hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
単一神経細胞内の転写因子の量的変化から解明する動物行動の変容機構

この反応(サイクリング)が繰返される度に,過酸化水素が蓄積することになる.この過酸化水素を検出して定量測定する.この時点での過酸化水素の蓄積反応は直線的でしかないが,標識酵素にトリオースイソメラーゼを用いることにより,GAPDHの基質であるDihydroxyacetone-3-phosphateをサイクリング反応系に継続的に追加することができ,その結果,過酸化水素の蓄積反応は幾何級数的に増大することがわかった.来年度はこれをさらに発展させて,単一神経細胞内での定量ができるようにする.さらには他の転写因子であるCREBの抗体作製も始め,現在その特異性を検査している.本研究の最終目的は,一つの神経細胞の中の特定の遺伝子発現が,どのように動物個体の行動変容を引き起こすのか,その機構を解明する手法を開拓し,そして実際に,遺伝子発現機構から生物の階層性に沿った形で行動変容機構を詳細に解明するところにある.そこで平成18年度は,神経細胞1個の中の転写因子タンパク質の定量方法の確立を急いだ.極微量タンパク質の超高感度定量解析法としては,酵素サイクリング法を改良・発展させ,1個の細胞内のタンパク質1個を定量する技術の開発を目指した.極微量タンパク質の超高感度測定法は,酵素サイクリング法と酵素免疫測定法(ELISA法)とを組み合せた.具体的には,まずは酵素サイクリングのターンオーバー数をさらに上げると共に,抗体に標識した酵素のターンオーバー数が,理論値の50%程度にはなるような酵素標識抗体を作製した.次に,抗体に標識する酵素と同種の酵素が測定試薬中に混在することに由来してしまうブランク反応を,いかに低減させるかが問題であった.そこで原料試薬中に混在する酵素の除去方法として,熱処理,ゲルろ過処理等,または自殺基質を用いて酵素の活性部位を修飾することにより,酵素を失活させた.また,免疫的除去処理としては,由来の異なる酵素に対してできるだけ幅広くクロス反応する抗体を組み合せたアフィニティーカラムを作製し,アフィニティークロマト処理を行って除去するか,中和抗体を作製し,混在する酵素を失活させた.最後に,酵素標識抗体の非特異的吸着反応をいかに無くすかを考えた.非特異的に吸着した酵素標識抗体によるブランク反応も,前述の測定試薬中に混在する酵素によるブランク反応と同様に測定系のS/N比を下げ,やはり極微量タンパク質の測定はできなくなってしまうので,抗原(タンパク質)と酵素標識抗体の反応効率を上げ,酵素標識抗体の非特異的吸着反応を無くす方法を開発した.
GaNベースの透明強磁性半導体の創製に関する研究

これまでに、ガスソースMBE法により、ワイドギャップ半導体GaNに磁性原子Mn,Crを添加したGaMnN、GaCrN希薄磁性半導体を創製し、相分離のない混晶であることを確認し、室温以上での強磁性を確認した。GaCrNの方が良好な特性であり、強磁性転移温度は400K以上である。なお、これらからの強力なホトルミネセンス(PL)発光も観測され、光る高温強磁性半導体と言える。強磁性転移温度は400K以上であることから、室温動作スピントロニクスデバイス応用への足がかりを掴んだ。本年度は、(a)Gd、Dy、Eu、Tbなどの希土類金属を添加したGaNを成長した。(b)各試料に対して、結晶性の評価(X線回折、XAFS、ラマン散乱測定)を行い、希土類原子はGaサイトに置換されていて相分離のないことを確認した。添加した各濃度の試料の磁化測定を行い、磁気特性を調べた。(c)成長した試料に対して、PL測定、磁場PL測定を行い、発光の起源及び偏光特性などを調べた。特にGaCrNに対し、時間分解PL測定から、band-to-band遷移による発光であることが分かり、再結合ダイナミックスを調べた。(d)DyN/GaN超格子構造を作製し、光学、磁気特性を調べ、4000Gaussの磁場を印加した場合、10Kで3%の磁気抵抗比が得られた。その起因はDyNの強磁性であるが、しかし、GaNをベースとした磁性半導体はスピン制御トンネルテバイスの材料として利用できることを示唆した。
塊茎形成および花芽形成に関わるシグナル物質の解明と機能解析

セオブロキシドはリポキシゲナーゼ活性を高め、このことにより塊茎形成物質と花芽形成物質を生成し、その結果バレイショ塊茎とアサガオ花芽形成を非誘導条件である長日で誘導することを明らかにした。植物の花芽形成と塊茎形成は日長条件、温度等の環境要因によって大きく影響を受けることから光と温度について研究を行った。アサガオのリポキシゲナーゼ活性と光との関係について調べた。明期から暗期に変化後0、15、30、60分後のリポキシゲナーゼ活性は30分まで上昇し、その後減少した。しかし、暗期から明期への変化ではリポキシゲナーゼ活性の大きな変化は認められなかった。アサガオの花芽形成とバレイショの塊茎形成に対する温度の影響について調べた。アサガオの花芽形成は25°と30°Cで誘導され、リポキシゲナーゼ活性はこの両温度で高かった。35°Cでは花芽は形成されず、リポキシゲナーゼ活性は低かった。バレイショを15、20、25、30°Cで生育させた。塊茎形成は20°Cで最高であり、リポキシゲナーゼ活性は15°Cで最高であった。これらの結果から、セオブロキシドと同様、光と温度はリポキシゲナーゼに影響を与えこのことにより花芽形成と塊茎形成は光と温度の環境要因によって制御される可能性を示した。1.外生機能物質バレイショ茎断片培養法の生物検定により、糸状菌Lasiodiplodia theobromaeの代謝産物からマイクロチューバー形成活性を有する3種のlasiodiplodin類と2種のresorcinol類が新たに発見された.2.セオブロキシドの機能葉面散布することにより非誘導条件(長日条件)でバレイショ塊茎・アサガオ花芽形成を誘導する外生機能物質セオブロキシドの作用機能を調べた。1)内生ジャスモン酸量シソ葉、アサガオ葉、アサガオサスペンジョンセルをセオブロキシド処理することによりいずれの場合も内生ジャスモン酸量の増大が見られた。2)ジャスモン酸生合成酵素セオブロキシド処理によってアサガオムラサキのリポキシゲナーゼ活性が生成物あたりに計算して1.43倍に増加した。このことから、セオブロキシドによる花芽・塊茎形成はリポキシゲナーゼ活性の促進であることが明らかになった。3.リノレン酸の代謝[1-^<14>C]-α-リノレン酸をアサガオの葉に取り込ませ数日後の植物体内での移動を調べた。放射活性は日長の長短に関わらず上位部葉で高くなり、ラベル化合物が植物葉で取り込まれ移動することが明らかになった。1.外生機能物質の探索沖縄県のマンゴー炭そ病菌(L. theobromae)に感染したマンゴー枝を採集し、40種の菌株を単離した。新しく得たこれらの菌株を用い、マイクロチューバー形成能およびセオブロキシド生産量を調べている。2.セオブロキシドの機能ムラサキアサガオの葉に1mMセオブロキシド水溶液を散布し、切断子葉をリン酸バッファー(pH7.3)で抽出した。酵素反応には酢酸ナトリウム-酢酸バッファー(pH4.4)を使用し、リノレン酸を基質としてリポキシゲナーゼ活性を紫外分光光度計により波長234nmの紫外光の吸収増加として測定した。この結果、セオブロキシド処理によってリポキシゲナーゼ活性が生成物あたりに計算して1.47倍に増加した。次にリポキシゲナーゼと光との関係について調べた。長日条件で栽培したアサガオを明期から暗期に切り替えた。直後、15分、30分、60分後の葉を採集し上記と同様の方法で酵素活性を求めた。暗期にすることによりリポキシゲナーゼ活性は30分をピークに高まりその後60分になると減少した。

このことと、日照現象との関係を明らかにするには尚早であるが、その謎を解く鍵が隠されていると考える。3.リノレン酸の代謝[1-^<14>C]-α-リノレン酸をアサガオの葉に取り込ませ数日後の植物体内での移動を調べたところ、放射活性は日長の長短に関わらず上位部葉で高くなり、ラベル化合物が植物葉で取り込まれ移動することを明らかにした。現在いかなる化合物に代謝されるのか検討中である。ジャスモン酸0.1mM溶液を日長条件L18-D6で育成したアサガオ(サンスマイル)に一日おきに散布した。その結果、散布後81日で全開花数はコントロール0個、セオブロキシド散布122個に対し、ジャスモン酸散布33個でジャスモン酸はわずかな開花促進効果を示した。このことはジャスモン酸が直接花芽形成誘導に関与していることを示唆した。しかし、ジャスモン酸はリポキシゲナーゼ活性を高めることが知られていることから(Plant Physiology 114, 1085-1093, 1997)リポキシゲナーゼの活性化により、9-hydroperoxy linolenic acidさらには花芽形成物質(FIF?)の生成によって花芽形成を誘導すると考えるのが無難である。以上のデータおよびセオブロキシドおよび光はリポキシゲナーゼの活性に関与するという今までのデータをあわせると、まずtheobroxideあるいは光によってリポキシゲナーゼが活性化され、このことによりジャスモン酸が生成される。これらの一部はツベロン酸グルコシドに代謝され、塊茎形成を誘導する。ジャスモン酸の一部はリポキシゲナーゼの活性化に再度関与し、生成した13-hydroperoxy linolenic acidからジャスモン酸、ツベロン酸が生成する。また、生成9-hydroperoxy linolenicacidはFIF(?)生成を高め、花芽形成を誘導する。日長・セオブロキシドによる塊茎形成・花芽形成はこのようなメカニズムによって行われるという仮説が可能である。
化学物質のビッグデータ革新―埋蔵分子の理論的発掘とデータケミストリの新展開

量子化学の理論にもとづいて化学反応経路を自動的に探索・蓄積し、そこから新規分子・反応「埋蔵分子」を発掘・発見するためのシステム開発と応用研究を実施した。化学反応経路データ自動創出→蓄積→可視化・検索の一連の基本動作が可能なシステムの核を構築し、可視化・検索のためのソフトウェアRMapViewerを蓄積データの一部と合わせてフリーウェアとして公開した。糖分子の配座マップの自動探索と解析に応用し、本システムを利用することで、理論的に検索された化学反応経路データから、効率よく有効な情報を引き出すことができることを示した。さらに、新たな炭素分子ファミリーの存在を理論的に予測した。本研究では、理論的に存在が予測されるが未だ存在が確認されていない化学物質「埋蔵分子」を理論的に探索・発掘し、これらを供給する化学反応経路を分子のポテンシャルエネルギーや電子状態に関する種々のパラメータとともにデータベース化し、ウェブを介して利用できるシステムを構築することを目的としている。特に、本研究期間では、データ自動創出→登録→検索・表示の一連の基本動作が可能なシステムの核を集中的に構築し、研究期間中に研究者向けの公開を目指している。平成25年度は、データベース、ウェブシステム、データ登録、可視化についての基本設計・仕様を確定し、開発を開始した。特に理論的に探索された化学反応経路データを視覚的に検索・解析できる可視化ソフトウェアを中心に開発・実装を行った。化学反応経路解析を行う研究者を想定した利用形態のシミュレーションに基づき、種々の検索事例を想定し、検索アルゴリズムの開発を開始した。本検索アルゴリズムはグラフィカルな可視化と連動するものとし、利用者は化学反応経路データをインタラクティブに操作しながら検索を行うことができるシステムとして設計した。現状のシステムは、探索された化学反応経路データ全体の化学反応ネットワーク図を表示する機能、指定したノード(分子)を出発点としたポテンシャルエネルギーの大きさを縦軸とするエネルギープロファイル図の表示、各ノードの分子の3次元分子モデルの表示、選択した化学反応経路に沿った3次元分子モデルの分子構造変化をムービーにて表示する機能等を既に実装済みである。既知データとのマッチング方法についても検討し、分子の線形表記コードを用いてアプローチを試みることとした。このために、化学反応経路データに、SMILES, InChi, CAST-planeの3種類の線形表記コードを組み込んだ。平成26年度は、理論的に検索された化学反応経路データを視覚的に表示・検索・解析できる可視化ソフトウェアの機能強化を行い、平成26年7月より一般公開を開始した。具体的には、化学反応ネットワーク中の2つの分子を反応物と生成物として指定すると、2分子を結ぶ経路を列挙し、遷移状態エネルギーや反応ステップ数などに基づいて優先順位をつけて出力すること、出力された経路を選択すると、その経路に沿ったムービーとエネルギープロファイル図が連動して可視化されること、などの新機能を開発・実装した。平成25度に実装した分子構造の線形表記コードを用いた簡易検索機能も搭載した。また、開発はMac OSを中心に進めているが、本ソフトウェアを中心にチュートリアルを実施し、そこで得られたユーザの要望に基づき、Windows版も開発し、合わせて公開した。可視化ソフトウェアはSmalltalk言語で実装を進めているが、これと並行してより一般的な言語としてSCALA言語を選択し、移植作業を開始した。可視化ソフトウェアの機能を利用した種々の応用研究にも取り組み、結果の一部を国際会議等で報告した。さらに、化学反応経路探索の解析をきっかけとして、埋蔵分子やその候補となる構造がいくつか見つかってきており、成果の一部を学術論文にまとめて発表した。平成27年度は、データ自動創出を可能とし、また、理論的に検索された化学反応経路データを視覚的に表示・検索・解析できる可視化ソフトウェアについて、分子構造描画・検索の機能を実装した。昨年度に開始したSCALA開発言語版への移植も並行して進め、新機能も含めてSmalltalk版の全機能の移植を完了した。一方、応用研究を実施し、本ソフトウェアを利用することで、理論的に検索された化学反応経路データから、効率よく有効な情報を引き出すことができることを示した。さらに、4員環ユニットを基本骨格要素とする炭素分子を理論的に発見した。プリズム炭素ファミリーと名付けたこれらの分子群は、グラファイトやカーボンナノチューブなどの炭素分子と比較して、高いポテンシャルエネルギーをもつが、十分に高いエネルギー障壁に囲まれていることから、一旦生成すれば、安定に存在しうる分子群であると予測される。

化学反応経路データ自動創出→蓄積→可視化・検索の一連の基本動作が可能なシステムの核を構築し、可視化・検索のためのソフトウェアRMapViewerを蓄積データの一部と合わせてフリーウェアとして公開した。糖分子の配座マップの自動探索と解析に応用し、本システムを利用することで、理論的に検索された化学反応経路データから、効率よく有効な情報を引き出すことができることを示した。さらに、新たな炭素分子ファミリーの存在を理論的に予測した。研究計画に沿って順調に研究を進めてきている。特に、可視化・解析ソフトウェアに関しては、かなり機能を充実させることができてきており、予定通り一般公開に至っている。ただし、機能の充実を優先したことから、同じく平成26年度に予定していた、他言語に移植したコードのオープンソース化は先に延ばした。「埋蔵分子」発掘の応用研究についても計画以上のペースで進んでいる。計算化学、データ科学平成27年度(最終年度)は、可視化・解析ソフトウェアの検索Queryの充実も含め、機能の拡張を図り、並行してSCALA言語への移植も進める一方で、データ自動創出→登録→検索・表示の一連の基本動作が可能なシステムの核を集中的に構築し、研究計画に記載の目標を達成する計画である。応用研究の「発掘」も多様な方向に進め、国内外への研究成果の発表も積極的に実施する。平成25年度の交付申請書に記載した研究計画に沿って研究を進め、特に可視化と検索アルゴリズムについては、当初の予定よりも遥かに進んだ成果を得ることができた。一方で、データベースシステムに関しては設計を行ったのみで、実装には至っていない。研究準備段階で開発していたプロトタイプシステムをもとにして開発を進めるか、あるいは新たに作り直すかを検討している段階である。平成26年度に、まずはユーザからのフィードバックを目的として、開発中のソフトウェアを一般公開する。現行のソフトウェアは、化学反応経路解析を専門とする研究者を主要ユーザとして想定したものであり、ユーザはソフトウェアをダウンロードし、個々のPC(対象はMac-OS)で利用することができるものとする。現在のソフトウェアはSmalltalkにて開発を行っているが、これをJava等のより汎用性が高い開発言語に移植し、平成26年度末にはオープンソースとして公開する予定である。平成27年度(最終年度)までに、並列処理型の化学反応経路探索プログラムとの連携を行い、データ自動創出→登録→検索・表示の一連の基本動作が可能なシステムの核を集中的に構築する目標を達成する計画である。
ポリアミン輸送系の分子生物学的解析

1.大腸菌のポリアミン輸送系は3種存在する。そのうちのスペルミジン優先取り込み系は基質結合蛋白質(potD)、膜貫通蛋白質(potBおよびC)、およびATP結合部位を有する膜表在性蛋白質(potA)の4種より構成されている。このpotA蛋白質の機能をX線結晶解析およびsite-directed mutagenesisにより変異蛋白質を作製し解析した。その結果、N末端側にATP結合部位とATPase活性中心が存在し、C末端則は膜貫通蛋白質との相互作用に関与していることが明らかとなった。同様な手法を用いてpotD蛋白質のスペルミジン結合部位の同定を試みた。その結果、Glu36とGlu171が一級アミンとの相互作用に、Asp257が二級アミンとの相互作用に関与していることが明らかとなった。2.ポリアミン輸送系のうちの第2は、プトレスシンの排出に関与するpotE蛋白質である。この蛋白質は分子量46kDaで、12ヶ所の膜貫通部位を有する膜貫通蛋白質である。プトレスシンの排出はプトレスシン・オルニチンアンチポーター活性に基づいており、エネルギーを必要としなかった。potE蛋白質は排出活性に加え、プロトン駆動力をエネルギー源としてプトレスシンの取り込み活性も有することが明らかとなった。この蛋白質の活性中心を、この蛋白質に存在する16個の酸性アミノ酸を中性アミノ酸に変換することにより解析した。その結果、Glu207が活性中心であることが明らかとなった。そのほかにGlu77、Glu113、Glu409が活性に関与していることが示唆された。またこの遺伝子の発現はRNaseIIIにより活性化された。3.細胞内ポリアミン量は生合成と輸送の両者に依存している。動物細胞の場合は生合成の律速酵素であるオルニチン脱炭酸酵素の分解を促進するアンチザイムという蛋白質がポリアミン輸送も負に調節していることが明らかとなった。1.大腸菌のポリアミン輸送系は3種存在するが、そのうち1つはスペルミジンの優先取り込み系であり、基質結合蛋白質(potD)、膜貫通蛋白質(potBおよびC)、およびATP結合部位を有する膜表在性蛋白質(potA)の4種より構成されている。このスペルミジン輸送欠損株の変異部位を解析したところ、potA蛋白質のVal-135がMetに置換されていた。この変異potA蛋白質はATPとは結合できたが、ATPaseが消失しており、この部位がATPaseの活性中心であることが推論された。また、8-アジドATPを用い、ATP結合部位を探索したところ、8-アジドATPはCys-26に結合していた。以上の結果より、ATPaseの活性中心はN末端側に存在することが明らかとなった。2.ポリアミン輸送系3種のうちの第2は、プトレスシンの排出に関与するpotE蛋白質である。この蛋白質は分子量46kDaで、12ケ所の膜貫通部位を有する膜貫通蛋白質である。プトレスシンの排出はオルニチン・プトレスシンアンチポーター活性に基づいており、エネルギーを必要としなかった。現在、排出と取り込みが同じ活性中心で触媒されているかどうかsite-directed mutagenesisの手法を用い解析中である。

また、この遺伝子の発現は酸性条件下活性化されるが、この誘導にはRNase IIIによるmRNAの5'-非翻訳領域の切断が関与しており、少なくとも活性化の一部は翻訳レベルで起こることが明らかとなった。目下、転写レベルで働く活性化因子の遺伝子をクローニング中である。1.大腸菌のスペルミジン優先取り込み系は基質結合蛋白質(potD),膜貫通蛋白質(potBおよびC)、およびATP結合部位を有する膜表在性蛋白質(potA)の4種より構成されている。このpotA蛋白質の機能をX線結晶解析およびsite-directed mutagenesisにより変異蛋白質を作製し、解析した。その結果、N末端側にATP結合部位とATPase活性中心が存在し、C末端側は膜貫通蛋白質との相互作用に関与していることが明らかとなった。同様な手法を用いて、potD蛋白質のスペルミジン結合部位の同定を試みた。その結果、Glu36とGlu171が一級アミンとの相互作用に、Asp257が二級アミンとの相互作用に関与していることが明らかとなった。2.プトレスシンの排出に関与するpotE蛋白質(プトレスシン・オルニチンアンチポーター)の活性中心を、この蛋白質に存在する16個の酸性アミノ酸(GluまたはAsp)を中性アミノ酸(GlnまたはAsn、およびAla)に変換することにより解析した。その結果、Glu207が活性中心であることが明らかとなった。そのほかにGlu77、Glu113、Glu409が活性に関与していることが示唆された。3.細胞内ポリアミン量は生合成と輸送の両者に依存している。動物細胞の場合は生合成の律速酵素であるオルニチン脱炭酸酵素(ODC)の分解を促進するアンチザイムという蛋白質がポリアミン輸送も負に調節していることが明らかとなった。すなわち、アンチザイムcDNAをマウスFM3A細胞にtransfectすると、ODC量の減少と共に、ポリアミン輸送活性も減少した。
室町幕府奉公衆番帳の総合的研究

室町幕府の将軍権力を支えた、守護の統率下にない、将軍が直轄した御家人で、親衛隊的存在である「奉公衆」と呼ばれる家は、全国に分布し、最大時、約180家、350名を数えた。彼らの支配する所領は、全国の地域支配を国単位で任された守護の領国内に多く存在し、守護の関与が及ぼせない守護不入地として、独自の地域支配を展開し、守護の権力増大を規制する役割をもっていた。その結果、新たな全国の奉公衆一覧表を作成することができた。また外様衆とよばれる一群についても分析を加え、番衆に限定されない、将軍直轄の御家人について検討した。室町時代後期から明確化する、将軍直轄の御家人である奉公衆は、室町幕府体制における将軍家「家中」の形成として捉えることができるとの見通しを得ることができた。
オートファジーを担うApgシステム

オートファジーの活性をモニターしうるGFP-LC3(酵母Atg8ホモログ)トランスジェニックマウスの解析によって、マウスにおいては出生直後に全身で非常に活発なオートファジーが誘導されることを明らかにした。そこで、この生直後のオートファジーの栄養学的な意義をAtg5ノックアウトマウスを用いて検討した。APG5-/-産仔は出生後24時間以内に全例死亡する。この主な理由はミルクの摂取が非常に悪いためであった。しかし帝王切開後絶食という栄養条件をそろえた条件でも、野生型が平均21時間生存するところ、KOマウスは平均12時間で死亡した。このKOマウスの早期の死亡は経胃管栄養によって部分的に抑制された。さらにKOマウスでは血中および組織内のアミノ酸濃度が有意に低下しており、細胞内は低エネルギー状態にあった。このことから、経胎盤栄養が途絶えることによる生直後の飢餓を凌ぐためには、一過性に誘導されるオートファジーによるアミノ酸供給が重要であることが示唆された。また、このAtg5ノックアウトマウスに由来する線維芽細胞を用いて、オートファジーが細胞内侵入細菌の分解や、アポトーシス抑制時の細胞しなどの多彩な生理機能を有していることを明らかにした。一方、メタノール資化性酵母を用いたApgの解析においては、ペキソファジー特異的に必要な新分子Atg24を同定した。Atg24はイノシトール3リン酸結合部位であるPXドメインを持つが、MIPAと呼ばれる新生膜の形成やペキソファゴソーム形成には不要で、ペキソファゴソームと液胞の融合に必要であった。今後は、PpAtg8を用いて新生膜の形成・液胞膜の変形などを追跡し、様々なAtg分子の機能・時空制御機構について明らかにしていく予定である。ユビキチン化に類似した反応は、タンパク質の修飾語反応として広く使われていることが、近年明らかとなってきた。我々はこの間、Apg12,Urm1といったユビキチンに類似した反応を酵母から見いだしてきている。今回Apg8という新規の分子が、やはりユビキチン様の反応系を構成することを見いだした。Apg8は、C末端のアルギニン残基を新規のシステインプロテアーゼであるApg4により、切断され、グリシン残基を露出する。その後、Apg7がそのATPase活性依存的に、Apg8のカルボキシル末端を活性化する。Apg7はApg12とApg8という異なるユビキチン様分子を活性化することが明らかにされた初めてのE1酵素である。Apg3は新規に見いだされたE2酵素であり、Apg7により形成された高エネルギー結合は、その後、Apg3とのチオエステル結合体へと転移される。その後、Apg8はホスファチジルエタノールアミンのアミン基とアミド結合をし、膜蛋白様の性質を帯びる。その後、Apg8とホスファチジルエタノールアミンの間のアミド結合は、Apg4プロテアーゼにより、切断を受ける。これら一連の反応がオートファジーの進行に必要であった。さらに、我々はメタノール酵母のペルオキシソームが液胞に取り込まれて分解されるミクロオートファジーを可視化することによる分子機構の解明をめざしている。本年度は、Pichia pastorisにおけるジーンタギング変異導入法を開発し、ペルオキシソームが液胞へと輸送されない100株以上のpaz変異株を取得した。さらにプラスミドDNAを回収と挿入遺伝子周辺領域の遺伝子構造を解析することにより、20以上のPAZ遺伝子を同定した(実験医学,19,300,2001)。現在、いくつかのPAZ遺伝子について精力的に解析を進めている。オートファジーは細胞内の主要な分解系であり、飢餓等の環境変化に応答し、細胞内の再構築を行っているものと考えられる。酵母細胞には2種類のオートファジーが存在する。マクロオートファジーはオートファゴソームとよばれる膜構造を生成する事で、液胞へと分解基質を送り込み分解する。ミクロオートファジーは液胞膜が陥入する事で、その分解基質ペルオキシソームを分解する。我々は、Saccharomyces cerevisiaeとPichia pastrisにおいて、それぞれの不能変異株を単離し解析している。Apg8とPaz2はともに相同遺伝子であり、それぞれの過程に機能する。これらはユビキチン様タンパク質であり、Apg8はホスファチジルエタノールアミンに結合することが示されている。本年度、Apg8はオートファゴソーム形成に先立ち、特異な膜構造体に局在する事が明らかになった。このpreautophagosomal structureは、他のオートファジーに必須な因子も、多く局在すること等からオートファゴソームの形成に重要な構造体であることが示された。またPaz2もApg8と恐らく同様な修飾を受け、その欠損株はミクロオートファジーに特徴的なステージである形に液胞が変形した。これらのことから、ユビキチン様タンパク質を介した膜形成機構について、共通のメカニズムで議論ができる可能性が示唆された。研究分担者である野田のグループは、マクロオートファジーに関与する分子Apg8がユビキチン様の反応系を経て、脂質分子(ホスファチジルエタノールアミン)と結合することを発見し、膜構造体オートファゴソームの形成に深く関わること明らかにした。Apg8の修飾反応は、生体内ではApg12系の存在により影響を受けるが、一方で、修飾系酵素E1,E2のみを存在させることにより、修飾反応を試験管内で再現させることができた。

この反応系は高効率で進行することから、一般的なユビキチン類似反応に必要とされる基質認識分子(E3)は関与せず、新規な基質(ホスファチジルエタノールアミン)認識機構の存在が示唆された。また、ホスファチジルイノシトール3キナーゼ分子が、Apg8をオートファゴソーム形成に関わる新規の前膜構造体PASに局在化させることを見出した。前膜構造体PAS上にホスファチジルイノシトール3リン酸が局在し、それに結合する新規分子も同定し、その機能解析を行っている。研究分担者である阪井らのグループは、1)ミクロオートファジーに関わる少なくとも17のPAZ遺伝子を同定し、その中にユビキチン様蛋白質であるPaz2及びその修飾系に関わる関連遺伝子群を見出した。2)ミクロオートファジーの過程においてPaz2は、修飾系に依存しない第1の機能と修飾系に依存する第2の機能がある。特に第1の機能はこれまで知られているユビキチン様タンパクの中でもユニークなものである。3)第2の機能について追跡するため、Paz2修飾系とその細胞内挙動を、分子遺伝学・生化学的に追跡したところ、ミクロオートファジーの際に特異的に出現する新たな膜構造を発見しMIPAと名付けた(Mukaiyama et al.,投稿中)。4)MIPAは液胞膜どおしが融合する直前の段階で必要である。5)またMIPA上で働く新規な遺伝子産物としてPaz4を見出しその機能を解析中である(Oku et al.,投稿中)。1.酵母Atg8の哺乳動物ホモログであるLC3が、ユビキチン類似反応によって酵母と同様にホスファチジルエタノールアミンと共有結合することを示した。また他の二つの哺乳類Atg8ホモログであるGATE16、GABARAPも同様の修飾を受けることが判明し、これらのC末端切断酵素としてHsAtg4A、HsAtg4Bを同定した。さらにHsAtg4BはLC3-PE(LC3-II)の脱結合酵素であることを示した。LC3、GATE16、GABARAPのいずれもが、C末端の脂質修飾に依存してオートファゴソームに結合することが判明した。2.LC3がオートファゴソームのマーカーとなることを利用して、全身でGFP融合LC3を発現するトランスジェニックマウスを作製した。これはマウス個体レベルでオートファジーの活性をモニターする非常に良い実験系となり、このマウスを用いて各組織の飢餓応答について解析した。3.LC3の結晶化に成功し、その構造解析を進めている。4.メタノール資化性酵母Pichia pastorisを用いたペキソファジー(ペルオキシソーム選択的オートファジー)の解析により、PpAtg8とその脂質修飾系を遺伝生化学的に検証し、ミクロペキソファジー過程においてはPpAtg8修飾系(PpAtg4・PpAtg7)が液胞によるペルオキシソームの取り込み過程に必要なこと、その際、PpAtg8は新たに見出された膜構造体に存在することを明らかにし、この膜構造体をミクロペキソファジー膜装置(MIPA)と名付けた。5.PpAtg26(Paz4/Ugt51)をペキソファジー特異的に必要な分子として初めて同定した。本分子はミクロペキソファジー過程にはMIPAに局在すること、そしてこの局在にはGRAMと呼ばれる機能未知のドメインが必要なことがわかった。
モンテカルロ殻模型

本研究計画では、モンテカルロ殻模型を中心とした量子多体理論により不安定核を含む広範な原子核の系統的、統一的研究を遂行し、量子多体系としての原子核の未知の構造を明らかにし、原子核における核力の効果を探るのを基本目的とした。さらに、不安定核で現れてくるであろう新しい多体秩序を解明していくことを目指した。量子多体系の数値シミュレーションに必要な演算用CPU232台から成る並列計算機を整備し、様々な原子核について研究した。モンテカルロ殻模型の特徴を活かし、他ではできない様々な計算を行った。その結果、例えば、陽子数Zが10前後の原子核では、長く信じられてきた中性子数N=20魔法数が消え、代わりにN=16という新しい魔法数が現れてくるメカニズムの解明とそれによる原子核のエネルギー準位やモーメントへの影響の定量的な評価、さらにそのような魔法数の入れ替えが起こる範囲の予言を行った。pf殻原子核に対する最初の統一的な記述に初めて成功し、ガモフテラー遷移の計算及びそれらの天体核物理への応用も行った。質量数が130前後の重い原子核のエネルギーレベル、電磁遷移やモーメントの計算が可能になり、初めて理論計算を行い実験データを説明できた。3角形をした原子核の発見、などにも成果があった。また、テンソル力による殻進化の発見、さらにそれの帰結として不安定核の構造が核力で大きく変わることを示した。70本の原著論文(掲載決定のものを含む)が出版され、トップクラスの学術誌にも多くの論文が掲載された。国内外の研究グループとの共同研究が発展しつつあり、78回の招待講演を含む国際会議で多数の成果発表も行って世界の研究活動に貢献している。研究の発展と多様化に対応して、若手研究者の育成も行い、計画完了時には国際シンポジウムを開催した。平成13年度に導入する並列計算機システムの詳細な仕様を決定した。それは平成14年度以降に引続き導入される予定の並列計算機システムの残りの部分をも基本的に規定し、研究計画全体にとって極めて重要なものである。この並列計算機システムは1月末に引渡され、現在、それを用いた計算やコードの改良が進行中である。主要な研究設備である並列計算機の導入と平行して、既にある計算機や共同利用計算機センターを使用しての計算を行い、以下に述べるような研究成果をあげた。(1)pf殻領域における有効相互作用の決定:核子-核子散乱から決められた核子間相互作用に基づき、G行列計算と芯偏極補正を経て微視的に計算された有効相互作用を出発点とする。モンテカルロ殻模型計算により初めて、そのような有効相互作用による制限なしの完全pf殻計算が可能になったので、それを活かしてこの微視的有効相互作用に修正を加えて、実験データが再現されるようにした。微視的な相互作用では避けられないあいまいさが取り除かれて、極めて信頼性の高い有効相互作用が得られた。その成果は論文にまとめられて、現在投稿中である。(2)不安定原子核におけるシェルギャップの変化:質量数が30前後の不安定核に対して、モンテカルロ殻模型計算を進め、シェルギャップは陽子数や中性子数によって大きく変わる事がある、という我々が提唱しているパラダイムの検証を行っている。その一つはナトリウムのアイソトープの磁気能率、及び、電気的四重極能率の計算で、最近の実験データがこのパラダイムを支持している事を示した。さらに、他の多くの原子核の構造を系統的に調べて、このパラダイムの正当性をより強固なものにしつつある。これら二つの成果も投稿準備中である。さらに(1)及び(2)の成果は幾つかの国際会議招待講演で発表された。平成14年度は前年度に引続き並列計算機を導入し、それによって大型のモンテカルロ殻模型、及び関連する核構造計算を展開し、核構造の解明を行った。

中性子数N=20近辺の不安定原子核の研究をさらに発展させ、特に、N=20シェルギャップの縮小について研究した。このギャップは安定核である40Caでは6MeV程度であるが、研究代表者である大塚らの提唱している「殻進化」メカニズムによれば、陽子数Zが減少してZ=14より小さくなると急速に減少すると予言されている。それを直接検証する事はできないが、そのメカニズムを含んだハミルトニアンでシェルギャップが減少すると考えられる原子核の構造を予言し、実験と比較する。さらに、シェルギャップの減少に、レベル構造や電磁的性質が敏感なところを選ぶ必要がある。そのような例として最適なのが、ナトリウムのアイソトープである。それらに対してモンテカルロ殻模型計算を実行した。シェルギャップが小さいので、sd殻とpf殻が実効的に融合し、ヒルベルト空間が極めて巨大となるので、従来型の殻模型計算では不可能な場合である。現実的なハミルトニアンではシェルギャップが小さくなるのであるが、そのような場合には、30Na原子核に対し、最近の実験で見つかった、異常なレベル構造や異常に強い電磁遷移が見事に説明される事が分かった。一方、シェルギャップが大きいままの別のハミルトニアンでは、実験と全く合わない。このようにして、「殻進化」パラダイムの検証に大きな貢献をする成果を出し、現在投稿準備中である。これに関連した様々な原子核についての計算も進行中であり、近く論文にまとめられる。より重いpf殻領域での計算は新しい有効相互作用GXPF1が求められたので、それを使ってN=Z原子核での陽子-中性子ペアリング、ガモフテラー遷移など、核構造や天体核物理で大きな興味を引いている現象の解明を進め、又、上記の「殻進化」で予言されているN=34新魔法数の検証に関わる構造計算を進めている。この計算も一部は既に出版され、さらに全体をまとめて論文投稿準備中である。本研究計画では、今年度はpf殻領域原子核の有効相互作用の確立とそれらの統一的な記述、質量数A=130近辺の重い原子核における陽子-中性子間の相関の異常な抑制、テンソル力による殻進化メカニズムの提唱、中性子数Nが20より少ないエキゾチック原子核における構造の異常性、などを主に明らかにした。天体核理論、不安定核の実験的研究についても引き続き遂行した。pf殻領域原子核に関しては、GXPF1相互作用の性質について詳しく分析した論文を出版し、さらにN=Z=28閉殻(^<56>Ni)の安定性について、精密に議論した。その結果、従来、スタラスブールのグループらによって主張されてきた、G行列相互作用に単極補正のみを加えれば十分である、という考えは間違っており、他の多重極も効いている事を示した。また、GXPF1相互作用における単極補正はスタラスブールのグループのKB修正型のものに比べて幅広い補正が加えられてあるのだが、大塚らによって提唱されているスピン及びアイソスピン・フリップ型の単極が特に大きいことが確認された。この性質により、58Niなどの原子核のガモフテラー(GT)遷移がよく再現できるようになり、最近の大阪大学核物理研究センターの実験データをよく説明している。^<134>Teなどの不安定原子核でのE2
果菜類における窒素化合物の体内挙動に関する基礎的研究

本研究において明らかになったことは、概略次のようである。1.葉と根の硝酸還元酵素の特性:葉の硝酸還元酵素(NR)活性は根のそれより高い。NRは葉・根ともにNADHを主に利用する。根のNR活性は日変化しない。葉のNR活性は、in vivo活性は正午頃に最大になり、夜間は低い値で推移するが、in vitro活性は日中には低くて日没後に最大になる。葉のアミノ酸濃度の日変化や硝酸態^<15>Nの同化パタ-ンから、実際の葉の硝酸同化は日中に盛んであると結論される。2.植物体全体の硝酸同化に対する根の寄与率:硝酸態^<15>Nの葉と根での還元量、出液水の硝酸態^<15>N比率、NR活性の根の分布割合から、根の寄与率は日中で約20%、夜間で約40%と推定される。3.葉から根への還元態窒素の転流:葉から根への還元態窒素の転流は日中と夜間でほぼ同程度に起こっている。根は根域に窒素がなくても葉からの供給だけでかなり生長できる。しかし、根域に窒素が十分にある時は葉からの転流量は少なく、キュウリの根は還元態窒素に関してはほぼ独立栄養的である。4.葉から果実への還元態窒素の転流:果実のNR活性は葉のそれより低いが、果皮部の活性は高く、全体的にもトマトに比べるとかなり高い。しかし、果柄部の冷却またはグルタミン合成酵素阻害剤の葉面散布によって、果実の生長が不良になり、経根的に吸収された硝酸態窒素の果実への取り込み量が6070%に低下する。このことから、キュウリ果実の生長は葉から供給される還元態窒素にある程度依存していることは明らかである。キュウリの葉および根の硝酸還元酵素活性(NRA)の諸特性を種々の面から比較した。セファデックスGー25で精製したNRAは、葉で11.21、根で0.55(NO_2^-μM/g fw h)、Km値は葉で0.25、根で0.20(mM)であった。植物体各部位のin vivoーNO_3 NRAの分布を4葉齢のキュウリで調べたところ、17%が根に分布し、83%が地上部に分布した。地上部器官のうちでは、活動中心葉である第3葉に最も多く分布し、第1、4葉には著しく少なかった。生体重当たりの比活性は茎や葉柄で高く、葉と根は比較的低かった。また、根では先端部ほど比活性が高かった。葉と根のin vivo(±NO_3)およびin vitro NRAの日変化を調べたところ、葉ではいずれも正午午後3時に最低になり、午後69時に最大になった。in vivoーNO_3 NRAは日中ほとんどゼロに低下した。一方、根のNRAには日変化はみられなかった。硝酸イオン濃度は葉ではNRAとほぼ平行して日変化したが、根では一定の傾向を示さなかった。一日の種々の時刻に^<15>NーNO_3を含む培地に分離根を1時間浸漬し、出液水と根組織の硝酸態窒素、還元態窒素の^<15>N存在率を調べた。硝酸イオン吸収速度は明期の初めには低く、その後増大して明期の終りに最大となり、暗期に入って低下した。出液速度の日変化は硝酸吸収のそれに類似した。出液中の^<15>Nー全窒素に対する^<15>

Nー還元態窒素の比率は明期の初めでは20%程度であったが、その後は10%前後で推移した。暗期では時刻によらず20%前後であった。一方、根組織中の^<15>Nー全窒素に占める^<15>Nー還元態窒素の比率は明期の初めを除いてほぼ20%であった。以上の実験結果から、キュウリでは吸収された硝酸態窒素の大部分は根を素通りして地上部に転流し、主として葉で還元同化されること。根における硝酸還元率は大きな日変化をしないことなどが明らかとなった。1.葉における硝酸イオンの代謝および貯蔵プ-ルサイズの日変化...キュウリ葉の硝酸イオンの代謝・貯蔵プ-ルサイズを経時字的に調べた。両プ-ルサイズともに日の出とともに小さくなり、日没後に高くなった。特に代謝プ-ルサイズは午前9時以後にほぼゼロになり、このことがin vivoーNO_3硝酸還元酵素活性が日中に低下する理由の一つであることが示された。葉のアミノ酸含有率は日の出とともに増大し、日没直後に最大となったのち次第に低下するという日変化を示した。2.キュウリの分離根によるin situ硝酸還元の日変化...明期および暗期の種々の時刻に分離した根を重窒素標識硝酸態窒素で作成した培養液に1時間浸漬し、得られた出液水中の標識された硝酸態窒素と還元態窒素を定量した。根におけるin situ硝酸還元には日変化はみられず、全窒素に対する硝酸態窒素の比率は8090%であった。このことから、キュウリでは吸収された硝酸態窒素は根で同化されずに、大部分が根を素通りして地上部に移行することが明らかになった。3.キュウリのインタクト植物による硝酸態窒素の吸収・同化・体内移動の昼夜変動...本葉3枚時の植物を日中または夜間の12時間のあいだ重窒素標識培地で培養したのち、各部位の標識窒素化合物の含有率を測定した。その結果、硝酸態窒素吸収は日中と夜間で大差はないが、夜間には地上部への転流率が小さいこと、植物体全体の硝酸同化に対する根の寄与率は日中で20%、夜間では45%程度であることが明らかとなった。またこの実験で、葉からの再転流が夜間に多いことが示唆された。4.葉から根への窒素の再転流...根分け法による実験により、根は葉から供給される窒素のみでかなり成長できるが、培地からの窒素も必要であること、再転流は培地窒素が少ないときに多いことを明らかにした。1.葉のin vivo硝酸還元酵素活性が正午過ぎに最低になる理由前年度までの研究で、キュウリの葉のin vitro硝酸還元酵素活性が正午頃に最大になるのに対して,in vivo活性は正午から午後3時にかけて最低になるという違いがみられた。葉の実際の硝酸還元は、重窒素を用いた実験の結果やアミノ酸濃度の日変化からみて日中に盛んであると思われた。in vivo活性が日中に低下する現象は日射量の少ない冬季にのみみられる現象で、その原因には冬季には葉のNADH濃度が日中に少ないことが関係していると推定された。2.キュウリの葉から根への窒素の再転流の昼夜による違い葉から根への窒素の再転流に昼夜の周期性があるかどうかを重窒素を用いて根分け法で調べた。その結果,再伝流量は明期と暗期で違いがなく,窒素供給側の根が吸収した硝酸態窒素の5%程度が12時間の明期または暗期に受容側の根に再転流した。再転流する窒素の大部分は還元態であったが,硝酸態窒素の形での再転流も僅かにみられた。3.キュウリ果実の硝酸還元酵素活性と葉から果実への窒素の転流キュウリ果実の硝酸還元酵素活性はトマトやピ-マンに比べるとかなり高く,特に果皮部の活性が高かった。しかし,先端部,中央部,基部の間には活性の違いはなかった。また、果実の硝酸還元酵素も葉や根のそれと同様に、還元剤として主にNADHを用い、NADPHはほとんど利用しなかった。更に、果柄の冷却やグルタミン
睡眠は神経解毒過程であるという仮説を検証する実験研究

本研究者らが睡眠促進物質(SPS)の一成分として同定した酸化型グルタチオン(GSSG)は、還元型グルタチオン(GSH)とともに生体内に広く分布し、活性酸素の中和などによって解毒をおこない、生体防御にかかわることが知られている。また、中枢神経系では両物質がグルタミン酸作動性神経伝達を阻害することが知られている。一方、グルタミン酸は興奮性アミノ酸として重要な神経伝達物質であるが、その過剰は酸化窒素の生成を促進し、これが神経毒として作用すると理解されている。これらの事実から論理的に推論すると、睡眠促進物質としてのグルタチオンはグルタミン酸作動性神経伝達を阻害することによって睡眠を増強するが、このさいの睡眠には覚醒時の神経興奮によって生じたグルタミン酸過剰ないしは神経毒産生を解消する能動的な生理機能が賦与されているのではないか、という仮説に到達する。本研究は睡眠促進物質グルタチオンを通して生体防御に果たす睡眠機能について、このような革新的な発想を実験的に解析しようとするものである。実験動物に若い成体の雄ラットを用い、無拘束・無麻酔状態で、自発行動・脳波・筋電図・脳温を連続的にモニターした。第3脳室には微小量の睡眠物質溶波を連続注入するためのカニューレを慢性的に挿入した。これらの実験動物にGSSGまたはGSHを夜間の活動期に投与すると睡眠が有意に増加することがわかった。また、GSSGを明期に投与したのちに部分断眠または強制運動を負荷すると、体温上昇や睡眠潜時が有意に軽減されることがわかった。これらの結果は上の仮説に符合するものであり、さらなる解析により確証できるものと考えられる。
植物工場における高品質安定生産のための培養液の構造制御法の確立

培養液に対する変異荷電セラミックスの界面動電処理は水の分子運動性を変化させ、培養液粘度は低下することが判明した。界面動電処理により正電荷が発生するが、カチオン帯電体の培養液の構造的な状態変化は、生育に大きな差として現れた。コマツナの生育試験の結果、生育促進効果や葉内の遊離アミン酸の増加等、環境ストレスに対する根の適応性が早まった。熱刺激脱分極電流法(TSDC)による培養液の動的解析を行った。緩和ピークに及ぼすイオン(カチオン)および粘度の影饗について調べるため、LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)_2, Mg(OH)_2をイオン交換水(IEW)に添加,(濃度:2、4、110ppm)した揚合の緩和ピークを比較した。各イオンの濃度の増加に伴ってEC値は直線的に上昇した。また緩和ピークはイオン濃度の増加に伴い、高温側にシフトした。イオン別では、Ca^<2+>、K^+は高温側にシフトしたことから水の分子運動は拘束されることがわかった。一方、Mg^<2+>、Na^+はともに低温側にシフトし、脱分極電流もそれぞれ、3.05E-11A、2.63E-11AでありIEW区の5.82E-11Aに比べて小さかった。培養液イオンと粘度との関係では、緩和ピークはイオンと水分子間の相互作用の強さに応じた、粘度の大きさを反映するものと推定された。栽培試験装置は栽培ベット(幅23.75cm、長さ10m、勾配1/100)と貯留タンク(直径12cm、高さ80cm、約70l)間を培養液を液送ポンプによって循環させ、貯留タンク内の水位が一定に保たれるよう、補給タンク(300l)から培養液が自動的に補給されるシステムとした。培養液には大塚ハウスS1号および2号(大塚化学)のSC処方液を用い、水道水培養液をEC=2,4dSm^<-1>に調整した対照区と、変異荷電鉱物を媒体とする界面動電処理区のそれぞれの培養液の物理・化学的性状について調べた。ECとpHの推移を比較すると、コマツナ栽培開始8日後から対照区でpHが低下し始め、栽培17日目にはpHは4.9となった。一方、処理区ではpHの低下は抑えられ、一時、pH5.5まで低下したものの、その後上昇した。EC値は栽培期間中、対照区>処理区であった。流動層に市販のセラミックス(2mmφ、ゼータ電位:-10mV)を挿入し、界面動電処理装置(塩ビ製)を用いて、循環時間を変えて培養液の物性値の測定を行った。春期と夏期において各3回調べたところ、水中のイオンに微量ながら変化が現れ、pHは原水7.17.3に対し、60分処理で弱アルカリ(pH7.98.2)を示した。ECの変化は微小であるが、溶存酸素濃度は増加した。また酸化還元反応の速度は大であり、さらに動粘度も0.0020.005cSt程変化した。水の状態変化の特性をイオン化の点から把握するため、水中の各イオン量をモル濃度に換算し、アニオン量とカチオン量に分けて調べたところ、原水の総イオン量は夏期≧春期であり、循環処理により夏期、春期とも総イオン量は微量に増加した。一方、夏期ではカチオン量の増加に対し、アニオン量は減少傾向を示した。また処理経過後ORP値は減少し、230mv前後で安定した。流動実験ではpHもORPも上昇する結果が得られたが、これはOHやHO_2^-の生成反応によるものと考察された。処理後の還元反応速度は速いことが確認された。界面動電処理による物性への作用効果を精密に調べるため、処理前後の構造状態を熱刺激・脱分極電流-温度測定法(TSDC)で評価した。その結果、イオン交換水、培養液とも界面動電処理により処理前に比べ緩和ピーク温度は高温側にシフトした。また^1H-NMRによる水の状態評価を行ったところ、処理前に比べ処理後では低磁場にピーク成分が出現した。これより、界面動電処理法は、水溶液に対してより水素結合性が強く、水分子の運動性が拘束された状態にシフトすることが検証された。界面動電処理によるトマト'ハウス桃太郎×マグネット'を供試した発芽・初期生育試験の結果、茎・葉・根の新鮮・乾物重はともに処理区>対照区となった。苗を移植し、グリーンハウス内のNFT栽培試験を行った(定植後、第3花房開花後、上2葉を残して摘心、培養液は大塚ハウスA処方(EC1.0dS/m^<-1>)を使用)結果、栽培期間中のpHは処理区で6.58.0、対照区で5.07.0で変化し、処理区はアニオン・カチオンともより多く吸収された。収穫後のアミノ酸分析の結果では、機能性成分(抗酸化性成分)に差が生じた。

また培養液の無交換方式による連続栽培においては、pHの変動係数は処理区6%〈対照区11%となり、培養液の緩衝能は処理区〉対照区を示した。培養液の構造的な状態変化は、両試験区間の生育に大きな差として現れ、根における吸収量を比較すると、処理区〉対照区であった。水・培養液の環境悪化によるストレスは通常の栽培で生じやすいが、動電処理を行った処理区では根の周辺の培養液に構造的な変化が生じ、界面活性効果が現れた。これが培養液の断熱効果となり、環境ストレスに対して根の適応性が早まるとともに、早期に細根や根毛の発達が旺盛となり、養水分の吸収が促進されるといえる。NFT栽培試験の結果から、培養液を処理することにより、培養液の水素結合が増し(培養液の液質に変化が生じ)、根からの養水分吸収と生育が促進された。また収穫時の遊離アミノ酸含有量も増加した。これらの結果、界面動電処理による培養液の構造制御法の基礎的データが明らかとなった。