して排気し、燃料水素(特にトリチウム)を回収して再利用するシステムの開発が望まれている。本研究は、リチウムパネルを利用して水素のみを選択的に排気する独自の技術を開発することを目的としている。得られた研究成果は次のように要約される。1.融点(179°C)以下においてリチウムは水素分子とは反応しないが、水素原子・水素イオンと速やかに反応して水素化リチウムを形成する。この水素吸収は、リチウム原子1個につき水素原子1個の割合で起こり、水素原子はリチウム膜の奥深くまで拡散するので、水素の総吸収量はリチウム膜の表面積と厚さに比例する。2.水素化リチウムを加熱すると400°C程度で水素分子とリチウムに分解する。3.上記1,2の性質を利用して水素の選択排気システムを構築できる。すなわち、排気ダクト内で弱電離プラズマや熱フィラメントで水素原子を形成し、リチウムパネルに水素のみを吸収させる。パネルが水素で飽和した後に、400°C程度に加熱して水素を放出させて通常のポンプで排気し、リチウムパネルを初期状態に復帰させる。4.清浄なリチウム面は活性であり、H_2O,O_2,COなどの気体と反応してリチウム化合物を形成するので注意を要する。5.リチウム膜をのせる母材としては、グラファイトの可能性も検討したが、化学反応性が問題であり、金属の方が適している。
均質化機構による二相膨張ノズルの性能向上の研究

入口サブクール熱水が流入し減圧沸騰する場合のノズル性能低下の一原因として、ノズルのど部近傍の熱力学的非平衡現象がノズル性能特性に重大な影響を及ぼすことが明らかになった。即ち、ノズルのど部の熱力学的非平衡の程度が、ノズル臨界流量、ノズル内圧力分布、ノズル推力、ノズル推力係数に大きな影響を及ぼすことが分かった。その熱力学的非平衡の程度が大きくなると、フラッシングの開始が遅れ、ノズル内で液滴が十分に加速されず、気液二相流の速度の均質化に悪影響を及ぼす。従ってノズルのど部での熱力学的非平衡の程度の減少がノズル性能向上にとって最初に取り組むべき課題と考えた。本研究では、まず改良前の従来のノズル性能特性について詳細に調べ、ノズル固有の性能特性性およびノズル性能低下の原因を明らかにした。次のノズル性能低下の一因となるノズルのど部の熱力学的非平衡の程度の減少のため、原子力発電所の仮想事故である冷却材喪失事故のブローダウン現象のアナロジーから減圧速度が低下すると熱力学的非平衡の程度が減少するという関係からそれをノズルに応用した。その様なノズルを試作し実験を行い、性能向上を示した。さらにノズルのど部での熱力学的非平衡が生ずる現象は減圧沸騰開始の遅れであるという観点から、沸騰開始を促進するために、ノズルのど部上流に細線を設置し、その作り出す乱れを利用する方法を提案し、その効果を確認すると共に、この場合の最適なノズル出口断面積の一決定方法を提案した。最後に、ノズル内の軸方向のボイド率(気相体積割合)分布の測定は、フラッシング(減圧沸騰)開始位置の決定に最も基礎的なデータとなり重要であり、この測定を本研究の場合に適した中性子ラディオグラフィで行うことを新しく試みた。地熱発電,評熱利用などの熱回収においてトータルフロービン(二相流膨張機)の利用がシステム効率向上に有効であり,このタービンに用いる高性能ノズルの開発,特性の解明を目的として本年度は以下のことを行った.1.高性能ノズルの設計・試作・実験:予備実験として均質化機構を設置しない通常の先細末広ノズルを製作し,サブクール熱水をノズルへ流入及び減圧沸騰させ,ノズル性能の指標の1つである推力係数,流路に沿う圧力分布,温度分布を測定した.この実験から,ノズル流路ののど部において熱力学的非平衝状態となっていること,熱力学的非平衝の程度を圧力アンダーシュートというパラメーターで定量的に表現すると,圧力アンダーシュートが大きい程,ノズルの推力係数が低下することが明らかになった.そこで圧力アンダーシュートを低減し,流動の均質化の促進を試みる機構を伴った3つのノズルを提案した.(1)ノズルの先細部でのど部の上流に白金線を設置し電気分解により沸騰の気泡核を作るノズル(2)同様の場所に細線を設置し細線の存在によりフラッシング,乱れを誘起し圧力アンダーシュートを低減するノズル(3)減圧速度を低減すると圧力アンダーシュートが減小するという関係を利用し先細角の小さいノズル,を作成した.実験の結果, (1)(2)(3)のいずれのノズルも同程度の圧力アンダーシュートの減小の効果が認められ,ノズル性能を向上できた.また,特定の入口条件の場合についてこの均質化機構のついたノズルののど部面積と最適な出口面積の関係が実験から得られた.即ち,特定場合のノズルの設計指針が得られた.2.微細機構:上記の均質化機構によるスリップの低減等の研究あるいは実用的観点からも,流動の微細機構の測定,解明が必要とされる.本年度はこの第1段階として,本研究費で購入したレーザー流速計を用い単相流の測定を行った.・細線直径の影響入口サブクール熱水が流入し減圧

沸騰する場合のノズル性能低下の一原因は、ノズルのど部近傍の熱力学的非平衡現象の存在(即ち、沸騰開始の遅れ)であることを既に明かにし、沸騰開始を促進するため、ノズルのど部上流に細線を設置する方法を提案してきた。(a)細線直径が大きい場合ノズルのど部の圧力アンダーシュート(熱力学的非平衡の程度)が小さくなり、臨界流量が細線のないノズルに比較して大幅に減少した。(b)細線直径の小さい場合、入口サブクール度が15K23Kではノズルのど部の圧力アンダーシュートがほとんどなくなり、ノズル内圧力分布はIHEモデル(等エントロピ均質平衡モデル)のそれにかなり近づくことが分かった。常温の水を流して求めた流量係数を用いて補正した臨界流量はIHEモデルで計算された臨界流量と入口サブクール度1523Kでほぼ一致した。また推力係数の値は約70%になり、ノズル性能が改善されることが分かった。・ボイド率の測定フラッシング開始位置は臨界流量のモデリングにとって重要であり、その位置はノズル内の軸方向のボイド率分布測定から明かとなる。本研究のようにノズル流路の表面粗さがフラッシングに影響を及ぼす可能性のある場合には、実際に使用するノズルで実験する必要が生じてくる場合があり、中性子ラディオグラフィによる可視化あるいはボイド率計測はその場合に適している。本研究で使用した通常の先細末広ノズルの入口サブクール度1.530K程度の範囲では喉部と喉部下流数ミリメートルの間でフラッシングの開始していることが、中性子ラディオグラフィによるボイド率の測定結果から分かった。今後さらにこの面で可視化の研究も併せて進展させていく予定である。まとめ本研究で得られた実験データ等を整理し、とりまとめを行い研究論文として投稿した。
動物組織細胞の分化転換と分化形質発現の安定化の分子機構

年度内に本研究の所定の目的を達成するために、研究計画を組織的に実施し下記の成果をおさめた。1)ニワトリひなの虹彩色素上皮細胞を用い、従来の分化転換実験系の問題点を詳細に分析した。その結果、bFGF及びEGFが色素上皮細胞の脱分化と分化転換の主要な制御因子であることが明らかとなった。また、これら2種の成長因子を用いることで、虹彩色素上皮細胞のレンズ細胞への分化転換の全過程を完全に人為制御しうるきわめて安定かつ有効な分化転換実験系の確立に成功した。2)上記実験系による解析を通じて、色素上皮細胞の脱分化にはMAPキナーゼの活性化が不可欠であり、その分化転換過程では、眼形成に深く関与するホメオボックス遺伝子pax6とsix3の発現が、bFGFとEGFとの共役的な作用によって速やかに活性化されることが明らかにされた。3)色素上皮細胞の分化転換過程における細胞外基質(ECM)の役割を調査することによって、β1インテグリンがECMと細胞との情報伝達を担い、色素上皮細胞の分化形質発現の安定化に大きく寄与していることが明らかにされた。また、色素上皮細胞に脱分化が促されると、β1インテグリンは速やかに燐酸化されて機能を失うことが実証された。4)microphthalmia遺伝子(mi)を鳥類についてクローン化しその構造及び機能を詳細に解析した。その結果、miは、発生過程で網膜色素上皮が局部的に神経性網膜に分化転換するウズラsilver変異の原因遺伝子であり、色素上皮細胞の分化及び分化転換の制御遺伝子のひとつであることを明らかにした以上のごとく、本研究により、組織細胞の分化転換及び分化形質発現の安定化の分子メカニズム解明への道が拓かれた。研究の初年度に当る平成7年度の計画を順次実施し下記の成果を納めた。1.色素上皮細胞の分化転換調節遺伝子の探索:ニワトリ及びウズラについてmi遺伝子をクローン化して、その色素上皮細胞の分化における機能を解析し、(1)mi遺伝子はニワトリの色素上皮の発生初期から特異的に発現しその分化に深く関与し、色素上皮細胞の脱分化過程で不活性化されること、また、(2)ウズラではmi遺伝子に変異が生じC端側を欠損するタンパク質が作られることで、網膜色素上皮が部分的に神経性網膜に分化転換することが明らかにされた。2.色素上皮細胞の分化及び分化転換における細胞外基質の役割:ニワトリ胚色素上皮細胞はβ1-インテグリンを介して細胞外基質と強固に接着して分化形質を安定に維持することができ、β1-インテグリンが燐酸化されると、細胞外基質との接着性が顕著に低下し、脱分化が促されることを明らかにすると共に、β1-インテグリンを介した細胞外基質からの情報伝達が色素上皮細胞の分化とその安定な維持に不可欠であることを実験的に示唆し得た。3.水晶体の発生と再生の比較検討:イモリの水晶体の再生過程では、その発生過程と異なる遺伝子発現調節機構の存在することを明らかにし、水晶体の再生がその発生の単純な繰り返しでないことを遺伝子レベルではじめて示すことができた。また、眼形成の最も重要なPax-6遺伝子の水晶体の発生における発現様式はイモリとアフリカツメガエルとでは基本的に異なり、イモリの水晶体の発生は網膜原基の誘導作用により強く依存していることを明らかにした。年度内に本研究の目的を達成するために、研究計画を組織的に実施し下記の成果をおさめた。

また、これら2種の成長因子を用いることで、虹彩色素上皮細胞のレンズ細胞への分化転換の全過程を完全に人為制御しうるきわめて安定かつ有効な分化転換実験系の確立に成功した。2)上記実験系による解析を通じて、色素上皮細胞の脱分化にはMAPキナーゼの活性化が不可欠であり、その分化転換過程では、眼形成に深く関与するホメオボックス遺伝子pax6とsix3の発現が、bFGFとEGFとの共役的な作用によって速やかに活性化されることが明らかにされた。3)色素上皮細胞の分化転換過程における細胞外基質(ECM)の役割を調査することによって、β1インテグリンがECMと細胞との情報伝達を担い、色素上皮細胞の分化形質発現の安定化に大きく寄与していることが明らかにされた。また、色素上皮細胞に脱分化が促されると、β1インテグリンは速やかに燐酸化されて機能を失うことが実証された。4)microphthalmia遺伝子(mi)を鳥類についてクローン化しその構造及び機能を詳細に解析した。その結果、miは、発生過程で網膜色素上皮細胞が局部的に神経性網膜に分化転換するウズラsilver変異の原因遺伝子であり、色素上皮細胞の分化及び分化転換の制御遺伝子のひとつであることを明らかにした。以上のごとく、本研究により、組織細胞の分化転換及び分化形質発現の安定化の分子メカニズム解明への道が拓かれた。
分岐型糖鎖における分枝構造の非対称性の解析とその構造基盤

糖鎖の生体分子としての特徴の一つは分岐構造を有していることであり、分岐構造の生物学的意味を明らかにすることは重要な課題である。特に各糖鎖分枝は多くの場合“共通"の糖鎖構造を有するにもかかわらず、レクチンの分枝特異的な認識など、糖鎖分枝の“非対称性"の存在が報告されている。本研究ではその非対称性に着目し、核磁気共鳴(NMR)法や気相移動度測定法などの実験化学的手法および分子動力学法などの計算化学の手法を用いて多分岐糖鎖の立体構造・ダイナミクス・相互作用を解析し、共通の糖鎖分枝に個性がもたらされる構造要因の一端を解明した。N型糖鎖の分枝は、多くの場合“共通"の糖鎖構造を有するにもかかわらず、酵素による分枝特異的な糖残基の付加や除去、レクチンの分枝特異的な認識など、糖鎖分枝の“非対称性"の存在が報告されている。本研究ではその非対称性に着目して、多分岐N型糖鎖の立体構造・ダイナミクス・相互作用を明らかにすることを目的とする。平成25年度は以下のことを明らかにした。1.バイセクトGlcNAc分岐構造をもつ糖鎖の化学合成:本研究を遂行するためにはあらかじめ十分量の均一な糖鎖を調製する必要がある。いくつか知られている分岐のパターンのうち、バイセクト型GlcNAcの付加による糖鎖の分岐に着目してモデル糖鎖4種類を化学的に数10 mgのオーダーで合成することに成功した。また動的立体構造解析を行うために、モデル糖鎖4種類の各種2次元NMR測定を行い1H/13CのNMRシグナルを完全に帰属した。2.DCIR2レクチンによるバイセクトGlcNAc分岐構造をもつ糖鎖の認識機構:分岐構造を有する分枝特異的な認識を明らかにするため、マウスDCIR2レクチン(mDCIR2)の構造解析を行った。mDCIR2は2本鎖糖鎖の2本の枝のうち、Manalpha1-3分枝を選択的に認識すること、さらにその選択性はbisecting GlcNAc残基によってもたらされていることを明らかにした。3.PHA-EレクチンによるバイセクトGlcNAc分岐構造をもつ糖鎖の認識機構:PHA-Eレクチンも同様にbisecting GlcNAc残基をもつ糖鎖と優先的に結合するが、PHA-EはmDCIR2と異なりbisecting GlcNAcを直接認識せず、かつ両分枝を同様に認識することを明らかにした。bisecting GlcNAcの存在は糖鎖の取り得るコンフォマー数を減少させ、PHA-Eとの結合におけるエントロピー減少を抑えることにより、親和性を向上させていると考察した。本研究は、分枝型糖鎖の非対称性に着目して、その立体構造・ダイナミクス・相互作用を明らかにすることを目的とする。平成26年度は以下のことを明らかにした。1.分岐形糖鎖の動的高次構造と相互作用解析:前年度に化学合成を達成したモデル糖鎖4種類を用いて、GnT-III(N-アセチルグルコサミン転移酵素III)との相互作用解析を行った。競合阻害アッセイを行った結果、GnT-IIIの基質認識はManβ1-4GlcNAc部分が重要であることが判明した。本研究で明らかになったGnT-IIIの構造要求性は特異的な阻害剤開発に対して基礎を与える。2.分岐構造をもつ糖鎖のレクチンによる認識と機能発現機構の解明:分岐構造の特異的な認識機構を明らかにするため、ヒトCLEC-2レクチン受容体(CLEC-2)を対象として構造解析を行った。CLEC-2はC型レクチン受容体の1種であり、O-結合型糖鎖を豊富にもつポドプラニンを特異的に認識することが知られていたが、そのメカニズムは不明であった。CLEC-2の結晶構造解析の結果、CLEC-2は分岐型O-結合型糖鎖のひとつの枝のシアル酸残基と周辺のペプチドを同時に認識することで特異性・親和性を獲得していることが明らかになった。3.気相電気泳動法による分岐型糖鎖の解析:気相電気泳動法は、気体との衝突断面積によって対象分子を分離する方法であり、実験的に得られる衝突断面積から立体構造との相関を議論することが可能である。ピリジルアミノ化した分岐型糖鎖60種類を準備し、気相電気泳動法によるデータを取得した。測定した分岐型糖鎖のうち質量が同じで構造が異なる異性体のペアにおいて衝突断面積が異なるものが存在することが判明した。本研究では分岐構造を有する糖鎖の立体構造・ダイナミクス・相互作用を明らかにして、その生理機能に果たす役割を調べることを目的とする。平成27年度は以下のことを明らかにした。1.分岐型糖鎖の動的高次構造と相互作用解析:分岐構造を有する糖鎖のタンパク質との相互作用を調べるために、分岐型糖鎖を化学合成および天然糖タンパク質からの切り出しにより調製して、CalsepaレクチンおよびPHA-Eレクチンとの相互作用様式を解析した。その結果、いずれの場合においても2本の糖鎖分岐の1本が糖鎖の根本側を向いたような構造をしていることが明らかになった。その折れ曲がった糖鎖構造は溶液NMR法においても確認することができた。2. C型レクチン受容体による分岐型糖鎖の認識:ヒト

DCIRレクチンは免疫システムで寄与していることが想定されているC型レクチン受容体であり、構造機能相関を明らかにするためにX線結晶構造解析を行った。その結果、ヒトDCIRレクチンはN型糖鎖の2本鎖構造のうちGlcNAcβ1-2Man部分を主なエピトープとして認識していることを明らかにした。3.ジャッカリン様レクチンによるPIMの認識:ジャッカリン様レクチンZG16pはマンノースと結合することが知られていたが、結核菌の成分であるフォスファチジルイノシトールマンノシド(PIM1, PIM2)と結合することを明らかにした。PIM2は分岐構造を有しており、両分枝ともZG16pとの結合に関与することが示唆された。構造解析などほぼ計画通りに研究を進めることができた。糖鎖の生体分子としての特徴の一つは分岐構造を有することであり、分岐構造と活性の相関を得ることは大きな課題である。本研究では分岐構造を有する糖鎖の立体構造・ダイナミクス・レクチンとの相互作用を明らかにして、その機能に果たす役割を解明することを目的とした。平成28年度は以下のことを明らかにした。1.C型レクチン様受容体の大量発現:Dectin-1は直鎖型および分岐型のβグルカンを認識するC型レクチン受容体であるが、その構造活性相関の研究はDectin-1のレクチンドメインの大量発現の困難さにより妨げられてきた。そこでDectin-1レクチンドメインのN末端側にprotein GのB1ドメインを融合させたところ、溶解度が14倍に上昇し、発現量も5倍に上昇した。GB1の融合したDectin-1は直鎖型および分岐型βグルカンとの相互作用解析に有効であることが判明した。現在この発現系を用いてNMR解析を実施中である。2.気相電気泳動法による分岐型糖鎖の解析:気相電気泳動法により得られた衝突断面積から糖鎖の立体構造を議論するためには、計算化学により糖鎖の立体構造を計算してそこから衝突断面積を計算し、実験値と比較することが重要となる。本研究では計算により衝突断面積を算出する方法を検討し、衝突断面積に影響を与える因子(バッファガスの種類、プロトンの付加部位、衝突散乱のモデルの種類)について精査した。また気相電気泳動法から得られるドリフトタイムから衝突断面積へ変換する際に用いる標準サンプルの検量線についても検討を実施した。糖鎖の生体分子としての特徴の一つは分岐構造を有していることであり、分岐構造の生物学的意味を明らかにすることは重要な課題である。特に各糖鎖分枝は多くの場合“共通"の糖鎖構造を有するにもかかわらず、レクチンの分枝特異的な認識など、糖鎖分枝の“非対称性"の存在が報告されている。本研究ではその非対称性に着目し、核磁気共鳴(NMR)法や気相移動度測定法などの実験化学的手法および分子動力学法などの計算化学の手法を用いて多分岐糖鎖の立体構造・ダイナミクス・相互作用を解析し、共通の糖鎖分枝に個性がもたらされる構造要因の一端を解明した。予定通り気相電気泳動法によるデータ取得を実施することができた。3本鎖・4本鎖などの多分岐構造を有する糖鎖や、多糖の分岐構造に着目してその立体構造とダイナミクスおよび相互作用について研究を進める予定である。構造生物学分岐構造をもつ糖鎖のNMRによる動的構造解析とレプリカ交換分子動力学計算による衝突断面積の算出を進める予定である。当初レクチンと糖鎖の相互作用解析は次年度に計画していたが、初年度に計画していた内容の大半を達成することができたため。
材料設計指針の構築を目指したセルロース結晶の表界面における分子論的描像の解明

最近、構造多糖を溶解するイオン液体に注目がされている。異なるイオン液体のセルロースやキチンに対する溶解性を関連づけるために、イオン液体中におけるセルロース・キチン溶解の分子動力学計算を実施した。その結果、イオン液体のカチオンとアニオンが協同的にセルロース・キチンの分子間水素結合を切断する溶解過程を観察した。特に、界面に存在する臭化物イオンがキチン溶解に寄与することが計算によって示唆されたため、微量の臭化物イオン存在下でもキチン溶解性が向上することを実験によって検証した。また、水素結合切断量と実際のセルロース・キチン溶解度が強く相関し、文献情報の無いイオン液体の溶解度を予測した。さらに、多糖材料の高次構造制御に関する体系的な理解を目的として、イオン液体中でのキサンタンガムのダイナミクス挙動や、臭化カルシウム二水和物/メタノール溶液中でのキチン溶解現象について計算化学的手段により解析した。また、セルロースの結晶構造を3次元分解した分子鎖シートモデルに対して、密度汎関数理論計算を適用した。その結果、天然セルロース繊維について、長年議論されてきた変形特性の要因が、Iα型(110)/Iβ型(100)面の平面状分子鎖シートに由来することを明らかにした。天然型セルロース結晶のアミン処理によって得られるIII型結晶構造(100)面由来の孤立分子鎖シートモデルがナノチューブ形態に変化することを以前に観察した。本年度は、シクロヘキサンおよび酢酸エチル中でのセルロースナノチューブ(CelNT)モデルの立体構造安定性を評価した。実験的にセルロース分子鎖をチューブ状に自己組織化させ、CelNT構造を創製することは容易でないと推定されるが、提案したチューブ構築原理は、疎水性表面を持つセルロースの様々なナノ構造体設計へと展開しうるものと期待される。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。構造多糖であるセルロースは、分子内および分子間水素結合に代表される強固な相互作用により分子鎖が連結したミクロフィブリルとして存在するため、水や一般的な有機溶媒に難溶であり、セルロースの材料利用を困難としている。2002年にイオン液体である塩化1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム(BMIMCl)がセルロースを良好に溶解することが報告されて以来、構造多糖を溶解するイオン液体が注目されてきた。本研究では、分子論的観点からのセルロースのイオン液体による溶解機構の解明を目的として、結晶モデルを対象とした分子動力学(MD)計算を実施し、イミダゾリウム型イオン液体によるセルロース溶解挙動を解析した。MD計算によるセルロース結晶モデルにおいて、分子鎖間水素結合が切断されていく溶解挙動を確認した。様々なイミダゾリウム型イオン液体中のセルロースの分子鎖間・分子内水素結合数に対する微結晶セルロース溶解度をプロットしたところ、ある程度の相関が見られ、イオン液体によるセルロース溶解に水素結合切断が寄与することが裏付けられた。一方、構造多糖であるキチンもまた、天然で豊富な有機資源であるが、高結晶性繊維として存在するため、加工性や溶解性に乏しく、材料利用が困難である。最近、所属研究グループにより、1-アリル-3メチルイミダゾリウム臭化物塩(AMIMBr)がキチンを良好に溶解することを報告された。キチンに対しても同様にMD計算を実施し、イオン液体中での溶解挙動を検討した。MD計算結果として、AMIMBrにより、分子鎖間水素結合の切断に伴ってキチン分子鎖が結晶表面から剥離する溶解挙動を観察した。更に、対アニオンを変化させた溶解性の低いイオン液体についても、同様のMD計算を実施した。その結果、分子鎖が束になったスタッキングシート単位の脱離は観察されたが、分子鎖剥離は生じなかった。最近の多糖/イオン液体の分子シミュレーション研究において、複数のイオン液体を体系的に扱った例はなく、特定のイオン液体での溶解挙動を観察した報告に留まっている。本研究では、対イオンを変化させた様々なイオン液体についてシミュレーションを実施し、セルロースやキチンに対する溶解性を定量的に再現することを達成した。この背景には、分子動力学計算に必要不可欠な分子力場パラメータ開発があり、体系的にイオン液体の物性値を再現するような設計スキームを確立した。そのため、体系的に様々なイオン液体を対象とした計算出来、今後、新規なイオン液体探索を可能にする。また、構造多糖として、セルロースだけでなく、キチンも計算対象とし、同様に溶解特性を再現する結果が得られた。木質バイオマスの主成分であるセルロースは数十本もの分子鎖が集合した高結晶性繊維として生産されるため、水や一般的な有機溶媒に難溶であり、加工性に乏しい問題がある。セルロースの材料設計において、溶解プロセスや表面改質メカニズムの理解は必要不可欠である。本研究では、分子動力学(MD)計算によって、セルロース系材料の溶解や界面構造について分子論的観点から解析した。2002年にイオン液体がセルロースを良好に溶解することが報告されて以来、構造多糖を溶解するイオン液体が注目されてきた。イオン液体によるセルロースの溶解機構を解明するために、繊維断片を想定したセルロース結晶モデルを対象とした溶解シミュレーションを実施した。イオン液体中でセルロース結晶は段階的な溶解プロセスが観察され、アニオンによる水素結合切断を契機として、分子鎖間にカチオンが侵入することで溶解が進行することを見出した。また、溶解性の異なる様々なイオン液体について溶解挙動を評価し、カチオンおよびアニオンが協同的に働く溶解過程を支持した。次に、甲殻類などの生物に広く分布し、セルロースと同じ結合様式を持つ構造多糖であるキチンにも着目した。

イオン液体中におけるキチンの溶解シミュレーションを実施したところ、セルロースとは全く異なる溶解挙動を示した。特に、キチンに特徴的なアセトアミド基由来の水素結合切断において、イオン液体のアニオン構造が重要であることを明らかにした。また、セルロースの新規な高次構造として、セルロース分子鎖が水素結合を介して自己組織的に形成するチューブ構造(セルロースナノチューブ;CelNT)について、有機溶媒中での立体構造安定性を評価した。CelNTはセルロース結晶構造を構成する分子鎖シートの両端が水素結合によって閉じた構造となるため、CelNT表面は疎水性の性質を有していることが予測された。イオン液体アニオンはセルロースの極性基付近に、カチオンはピラノース環上に集中している様子が観察された。更に、時間経過に伴って、セルロース結晶の分子間にアニオンとカチオンが侵入し、水素結合を切断する様子が観察された。セルロースに対する優れた溶解性を有する塩化1-アリル-3-メチルイミダゾリウム(AMIMCl)および塩化1-エチル-3-メチルイミダゾリウム(EMIMCl)中においては、結晶の内部構造まで崩壊し、セルロース分子鎖が結晶表面から剥離し、溶液中に分散した。他のセルロースの良溶媒である塩化1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム(BMIMCl)および酢酸イミダゾリウム(AMIMOAc、BMIMOAc、EMIMOAc)の場合では、若干の分子鎖剥離挙動を観察したが、カチオンが分子間に侵入しにくく、セルロースの水素結合を部分的にしか切断しなかった。セルロースに対する溶解性を示さないイオン液体中では、結晶モデルはほとんど変化しなかった。同様の方法論をキチンに適用したところ、セルロースとは異なる溶解過程を観察した。キチン溶解性を示す臭化1-アリル-3-メチルイミダゾリウム(AMIMBr)と酢酸イミダゾリウムでは、アニオンがキチン側鎖にあるアセトアミド基と水素結合性架橋を形成し、キチン分子鎖が結晶相から剥離することで溶解することを見出した。また、AMIMBr中において、カチオンは剥離分子鎖と結晶相の間に配向することで剥離状態を維持させていることがわかった。非極性溶媒中において、CelNTモデルは逆平行鎖構造が最も熱力学的に安定であり、分子間水素結合交換を頻繁に生じさせることでチューブ形態を維持させていた。また、ベンゼンやクロロホルムなどの溶媒分子がCelNTモデル表面に構造化している様子を観察し、両親媒性のセルロース分子鎖がチューブ形態を取ることで疎水性に制御されることを裏付けた。最近、構造多糖を溶解するイオン液体に注目がされている。異なるイオン液体のセルロースやキチンに対する溶解性を関連づけるために、イオン液体中におけるセルロース・キチン溶解の分子動力学計算を実施した。その結果、イオン液体のカチオンとアニオンが協同的にセルロース・キチンの分子間水素結合を切断する溶解過程を観察した。
複数テキスト読解を介して論争的ディスコースに参加する力の解明

本研究では,論争的な複数テキスト読解を介して論争的ディスコースに参加する力を,テキスト評価,テキスト間関係の理解,裁定を中核的コンポーネントとする批判的統合という枠組みで捉え,各コンポーネントにおける大学生の実態(彼らがそれぞれのコンポーネントにおいて困難を抱えていること)と,コンポーネント間の因果的関係(特に,テキスト評価→裁定,テキスト間関係の理解→裁定)を実験的に明らかにした。本年度は,次の3点について研究を行った。(1)複数テキストの「批判的統合」概念の明確化:複数テキスト読解を介して論争的ディスコースに参加する上でその鍵となる意見産出は,各テキストに対する評価を踏まえた(批判的)統合過程を経ると考えられる。しかし,従来の研究ではそうした統合とテキスト評価を踏まえない(相補的)統合の概念的区別が十分ではなかった。そこで,本年度はまず,複数テキストの統合に関する先行研究の理論や知見を広くレビューし,「批判的統合」概念の明確化を行った。(2)複数テキスト読解を介した意見産出「過程」の解明:複数テキスト読解を介した意見産出「過程」の一端を明らかにするために,テキスト評価が批判的統合において果たす役割を実験的に調べた。具体的には,大学生84名を2(読解時:評価促進あり,なし)×2(論述時:評価促進あり,なし)の4条件に割り振って,対立する2つのテキストを読んでもらい,テキスト評価の実験的促進が批判的統合に及ぼす効果を検討した。実験の結果,論述時の評価促進が(生成した意見文の中での)出所の明示を促すことを明らかにした。(3)複数テキスト読解を介した意見産出「能力」の解明:複数テキスト読解を介した意見産出に必要な能力の1つとして,出所参照(sourcing)に着目し,それと批判的統合の関係を実験的に調べた。具体的には,大学生に,出所情報を操作した複数のテキストを読んでもらい,それが批判的統合の質にどう影響するか調べた。この実験で得られたデータを現在分析中である。本年度は,次の3点について実証的な研究を行った。1.論争的な複数テキストの批判的統合の過程でテキストの出所情報を参照し利用する大学生の能力を調べるために昨年度末に行った実験データを分析した。分析の結果,大学生はテキスト間の対立を裁定するために出所情報を参照し利用することができるが,その利用は限定的であり,多くの場合,明示的・方略的ではないことが示された。この結果については現在,学術雑誌に投稿中である。2.複数テキスト読解を介して論争的ディスコースに参加する上で大学生にどのような問題があるのかを明らかにするために,批判的統合の枠組みに基づいて実験を行った。すなわち,大学生を対象に論争的な複数テキストを読んで議論文を産出してもらう課題を実施し,彼らが議論文の中で対立する論者の議論をどう裁定しているか,そこに書かれた論争の理解はどのように関係しているか,論争の理解を促す読解目標を与えることによって裁定のし方はどう改善するかを調べた。この実験で得られたデータについては現在,分析中である。3.複数テキスト読解を踏まえて議論文を産出する大学生の能力やスキルは,それまでの学校教育で彼らがどのような教育経験を受けてきたかにも大きく左右されると考えた。そこで,複数テキスト処理に関する彼らの教育経験を明らかにするための一環として,小学校から高等学校までの国語・社会(地理・歴史・公民)の学習指導要領とその解説の分析を行った。これについては現在も継続中である。本年度は,次の3点を実施した。1.複数テキスト読解を介して論争的ディスコースに参加する上で大学生にどのような問題があるのか明らかにし,またその問題に対処する方法を探る手がかりを得るために,昨年度末,大学生を対象に論争的な複数テキストを読んで論証文を産出してもらう実験を実施した。本年度はその実験で得られたデータを「書かれた論争への参加」という観点から分析した。分析の結果,多くの大学生にとって複数テキストの著者同士を適切に関連づけて自分の意見を述べることが難しいこと,読解中に複数テキスト間関係をどう理解したかがそれに影響することが示された。この研究で得られた成果は「教育心理学研究」に掲載予定である。2.大学生が複数テキスト読解を介して論争的ディスコースにどう参加するか(そのための能力やスキル)は,高校までの間に彼らが受けてきた学校教育経験に大きく左右されると考えられる。そこで,昨年度から本年度にかけて,複数テキスト処理に関する彼らの学校教育経験を明らかにするための一環として,小学校から高校までの国語の学習指導要領とその解説を対象にした分析を行った。分析の結果,(1)小学校中学年から高校まで複数テキスト処理(批判的統合または比べ読み)が指導事項や言語活動例としてとりあげられていること,(2)しかし,それら指導事項や言語活動例が必ずしも複数テキスト処理能力・スキルを高めるような形で体系化されていないことが明らかになった。この研究で得られた成果は「静岡大学教育学部研究報告(人文・社会・自然科学篇)2012年」に掲載された。

3.批判的統合モデルに沿って3年間で行った研究成果を整理し,複数テキスト読解を介して論争的ディスコースに参加する力とその力を養う上でどのような方法が考えられるかについてまとめた。
睡眠時脳活動の計測および脳活動パタン解析手法の開発と検証

夢見中の脳活動はどのようなもので、夢見のメカニズムは何か。これらの疑問を解く上では、システマティックに実験を実施し、データを蓄積してゆく必要がある。本研究では、夢見中の脳活動や夢見のメカニズムを探るための実験システムおよび脳活動パタン解析手法の開発と検証を、効果的かつ効率的におこなってきた。本研究において開発した実験システムを適用することで、将来的には、夢見発生メカニズム研究の発展にも貢献することが期待できる。本研究の目的は,夢見中の脳活動や夢見のメカニズムを探るための実験システムおよび脳活動パタン解析手法の開発と検証を,効果的かつ効率的に行うことである。今年度の目標は,fMRIと睡眠ポリグラムの同時計測による睡眠中の自発脳活動の計測と詳細なステージ判定を実施し,生体リズムを考慮したmultiple awakening法により,効果的かつ効率的な夢見報告データと脳活動データの取得を実現することであった。以下に,今年度の成果をまとめる。実験参加者は睡眠障害のない健康な成人3名であった。2日間の順応セッションを実施した後,fMRIと睡眠ポリグラムの同時計測セッションを行った。生体リズムに起因する午後の眠気(ポストランチディップ)を利用したmultiple awakening法を開発し,午後1時から5時半までに睡眠実験を実施することで,効率的に睡眠データを取得した。これに加え,睡眠ポリグラムにおけるfMRIアーティファクト除去をオンラインでおこない脳波段階判定を行いながら,覚醒させるタイミングを決定した。先行研究より,θ波の出現する脳波段階5には視覚的な夢見報告が多く(36.2%),また脳波段階5の持続時間は比較的長いことから,この時期を中心に覚醒させた(なお,比較のために他の脳波段階でも覚醒させた)。その結果,合計12回のfMRI実験で,409回の覚醒のうち,349(85%)の視覚的夢見報告および関連する脳活動データが得られた。先行研究では入眠期には平均して31.4%,脳波段階5のみでも36.2%(最も夢見の報告率が高かった脳波段階6では43.8%)であり,本研究の報告率と比較するとかなり低い。本研究のmultiple awakening法が効率的,効果的であることが分かる。夢見報告を伴う多くの脳活動データのサンプルにパタン解析を組み合わせることで,入眠期の主観的体験の脳内での表現様式やNREM睡眠中の夢見のメカニズムの解明に光明を投じたといえる。本年度の目標は,22年度で開発した実験手続きをベースにREM睡眠期に適用可能なものへと展開することであった。以下に,本年度の成果をまとめる。実験参加者は睡眠障害のない健康な成人2名であった。1夜目と2夜目には、実験参加者を実験環境に適応させるための順応セッションを実施した。3夜目には、sleep interruptionおよびmultiple awakeningを実施しないコントロールセッションを実施した。4夜目以降から、sleep interruptionおよびmultiple awakeningを実施する実験セッションを行った。コントロールセッションでの睡眠判定結果より、第4周期のNREM睡眠が終了しREM睡眠が開始する時刻をあらかじめ同定しておいた。実験セッションではこの時刻に被験者を覚醒させ、sleep interruptionをおこなった。その後午前8時までは、洗顔、洗髪をしたり朝食をとってもらい過ごさせた。その後午前8時から9時までの1時間、コンピュータゲームを実施した。午前9時からmultiple awakeningを実施した。入眠後30分間が経過した後に、入眠時REM睡眠が出現したら覚醒させ、主観的状態に関する調査をおこなった。この手続きを3時間実施した。合計7回の実験において121回覚醒させ,REM睡眠が先行するawakeningから46、つまり1実験で約7の視覚的な夢見報告および関連する脳活動データが得られた。通常の手続きでは多くても2回しかREM睡眠が先行する夢報告は得られない。このことからも本研究の手続きの有効性が確認できる。これらのデータとMiyawaki et al,(2008)の再構成技術を組み合わせることで、REM睡眠の夢見のメカニズムの解明に光明を投じることが可能となる。
植物の軸形成における細胞壁構築遺伝子群の機能解明

シロイヌナズナの細胞壁構築に関わる32ファミリー,765遺伝子を対象とした包括的な発現解析により,花茎基部の伸長停止域で特異的に発現し,荷重刺激に応答する16種の遺伝子をこれまでの研究により同定した。これらの遺伝子について,T-DNA挿入変異体による機能解析と,pro::GUSおよびreal time RT-PCR等の方法による発現解析を進めた。このうち,グリシンリッチタンパク質(GRP)をコードする遺伝子の欠損変異体では茎頂直下の花茎組織の局部的な枯死,主軸の伸長不全、側枝数の顕著な増加,などの明確な形態上の表現型が見られた。そこで,この遺伝子に注目して,機能と発現の解析を行った。表現型が養分投与により一部回復すること,Promoter::GUSの発現部位とmRNAがいずれも,基部の維管束に局在することなどから,変異体の機能欠損は維管束機能不全に起因する可能性が示唆された。ついで,特異性の高いペプチド抗体を作成し,タンパク質局在を解析した。その結果、木部柔細胞で遺伝子が発現したのち、分泌されたタンパク質は成熟した原生木部に移行・沈着することを見いだした。この結果は,分泌後の細胞壁中でのタンパク質の輸送制御の存在を示唆するもので重要な知見であると考えられる。その分子過程について現在解析を進めている。また,詳細な機能解析を行うために,相補実験を進めると共に,RNAiによるノックダウン変異体と過剰発現体の表現型の解析を進めている。これまでの解析で異所的な過剰発現により発現部位での巨視的形態異常が確認できた。特定領域研究植物の軸形成における細胞壁構築遺伝子群の機能解明西谷和彦(東北大学大学院生命科学研究科)シロイヌナズナの花茎で発現する細胞壁関連遺伝子群の中より、基部の伸長停止域で特異的に発現する16種の遺伝子を独自のマイクロアレーにより同定した。このうち、4遺伝子は二次壁構築に関わる遺伝子としてすでに解析されていた。残りの12遺伝子の産物の機能は未知であった。そこで、これらの遺伝子について、T-DNAタグラインの表現型の解析を行った。そのうちの一つ、グリシンリッチタンパク質(GRP1)をコードする遺伝子の欠損変異体では茎の伸長不全、道管機能不全を示唆する表現型がみられた。Promoter::GUSの発現、mRNA局在、ペプチド抗体を用いたタンパク質局在解析の結果、木部柔細胞で遺伝子が発現したのち、分泌されたタンパク質は成熟した原生木部に移行・沈着することを見いだした。シロイヌナズナの根で発現するAtXTH17,18,19,20の4遺伝子について、T-DNA挿入変異体およびpXTH::RNAiラインを用いて根の伸長における役割を解析した。4遺伝子の内、AtXTH18 mRNAの発現レベルが突出して高く、また、RNAiによりその発現量を低下させると主根の伸長が有意に抑制された。この結果はAtXTH18遺伝子が根の伸長制御において主要な役割を担うことを示している。シロイヌナズナのXTH遺伝子群の内、加水分解活性を持つと予想されているクラスIIIの7遺伝子について、その機能解析を行った。AtXTH27,28,30は共に葯で発現し、xth27/xth28の二重変異体では長角果の成長不全を起こすことを見いだした。
ART由来先天性インプリンティング異常症の発症機序の検討とリスク要因の探索

近年、晩婚化の社会情勢に伴い、生殖補助医療(ART)が急速に普及してきた。しかし、同時にこれまで非常に稀であったゲノムインプリンティング(GI)異常症の発症頻度が増加していることが世界中で報告され、注目されている。本研究では、先天性GI異常症患児(ART群と非ART群)の末梢血DNAを用い、ゲノムワイドなメチル化解析により、メチル化異常のパターン分類と特徴について比較し、ARTによるリスク要因を評価する。本年度は、RRBS法によってSilver-Russell症候群(SRS)患児(ART群5検体、非ART群5検体)および自然妊娠健常児10検体の末梢血DNAメチロームデータを取得し、解析を行った。DNAメチル化解析は、ゲノムエレメント毎に解析を行い、自然妊娠健常児群のDNAメチル化平均より7.5%変動かつFDRが0.05未満の領域をDNAメチル化変動領域(DNA methylation variation: DMV)として、ART群と非ART群を比較した。プロモーター領域、CpGアイランド、SINEなどの繰り返し配列において、DMVの数はART群の方が多く、高メチル化されている領域が多かった。また、DMVはゲノム全体にランダムに分布していた。これらのDMVを生物学機能解析に供試したが、濃縮されたGO termはひとつも得られなかった。次に生殖細胞におけるメチル化パターンでDMVを分類した結果、ART群では精子でメチル化される領域が多かった。精子でメチル化されている領域は、受精後の1細胞期で速やかに脱メチル化されるものが多いため、ART群のDMVは、受精操作または培養操作によって誘引された可能性が示唆された。
変動環境下における沿岸生物群集の保全に向けたメタ群集アプローチの確立

本研究は、日本の温帯と冷温帯の沿岸生物群集を対象に、生産者と消費者の広域分散過程、および温度変化に伴う生産者と消費者の相互作用の変異を調べることにより、地球規模での環境変動に伴う沿岸生物群集の変化を理解し、沿岸資源生物および沿岸生態系の保全・管理に資することを目的とする。広域野外調査、リモートセンシング・GISを用いた長期変動解析、メタ群集決定構造の数理的解析、集団遺伝解析、野外操作実験を組み合わせたアプローチにより、沿岸生物群集の構成には、水温等の広域スケールの変動要因と、競争・捕食等の局所スケールの変動要因が複雑に関与していることが判明した。今後の気候変動に伴い、沿岸生物群集の動態は、植物-動物間相互作用の変化を通じて不安定化する可能性が高いことが予測された。本研究は、日本の温帯と冷温帯の沿岸生物群集を対象に、生産者と消費者の広域分散過程、および温度変化に伴う生産者と消費者の相互作用の変異を調べることにより、地球規模での環境変動に伴う沿岸生物群集の変化を理解し、沿岸資源生物および沿岸生態系の保全・管理に関する提言を行うことを目的とする。本年度は、アマモ場と海藻藻場、および岩礁潮間帯の生物群集を対象に、下記の成果を得た。1:広域野外調査:上記の対象生物群集について、年13回の野外定量調査を各地で行った。その結果、生物量および生物多様性の時間変動パターンは局所的な環境条件により大きく変異することが判明した。2:過去の広域空間動態の把握:厚岸湖・東京湾・瀬戸内海のアマモ場、および太平洋沿岸の岩礁潮間帯の主要生物の長期変動を解析した。厚岸湖においては、アマモ場の空間分布と、アマモの主要捕食者であるオオハクチョウの時空間変動のパターンは単純な線形関係にないことが判明した。3:分散能力・分散量の解析:東京湾のアマモ類について流動モデルと標識追跡実験を組み合わせて分散プロセスを推定したところ、吹送流の影響を受け、広域に分散することが判明した。4:集団遺伝解析:アマモおよびコアマぞを対象に、遺伝子マーカーを用いた分子解析を行ったところ、アマモ類は多数のメタ集団に分かれること、コアマモは北日本と南日本で遺伝的構造が大きく異なることが判明した。5:生産者と消費者の相互作用強度の温度依存性の評価:操作実験により、岩礁域および干潟域の草食性二枚貝類と肉食性巻貝類の捕食被食関係による相互作用の強さを測定したところ、種の組み合わせにより異なる温度依存性を示すことが明らかになった。1:広域野外調査:上記の対象生物群集について、昨年度に引き続きの野外定量調査を各地で行った。生物量および生物多様性の時間変動パターンはさまざまな空間スケールで大きく変異した。特に北日本の沿岸域においては、2010年夏の高温に関連すると思われる生物群集構造の大きな変化が認められた。2:過去の広域空間動態の把握:厚岸湖・東京湾・瀬戸内海のアマモ場、および太平洋沿岸の岩礁潮間帯の主要生物の長期変動の解析を継続した。特にフジツボ類については、密度依存的プロセスと密度非依存的プロセスの季節的変動が長期動態に影響していることが明らかになった。3:メタ群集の決定プロセスの数理的解析:上記で得られた生物群集の広域長期データをメタ群集モデルを使って解析したところ、北日本における潮間帯生物のメタ群集構造の変異には、環境要因の異質性と分散距離の両方が関与するものの、その相対的重要性は生物群によって大きく異なることが判明した。4:集団遺伝解析:アマモ類およびコンブ類を対象に、集団の空間構造を把握するための遺伝子マーカーを開発した。東京湾のアマモ類では、数十キロメートルスケールで集団の交流に制約があることが判明した。5:生産者の高温ストレスに対する応答の評価:コンブ類のプロテオーム解析により、高温ストレスを検知できるマーカーを特定した。これにより、今後、地球温暖化による生産者に対するストレスの増加が生物群集の動態に与える影響を評価する新しいアプローチに結びつける指針ができた。本研究は、日本の温帯と冷温帯の沿岸生物群集を対象に、生産者と消費者の広域分散過程、および温度変化に伴う生産者と消費者の相互作用の変異を調べることにより、地球規模での環境変動に伴う沿岸生物群集の変化を理解し、沿岸資源生物および沿岸生態系の保全・管理に資する情報を提供することを目的とする。