hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
微細構造学的解析によるスギの雄性不稔発現機構の解明

スギにおける花粉形成過程と雄性不稔性の機構を、細胞生物学的、分子生物学的に研究した。そして、無花粉スギ(雄性不稔スギ)4個体について、減数分裂の欠陥、四分子からの小胞子の不分離、小胞子の発達異常など不稔性を引き起こす花粉退化の仕組みを明らかにした。また、スギからカリウムイオン(K+)膜輸送体をコードする遺伝子を2個単離した。これらの遺伝子は、雄花で細胞内外へのK+の輸送に関わっていることが示唆された。スギ花粉症問題が全国で深刻化するなか,花粉を生産しない雄性不稔スギが注目されつつある。スギの花粉形成過程には未だ不明な点が多く,雄性不稔スギにおいて花粉の発達異常が起きる過程の大部分も不明である。本研究課題は,近年新潟県で発見された雄性不稔スギの雄性不稔発現機構を解明することを目的としている。花粉の分化が開始される9月から花粉飛散前の翌年2月まで約1週間ごとに正常スギと雄性不稔スギから雄花の試料を採取し,花粉の分化過程を光学顕微鏡で観察した。正常スギの雄花では,均一な大きさの小胞子からなる四分子が形成された。一方,雄性不稔スギでは大きさが不均一な小胞子集団が形成された。正常スギでは,小胞子が均一な大きさの花粉粒に成熟し,雄性不稔スギでも小胞子が成熟花粉粒まで分化した。正常雄花からは花粉飛散期に花粉粒が放出されたが,不稔雄花では花粉嚢中に花粉粒が残留し続け,飛散しなかった。雄花を電界放出系走査電子顕微鏡(FE-SEM)で観察するため,エタノールで脱水し,t-ブタノール凍結乾燥を行った。乾燥させた雄花試料をオスミウムコーティングし,その上に白金-パラジウムでコーティングを行った後,観察を行った。その結果,花粉や花粉嚢の微細構造を大きな変形や収縮を引き起こすことなく観察することができた。不稔雄花中の花粉粒は,大きさは異なるもののそれ以外は正常雄花中の花粉粒と大きな違いは見られなかった。以上の結果から,雄性不稔の発現につながる花粉分化課程の常は,小胞子の成熟段階よりは減数分裂のような小胞子形段階で起こることが示唆された。また,花粉粒をFE-SEMを用いて高倍率,高分解能で観察する手法を確立したことで,今後の研究に有用な研究ツールとなることが期待される。スギ花粉症問題が全国で深刻化するなか、花粉を生産しない雄性不稔スギが注目されつつある。本研究課題は、近年新潟県で発見された雄性不稔スギの雄性不稔発現機構を解明することを目的としている。本年度は主に以下の点について研究を行った。(1)花粉の形成過程を光学顕微鏡でより明確に観察し、さらに透過型電子顕微鏡で観察するためには、雄花を樹脂に包埋し切片を作製することが必要である。そのため、雄花の最適な樹脂包埋条件を検討した。そして、低粘性で浸透性が高い樹脂を用いることにより、良好な結果が得られることが分かった。(2)新潟県で発見された雄性不稔スギ1個体について、雄性不稔性の機構を光学顕微鏡と蛍光顕微鏡により観察した。花粉の分化は四分子までは正常に進行したが、四分子から小胞子は分離しなかった。四分子の周りには無定形物質が観察され、小胞子同士を接着するか四分子を覆うことにより分離を妨げていると推定された。四分子の形態は花粉飛散期まで維持され、最終的には退化した。これらの結果から、この雄性不稔スギの不稔性を引き起こす機構は以前に報告された他の不稔スギと異なることが示唆された。(3)昨年度の観察で、均一な大きさの正常花粉と異なり、大きさが不均一な花粉が観察された雄性不稔スギについて、さらに観察を行った。成熟雄花の花粉嚢を電解放出形走査型電子顕微鏡で観察し、花粉表面の微細構造について解析した。小さい花粉、大きい花粉ともに発芽帯とbody zoneが確認され、発芽帯の中央にかぎ状突起が観察された。body zoneには顆粒状のオービクルが多数付着していた。スギ花粉症が社会的問題となっているなかで、花粉が生産されない雄性不稔スギが花粉飛散量を低減する対策の一つとして最近注目されている。本研究では、スギの花粉形成と雄性不稔スギにおける不稔性の機構を解明するために研究を行った。雄性不稔スギ新大8号の花粉崩壊過程を光学顕微鏡し、花粉の分化は小胞子形成期までは正常に行われるが、花粉有糸分裂に異常が生じ、最終的に小胞子は崩壊することを明らかにした。小胞子を電子顕微鏡で観察すると、表面に無定形物質が観察され、正常花粉で見られるオービクルはほとんど観察されなかった。新大8号では、タペート組織の異常による不完全な花粉壁形成や、花粉有糸分裂の欠陥が雄性不稔性に関わっていることが明らかになった。

さらに、別の雄性不稔スギについて不稔性の細胞学的な機構を解析した。減数分裂は正常に進行し均一な大きさの小胞子が形成されたが、その後小胞子中の核が断片化し始めた。正常花粉の成熟時期になると、小胞子が収縮してつぶれ、多数の小胞子が癒着していた。タペート組織の一部は花粉飛散期まで残り、収縮した小胞子は無定形物質で覆われていた。この個体では、タペート組織の分解不良や少胞子中に生じる異常が雄性不稔性に関係していると考えられた。また、スギからカリウムイオン膜輸送体をコードする遺伝子の単離を試みた。そして、TPKファミリーのカリウムチャネルと相同性が高い遺伝子のcDNAを取得した。この遺伝子は分化中の雄花で発現し、遺伝子産物は内向き整流性のカリウム輸送活性を持つことが分かった。カリウムイオンは細胞の増殖・成長、恒常性の維持、浸透圧の調節など植物生理の様々な局面で中心的な役割を果たしている。単離したスギTPK遺伝子は、花粉形成渦程に関係している可能性が示唆された。
合理的設計した化学モデルを用いた酵素酸素活化反応の系統的研究

呼吸鎖における末端酸化酵素チトクロムc酸化酵素は酸素を水へと触媒的に還元している。この反応活性部位にはヘム(鉄ポルフィリン,heme a_3)が存在し、その周辺に(His)_3Cu錯体(Cu_B)、Hisと交差縮合したTyr、およびhemea_3の軸配位子Hisが存在する。この内でCu_Bの働きは十分解明されていない。また、錯体化学的にも銅-鉄異核二核錯体における酸素分子活性化は興味ある課題である。そこで、酵素と酷似した配位構造を取れる3脚型トリピリジルメタン配位子(R-CPy_3)を鉄ポルフィリンに共有結合したモデル錯体を合成し、その酸素との反応を各種スペクトル法により検証した。橋頭位の置換基R=H,Me,MeOと変えることにより、銅との配位構造の影響も調べた。様々の溶媒と置換基Rについて系統的に検討した結果、R=H、2-MeTHFを溶媒とした場合、最も酸素との反応性が高く、-90°Cにおいて3種類の酸素錯体が共鳴ラマン分光法により検出された:銅-ヘム間にペルオキソ架橋を持つ2種の錯体[μ-η^2:η^2,ν(O-O)=736/696,およびμ-η^2:η^1,791/747cm^<-1>(^<16>O_2/^<18>O_2)]並びにヘム-スーパーオキシ錯体[ν(Fe-O)=571/548cm^<-1>]。これらの酸素錯体は、僅かに昇温する事により全てスーパーオキシ錯体となった。以上の結果より、R-CPy_3配位子が共有結合で固定されているためμ-η^2:η^2錯体構造を取るには最適な構造ではないことがあるものの、3脚型窒素配位子銅錯体とヘム間で生成するペルオキソ錯体は熱的に不安定であることが分かった。従って、酵素における常温での酸素との反応において銅-鉄間に生成するペルオキソ錯体は酸素活性化の中間体である可能性は乏しいと結論づけた。チトクロムC酸化酵素活性中心に見られるN3配位子を持つ銅錯体と鉄ポルフィリン間における酸素分子の結合様式やその反応性については錯体化学的にも大きな関心がある。既に、本研究代表者のグループにおいてはN4配位子であるトリス(2-ピリジルメチル)アミン銅(I)錯体を結合させ鉄(II)ポルフィリンと酸素との反応よりμ-η^2:η^1-ペルオキシ錯体が形成されることをその結晶構造解析により世界で初めて立証した。本研究においては、これを更に発展させN3配位子であるトリ-2-ピリジルメチル系配位子を持つ銅錯体結合鉄ポルフィリンの合成と酸素との反応を解明することを目的とした。初年度である本年度は各種のトリピリジルメチル(Py_3C-R)配位子として、R=OMe,OH,H,Meの4種の配位子の系統的かつ合理的収率での合成を達成した。このような誘導体を合成することは、トリピリジルメチル部分の3級炭素に結合する置換基Rの立体的嵩高さにより銅(I)イオンの反応性やその酸素錯体の電子状態、安定性、反応性を系統的に研究する点から意義がある。次に、Py_3C-R(R=OMe)配位子銅(I)錯体を結合した鉄(II)ポルフィリンと酸素の反応を低温下で予備的検討を行った。酸素は鉄ポルフィリンと優先的に反応し、鉄(III)ポルフィリンスパーオキシド錯体の生成がスペクトルにおいて認められたが、銅イオンとの間で二核錯体の形成は認められなかった。次年度、他のトリピリジルメチル誘導体を結合したポルフィリンと酸素との反応と比較すると共のその原因を明らかにする予定である。

これらの酸素錯体は、僅かに昇温する事により全てスーパーオキシ錯体となった。以上の結果より、R-CPy_3配位子が共有結合で固定されているためμ-η^2:η^2錯体構造を取るには最適な構造ではないことがあるものの、3脚型窒素配位子銅錯体とヘム間で生成するペルオキソ錯体は熱的に不安定であることが分かった。従って、酵素における常温での酸素との反応において銅-鉄間に生成するペルオキソ錯体は酸素活性化の中間体である可能性は乏しいと結論づけた。
ヒト頸椎椎間板変性に関与するタンパク質発現動態のプロテオーム解析

頚椎前方除圧固定術の際に摘出した頚椎椎間板ヘルニア6椎間板と頚椎症6椎間板及び新鮮屍体正常頚椎から摘出した6椎間板についてサンプル調整を行った後、CyDyeDIGEfluor minimal dyes (GE)によりラベリングを行い、固定化pH勾配等電点電気泳動、SDS-PAGE (sodiumdodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis)を行った。次に、可視化された椎間板内に存在する全タンパクの検出をTyphoon 9400でスキャニングし、スポット検出を行った。新鮮屍体にのみ発現しているスポット3カ所と変性椎間板にのみ発現しているスポット3カ所を切り出し、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析装置を用いて質量分析及びアミノ酸配列の解析を行った。その結果、新鮮屍体椎間板組織のみに発現していたタンパクはhCGである可能性が示唆され、変性椎間板組織にのみ発現していたタンパクはannexin A8,apolipoprotein A-1及びlipoproteinである可能性があることが示唆された。これらタンパクの椎間板組織における働きは不明であるが、変性椎間板で欠如しているhCGは椎間板組織の恒常性の維持に必要なタンパクであり、annexin A8は椎間板組織変性の過程で椎間板組織の修復に関わるタンパクである可能性が考えられた。変性椎間板では種々のサイトカイン、タンパク分解酵素などが発現し、椎間板組織を分解する方向に作用していると考えられている。これら分解を促進するタンパクのうちMMP(matrix metalloproteinase)-3及びMMP-7はTNF-αにより発現が促進され、椎間板変性に重要な役割を果たしていると考えられている。しかしながら、これら以外にも椎間板変性を促進させるタンパクは数多く存在すると考えられ、今回、椎間板組織のタンパクを網羅的に検索し、そのタンパクの同定を目的として本実験を行っている。頚椎前方除圧固定術の際に摘出した頚椎椎間板ヘルニア6椎間板及び頚椎症6椎間板と、新鮮屍体正常頚椎から摘出した3椎間板についてサンプル調整を行った後、CyDyeDIGEfluor minimal dyes(GE)によりラベリングを行い、固定化pH勾配等電点電気泳動、SDS-PAGE(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis)を行った。現在、変性椎間板に特有と考えられるスポットを切り出し、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析装置を用い、質量分析及びアミノ酸配列の解析を行っている。今後、サンプル数を増やしさらに検討を行い、変性椎間板に特有なタンパクの検出、同定を行い、それらの局在について検討する予定である。
細胞外基質分解酵素(MMP)の活性化調節機構の解析と口腔癌転移制御への応用

口腔扁平上皮癌の転移機構に細胞外基質分解酵素(特にMMP-2,-9)とそのインヒビター(TIMP-1,-2)が重要な役割を果たしている。そして、MMPが癌の転移機構に重要な働きをなしていることは幾多の報告で、明らかとなっている。そこで、本研究ではこれら調節に関与する酵素に着目し、MMP産生、活性化阻害ならびにTIMP産生、活性化促進による転移機構の阻止の可能性について検討を行った。本研究は口腔扁平上皮癌培養細胞株を用いてまずMMPの機能発現とこれを調節する各種因子の相互作用機序を解明した。次に、ヌードマウスを用いて同様の検索を行に、両者間での結果を比較検討し、以下の結果を得た。1)MMP阻害剤投与群では腫瘍サイズの減少が認められ、この程度は高転移細胞株で著明であった。また、頚部リンパ節への転移も抑制された。2)MMP阻害剤投与群では各種MMP,TIMPの発現量が対象群と比較して減少していた。3)MMP阻害剤投与群では各種のサイトカインの発現量も対象群と比較して減少していた。以上の結果よりMMP阻害剤の投与は腫瘍の発育抑制ならびに転移の予防に有効であることが示唆された。口腔癌由来の培養細胞株9株を用い、これらに上記のMMP調節因子、1)MMPの合成、分泌の調節機構に関わるもの(EGF,TGF-α,-β,PDGF,IL-1,TNF-α,bFGF,IFN-)、2)TIMP産生促進因子に関わるもの(オンコスタチンM,EGF,PDGF,bFGF,IL-1α)を作用させ、以下の検索を行った。1)培養口腔扁平上皮癌細胞株(高転移株:5、低転移株:4)で、各種MMPならびにTIMPの発現状態を免疫組織染色ならびに免疫電顕レベルで検索した。2)培養口腔扁平上皮癌細胞株でのMMPならびにTIMPのmRNAの発現状態をノーザンブロットならびにin situ hybridizationにて解析した。3)培養口腔扁平上皮癌細胞株の培養上清ならびに細胞でのMMP,TIMPの発現状態、活性化をゼラチンザイモグラム、ウエスタンブロットにて解析した。4)培養線維芽細胞株に各種調節因子で刺激した培養口腔扁平上皮癌細胞株の培養上清を加え、MMP,TIMPの発現状態の変化をゼラチンザイモグラム、ウエスタンブロットにて検索し、両者間の相互作用について検討した。5)培養口腔扁平上皮癌細胞株の培養上清ならびに細胞での各種サイトカインTGF-α,β,TNF-α,IL1β,IFN-γ)の発現状態をRT-PCR法にて検索し、これら因子の相互作用について解析した。6)フローサイトメトリーにて培養口腔扁平上皮癌細胞株での各種MMP,TIMP,サイトカインの発現程度を検索した。以上の検索結果より、上記の各種因子がMMP,TIMPの産生調節機構に深く関与していることが認められ、これら因子と腫瘍の浸潤、転移の関連性が示唆された。平成10年度の実験で使用した培養口腔扁平上皮癌細胞株培養(高転移株:5、低転移株:4)をヌードマウスの舌に移植した。これらを2群に分け、一方は細胞の移植のみを行い、他群は細胞移植日より各種濃度の以下のMMP機能調節因子を投与した。1)MMP合成、分泌抑制因子2)MMP活性化に関与する因子3)MMP機能阻害因子4)TIMP産生促進因子。両群は細胞移植20日後に屠殺し、組織学的に頚部リンパ節、肝、肺への転移の有無を確認し、さらに移植部位ならびに転移巣について以下の検索を行った。1)MMP-1,2,3,9とTIMP-1,2の発現状態を各々のモノクローナル抗体を用いて凍結切片上で免疫組織学的に検索し、2群間の差異を検討した。2)各種サイトカインの発現細胞の確定、ならびにこれらの発現とMMP,TIMPの発現の関連性についてin situ hybridization,ならびにPCR-in situ hybridizationと免疫組織染色の二重染色の手法を用いて検索した。3)癌細胞における各種MMP,MT-MMP,TIMPならびに各種サイトカインの局在を免疫電顕レベルで検索した。

4)血清、血奨を採取し、これに含まれるMMP-1,2,3,9ならびにTIMP-1,2の量をエンザイムイムノアッセイにて測定し、2群間の差異を検討した。さらに、腫瘍組織での発現量を同様の方法にて測定した。5)癌細胞株でのMMPならびにTIMPのmRNAの発現状態をノーザンブロットにて解析した。6)癌細胞でのMMP,TIMPの発現ならびに活性化をゼラチンザイモグラム、ウエスタンブロットにて解析し、両群での差異を検討した。7)癌細胞での各種サイトカイン(TGF-α,β,TNF-α,IL1β,IFN-γ)の発現状態をRT-PCR法にて解析した。以上の研究結果より、上記の各種の因子がMMP,TIMP産生、活性化に深く関与し、腫瘍進展、転移に重要な役割を果たしていることが示唆された。
低分子量Gタンパク質Rac1による遊走細胞の運動方向制御機構の解明

遊走細胞における低分子量G蛋白質Rac1による運動方向の制御機構の解明を目指した。低分子量G蛋白質Rac1は遊走細胞の進行先端部のフォーカルアドヒージョンの形成を維持し、さらに、Rac1はフォーカルアドヒージョンで、PAR3およびRac1活性化因子であるTiam1と複合体を形成し、細胞遊走を制御する。本研究では、Tiam1がインテグリンの足場タンパク質Talinと直接結合して、遊走細胞の先端部の接着部位によく濃縮し、PAR複合体との相互作用によって、接着部位のターンオーバーとRac1の活性化を制御することを解明した。Rac1活性化因子Tiam1の結合蛋白質としてTalinを同定した。Talinは遊走細胞のほぼ全てのフォーカルアドヒージョンに濃縮する一方で、Tiam1は遊走方向前方の比較的大きなフォーカルアドヒージョンに有意に濃縮した。ノックダウン実験を行った結果、TalinとTiam1をノックダウンした細胞では、Rac1の活性化が減弱すること、面積や周長の増加が抑制されることを分かった。フォーカルアドヒージョンの形成と解離が遅延すること、細胞遊走が抑制されることも見出した。ノックダウン細胞群に見られた細胞形態の異常と遊走の阻害はそれぞれの野生型を発現によりレスキューされが、Tiam1結合能を欠いたTalinではレスキューされなかった。Tiam1のフォーカルアドヒージョンへの濃縮にPAR複合体が関与するか否か検討した。細胞をaPKCの阻害剤で処理すると、Tiam1のフォーカルアドヒージョンでの濃縮が半分まで減弱したことに対して、Talinは顕著な変化が見られなかった。また、PAR複合体をノックダウンすると周辺部フォーカルアドヒージョンの変化は僅かであるのに対して、内側のフォーカルアドヒージョンが減弱し、さらにはRac1の活性化が減弱することも見出した。細胞形態の異常はそれぞれの野生型を発現することによりレスキューされが、Tiam1結合能を欠いたPAR3ではレスキューされなかった。さらに、in vitroリン酸化アッセイにより、aPKCが直接Tiam1をリン酸化することを見出した。これらのことから、aPKCはTiam1をリン酸化することで、Tiam1の構造変化を調節し、フォーカルアドヒージョンへの濃縮を制御し、遊走細胞内の局所的なRac1の活性化や極性形成を担っていることが示唆された。インテグリンのシグナル伝達に中心的な役割を担うタリンと相互作用する分子をアフィニティーカラムクロマトグラフィーを用いて探索し、候補蛋白質としてRac活性化因子で、Tiam1を同定した。タリンとTiam1の結合を免疫沈降法で検討したところ、両者の共沈降が認められ、実際生体内でも両者は複合体を形成していることが示唆された。タリンとTiam1結合のインテグリン機能への役割を細胞ー基質間接着および細胞遊走において解析した。遊走細胞内でタリンは、インテグリンと細胞外基質の接着部位であるフォーカルアドヒージョンに濃縮する。Tiam1の細胞内局在を検討したところ、タリンと同様にフォーカルアドヒージョン部位に濃縮し、一部タリンと共局在した。タリンの局在は遊走細胞内で一様にフォーカルアドヒージョンに濃縮したのに対し、Tiam1は遊走方向前方の比較的大きなフォーカルアドヒージョンに有意に濃縮した。タリンとTiam1の発現をRNAiにより抑制し、接着依存的なRacの活性を測定した。その結果、タリンとTiam1をノックダウンした細胞では、Racの活性化が減弱した。また、コントロール細胞群では接着後経時的に細胞面積や細胞周長が増加するのに対し、タリンあるいはTiam1をノックダウンした細胞群ではこの増加が抑制されることも見出した。ノックダウン細胞群に見られた細胞形態の異常はそれぞれの野生型分子を発現することによりレスキューされが、Tiam1結合能を欠いたタリンではレスキューされなかった。さらに、タリンあるいはTiam1をノックダウンすると、フォーカルアドヒージョンの形成と解離が遅延すること、細胞遊走が抑制されることも明らかに。これらのことから、Tiam1はタリンと結合することで遊走細胞前方のフォーカルアドヒージョンに濃縮し、Racを活性化することで、細胞遊走に関与していることが示唆された。当初の計画通り、遊走細胞における前後軸形成について、Racの前方方向における活性化機構、明らかにしつつある。またそれら論文はrevision中である。インテグリンのシグナル伝達に中心的な役割を担うタリン結合蛋白質としてRac活性化因子Tiam1を同定した。また、細胞内、あるいは組織内でこの二者が複合体を形成することを見出した。細胞内でTiam1の局在を検討したところ、Tiam1がタリンと同様に細胞期質間接着部位に濃縮すること、Tiam1はタリンとの結合を介して接着部位に濃縮することを明らかにした。

さらに、タリンやTiam1が細胞基質間接着のターンオーバーに必須であることが明らかになった。これらの結果は、Tiam1がタリンを介して接着部位に濃縮し、局所的にRac1を活性化することで、接着部位のターンオーバーを制御することで、遊走細胞の前後軸形成を制御する可能性を示唆している。今後、Tiam1の活性、および接着部位への濃縮を制御する分子機構を明らかにしていく計画てある。平成23年度細胞培養用培地と試薬、血清、生物化学試薬、免疫染色用抗体、細胞観察用試薬など消耗品を購入しました。平成24年度上記の研究推進方策に対して、細胞培養用試薬、生物化学試薬、免疫染色用抗体、細胞培養容器等を追加的に必要とします。
不規則変動風圧シミュレータを用いた建築外装システムの耐風性の評価法の提案

本研究では、時々刻々変化する風荷重を忠実に再現した、日本で初となる載荷装置の製作を含む実験環境を整備し、窓枠付板ガラスの破壊実験を行った。対象とした試験体は単層フロートガラスで、これを3種類の荷重形式により、各20枚ずつ実験を行なった。これにより板ガラスの破壊性状をより正確に理解でき、また実験結果より確認できた理論を用いての、より適切な耐風性能評価に必要となる各種パラメータを算定することができた。本研究の目的は強風時の建物外装材被害低減を目指しての、新たな建築外装システムの耐風性能評価方法の提案である。本研究目的達成の上で最も重要である、不規則変動風圧を載荷できる載荷装置(Pressure loading actuator, PLA)の製作が23年度の最も大きな目標であった。この装置は従来の実験で用いられる静圧や漸増荷重といった風荷重を簡易化した荷重のみではなく、風荷重特有の不規則な変動(時間的な変動)を忠実に再現できる装置であり、このような装置は現在PLA以外に存在しない。世界的にはカナダ、アメリカ、オーストラリアの大学・研究所で用いられているが、国内では初となる。この装置の使用により、実状況に近い荷重下で建築外装材を繰り返し実験することが可能となり、より適切な耐風性評価を行うことができる。当初、この装置はカナダのUniversity of Western Ontarioからレンタルする予定であったが、必要とされる電力仕様が日本の仕様と大きく異なり、検討した結果、対応するための電気工事費用やレンタル料よりも新規で製作するほうが妥当であると考え、日本で手に入る部品を用いて製作をした。今回の実験ではPLAを用いての実大実験の足がかりとして小規模な窓ガラスを対象としているが、今後はより大きな外装システムへの適用も考えていたため、国内においてPLAが製作できたことは今後、複数個のPLAを要する研究の展望が開けたと考える。製作したPLAの性能も満足できるものであり、これまで国内で製作された類似の載荷装置の性能を大幅に上回っている。載荷装置と同様に本研究において必須である装置は窓ガラスそのものを設置できる圧力箱であるが、重要となる箱の気密性と窓ガラスの交換作業性を考慮することができ、今年度予定している窓ガラス破壊実験を円滑に進められるものと考える。平成23年度に窓枠付板ガラスの実寸代破壊実験を行うための準備(載荷装置・圧力箱の製作)が整い、本年度は実寸大破壊実験を主に行った。本実験の目的は大きく3つあり、1後に行う数値シミュレーション値との比較に用いる実験値の算出、2板ガラスの破壊理論の基であるBrownの式に必要である定数の算出、3Brownの式から求まる板ガラスの疲労値の、異なる荷重形式に対する独立性の検証、である。これら3つの目的を達成することで、最終的に目指している窓枠付板ガラスの耐風性能評価法の提案が可能となる。実験では830mmx907mm、厚さ3mmの窓枠付板ガラスを試験体とし、2つの漸増荷重(-16.4Pa/sec, -230Pa/sec)と動的風荷重の3つの異なる荷重形式下で、試験体各20枚ずつ、合計60枚の実寸大破壊実験を行った。動的風荷重とは風洞実験から得た風圧係数時刻暦を実寸大にスケール調整した風圧時刻暦を指す。また実験で測定したものは破壊風圧と時刻である。成果としては上記した3つの目的は達成できたと考える。つまり、1に関しては各荷重形式に対して20という試験体数を用いて実験を行ったことにより、統計的に信頼できる破壊風圧・時刻を入手、2に関しては定数17と算定(既往研究で算定されている10-20の間に入り、妥当な値であると判断)、3に関しては今回用いた3つの荷重形式における独立性の確認、である。また、実寸大破壊実験とは別に、板ガラスの初期強度を算定するためのリング曲げ試験も行った。結果として板ガラスの初期強度はワイブル分布でよく表現され、その係数は板ガラス1平方mに換算して尺度母数67.73MPaと形状母数4.9と求まった。この結果は実寸大破壊実験結果と合わせて、今後行う数値シミュレーションに用いる。載荷装置の部品の一部(サーボモーター)が国内では手に入りにくく、予想以上に入手に時間を要したため、製作に多少の遅れが生じた。しかし、装置自体は平成23年12月に完成し、最も危惧されていた作動性の確認が順調に進み、平成24年3月にはキャリブレーション箱(0.3x0.3x0.2m)を用いての作動性確認を終了した。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は製作した載荷装置と圧力箱、そして鉄板を用いての更なる載荷装置の作動性の確認・調整を行う。これは圧力箱の体積(1.3x1.1x0.15m)により載荷装置の性能が異なるため、想定している風圧を再現できるように空気漏れ量や載荷する風圧時刻暦波形を修正する必要がある。

その後、実寸大窓ガラス破壊実験を行う。予定しているガラスの寸法は一つのみであるが、荷重パターンとして漸増荷重を2パターンと動的風荷重を1パターン予定しており、試験体数は各20を予定している。24年度が最終年度であるため、記入しない。
集積型金属錯体による量子スピン系の研究

ニッケルのボンド交替鎖化合物Ni(333-tet)(μ-NO_2)(ClO_4)(333-tet=N,N'-bis(3-aminopropyl)-1,3-propanediamine)のニッケルサイトを銅や亜鉛に置換した単結晶試料を合成し、帯磁率や磁化、さらにはハルデン磁性体NENPの基底状態研究で行ったのと同じような電子スピン共鳴実験を行い、基底状態が予想されるシングレットダイマー相のものなのかを調べた。その結果、帯磁率においては鎖方向と垂直方向で非常に異なった振る舞いが観測され、ESRでは不純物を含まない試料では観測されなかったシグナルを観測した。これらの結果をシングレットペアーを組めなかったサイトにスピン1が現れるとして解析して良い一致をみた。銅のボンド交替鎖化合物Cu(3-Clpy)_2(N_3)_2(3-Clpy=3-chloropyridine)の単結晶試料を合成し、帯磁率、磁化や比熱を測定した。この化合物は結合様式の特殊性から強磁性-強磁性-反強磁性-反強磁性の相互作用を持つことが予想されている。鎖方向の帯磁率(χ)は粉末の試料と同様、温度との積χTが10Kあたりに最小値をもち、フェリ磁性鎖の特徴的なものとなっている。単結晶試料の磁化曲線は飽和磁化の半分の磁化が低温からすぐに現れ、30Tあたりで急激な増加を伴うあたかもメタ磁性的なそれが観測された。現在ESRやNMR実験を行って解析中である。
部分多様体に自然に誘導される幾何構造及び同値問題について

幾何構造及びその同値問題について得た成果を箇条書きにまとめる:(1)アファイン微分幾何及び射影微分幾何に現われる幾何構造及び同値問題について1.平坦トーラス上の閉曲線の変曲点の個数の評価、それがベストである例の構成、Euclidean torusの特徴付け2. m+m (m+1)/2次のアファイン空間内のm次元部分多様体上に誘導される自然な接続、外部不変量を使ったアファイン極小性の特徴付け3.アファイン微分幾何学の基礎付けとなる成書の刊行4.アファイン接続を明確にした射影部分多様体論の展開と局所等質射影曲面の分類(2)超幾何微分方程式の定める幾何構造について1.超幾何方程式系E (k, n)の定める写像の像が一般にはグラスマン多様体とはならないことの証明2.射影直線上の5点の配置を記述する空間が20個の単連結な空間に分解できること、そのつながり方が組合論的に記述されることの証明3.射影空間上のk個の超平面と1個の2次曲面のなす配置空間上の方程式系の構成、および方程式系のリー環的対称性,交叉形式の計算4.方程式系E (k, n)の隣接関係式を用いた整数計画法への応用;整数点の数えあげ法と最適解の部分的特徴づけ5.合流型超幾何関数の隣接関係式の一般的公式の決定6.合流型超幾何関数のStokes係数の関係式のBraid群による記述(3) Painleve系の幾何構造について1.パンルベ方程式系の初期値空間が自然なsymplectic構造を持つことと正準方程式としての代数幾何的な特徴付けが可能であることの証明2.パンルヴェ系(VI)の多時間ヴァージョンであるガルニエ系の動かない特異点における解の挙動を見るための方程式の簡約化定理の証明(4)共形構造の変形問題について1.幾何構造の中で非線形微分方程式と関連した重要な対称に共形構造の変形問題の大域的研究2.共形変形に関連した非線形楕円型方程式の球対称解の存在、一意性等についての研究(5)組み合わせおよびアルゴリズムの研究1.結び目に対するAlexander多項式の係数の増大の仕方についての評価式およびそのlink-homotopyへの応用2.結び目解消数の最小化についてのある予想への部分的解答3.一般化した結び目解消操作による結び目の局所同値による分類5. 2項係数の和のみたす漸化式を計算するアルゴリズムの作成6.数式処理システムKANの充実、Macaulayなどへの実験的組み込み7. 2次元の負定曲率空間でVoronoi図を書くためのアルゴリズムの開発とその情報幾何への応用の研究幾何構造及びその同値問題について得た成果を箇条書きにまとめる:(1)アファイン微分幾何及び射影微分幾何に現われる幾何構造及び同値問題について1.平坦トーラス上の閉曲線の変曲点の個数の評価、それがベストである例の構成、Euclidean torusの特徴付け2. m+m (m+1)/2次のアファイン空間内のm次元部分多様体上に誘導される自然な接続、外部不変量を使ったアファイン極小性の特徴付け3.アファイン微分幾何学の基礎付けとなる成書の刊行4.アファイン接続を明確にした射影部分多様体論の展開と局所等質射影曲面の分類(2)超幾何微分方程式の定める幾何構造について1.超幾何方程式系E (k, n)の定める写像の像が一般にはグラスマン多様体とはならないことの証明2.射影直線上の5点の配置を記述する空間が20個の単連結な空間に分解できること、そのつながり方が組合論的に記述されることの証明3.射影空間上のk個の超平面と1個の2次曲面のなす配置空間上の方程式系の構成、および方程式系のリー環的対称性,交叉形式の計算4.方程式系E (k, n)の隣接関係式を用いた整数計画法への応用;整数点の数えあげ法と最適解の部分的特徴づけ5.合流型超幾何関数の隣接関係式の一般的公式の決定6.合流型超幾何関数のStokes係数の関係式のBraid群による記述(3) Painleve系の幾何構造について1.パンルベ方程式系の初期値空間が自然なsymplectic構造を持つことと正準方程式としての代数幾何的な特徴付けが可能であることの証明2.パンルヴェ系(VI)の多時間ヴァージョンであるガルニエ系の動かない特異点における解の挙動を見るための方程式の簡約化定理の証明(4)共形構造の変形問題について1.幾何構造の中で非線形微分方程式と関連した重要な対称に共形構造の変形問題の大域的研究2.共形変形に関連した非線形楕円型方程式の球対称解の存在、一意性等についての研究(5)組み合わせおよびアルゴリズムの研究1.結び目に対するAlexander多項式の係数の増大の仕方についての評価式およびそのlink-homotopyへの応用2.結び目解消数の最小化についてのある予想への部分的解答3.一般化した結び目解消操作による結び目の局所同値による分類5. 2項係数の和のみたす漸化式を計算するアルゴリズムの作成6.数式処理システムKANの充実、Macaulayなどへの実験的組み込み7. 2次元の負定曲率空間でVoronoi図を書くためのアルゴリズムの開発とその情報幾何への応用の研究次の事柄について新しい知見を得た。1.曲線の変曲点は最も簡単な射影的概念である。

Mobius,Kneser,佐々木重夫によるアファイン平面および射影平面上の閉曲線について変曲点の最小個数にかかわる結果を平坦トーラス上で考察し対応する結果を得た。[佐々木]2.m+m(m+1)/2次のアファイン空間内のm次元部分多様体上に自然な接続が入ること、外部不変量を使ってアファイン極小性の概念が自然にはいることを示した。[佐々木]3.パンルベ方程式の初期値空間が自然なsymplectic構造を持ち、正準方程式としての代数幾何的な特徴付けを行なった。[高野]4.合流型超幾何関数の隣接関係式を一般的に求めた。[高野]5.Pgが1以下であるΓ_0(n)についてのHilbert modular曲面の分類を行なった。[浜畑]6.D-加群の計算を可能にするアルゴリズムを開発した。[高山]7.2項係数の間に成立する逐次関係式を求めるアルゴリズムを開発した。[高山]8.射影直線上の5点の配置を記述する空間の幾何構造を明らかにした。[高山]9.代数的整数論に関する連続講演会を神戸大学において月1回のペースで開いた。[山崎]10.Brezis-Nirenberg型方程式の正値球対称解の構造を解明した。[壁谷]幾何構造及びその同値問題について得た成果を箇条書きにまとめる:(1)アファイン微分幾何及び射影微分幾何に現われる幾何構造及び同値問題について1.平坦トーラス上の閉曲線の変曲点の個数の評価、それがベストである例の構成、Euclidean torusの特徴付け2.m+m(m+1)/2次のアファイン空間内のm次元部分多様体上に誘導される自然な接続、外部不変量を使ったアファイン極小性の特徴付け3.アファイン微分幾何学の基礎付けとなる成書の刊行4.アファイン接続を明確にした射影部分多様体論の展開と局所等質射影曲面の分類(2)超幾何微分方程式の定める幾何構造について1.超幾何方程式系E (k.n)の定める写像の像が一般にはグラスマン多様体とはならないことの証明2.射影直線上の5点の配置を記述する空間が20個の単連結な空間に分解できること、そのつながり方が組合論的に記述されることの証明3.射影空間上のk個の超平面と1個の2次曲面のなす配置空間上の方程式系の構成、および方程式系のリー環的対称性,交叉形式の計算4.方程式系E (k.n)の隣接関係式と用いた整数計画法への応用;整数点の数えあげ法と最適解の部分的特徴づけ5.合流型超幾何関数の隣接関係式の一般的公式の決定6.合流型超幾何関数のStokes係数の関係式のBraid群による記述(3)Painleve系の幾何構造について1.パンルベ方程式系の初期値空間が自然なsymplectic構造を持つことと正準方程式としての代数幾何的な特徴付けが可能であることの証明2.パンルヴェ系(VI)の多時間ヴァージョンであるガルニエ系の動かない特異点における解の挙動を見るための方程式の簡約化定理の証明(4)共形構造の変形問題について
先天異常および遺伝性疾患のパソコン診断用ソフトの開発

申請者が独自に開発し全国250の大学病院を中心に使用されている、奇形症候群および遺伝性疾患の診断補助用データベースUR-DBMS(∪niversity of the Data-base for Malformation syndromes)第6版の内容を、平成12年度1年間をかけ第7版へOMIMその他の情報を取り込みバージョンアツプした。同時に完全型診断用ソフトとしての鋳型を業者の協力により完成させ、患者の全症状を入力すると、診断確立の高い順に、候補疾患を羅列するプログラムを完成させた。平成13年度は1年間をかけUR-DBMS内容を最新情報にバージョンアップさせ、第8版を完成させた。この第8版のデータをソフト鋳型に取り込み本格的なソフトを完成させ、GenDisと名付けた。GenDisはMacおよびWINパソコンで試用を重ねて不具合を修正し、平成13年度から全国に向けて公開を開始した。このことにより、ほぼ全ての遺伝性疾患の臨床データをもつ日本製の診断ソフトが日本で使用可能となった。(疾患数:約7,000疾患、サーチエンジン内蔵、全容量約400MB、CD-ROM)(1)基礎となる遺伝性疾患データベースの作成これまで開発していたUR-DBMS Ver.7(琉球大学奇形症候群データベース第7版)の内容を、主にインターネットのO-MIM情報などを参照し、平成12年12月末日までの最新情報を入力した。その結果、総数6,950疾患または遺伝子の症状および解説、文献を作成した。付属ファイルは文献抄録37,000件、mRNA配列ファイル6,950遺伝子、証明ずみの変異遺伝子ファイル1,165遺伝子となった(UR-DBMS Ver.8)。UR-DBMS Ver.8の総容量は約600MBと巨大となった。(2)パソコンソフトの開発UR-DBMS Ver.8のデータはFilemaker Pro.に保存されている。このデータを利用して、患者症状を入力すると候補疾患名を確率の高いものから順に並べるパソコン診断ソフト開発を平成13年1月から着手した。この目的のためには新たに検索エンジンを積んだソフトパッケージを開発する必要があるため、ソフトデベロッパーに開発を依頼した。ソフトパッケージが完成したら、平成13年度にデータ入力を開始し、動作確認後一般公開する予定である。(疾患数:約7,000疾患、サーチエンジン内蔵、全容量約400MB、CD-ROM)申請者が独自に開発し全国250の大学病院を中心に使用されている、奇形症候群および遺伝性疾患の診断補助用データベースUR-DBMS(University of the Data-base for Malformation syndromes)第6版の内容を、平成12年度1年間をかけ第7版へOMIMその他の情報を取り込みバージョンアツプした。平成13年度は1年間をかけUR-DBMS内容を最新情報にバージョンアツプさせ、第8版を完成させた。(疾患数:約7、000疾患、サーチエンジン内蔵、全容量約400MB、CD-ROM)
脳卒中発症に寄与するStreptococcus mutansの病原因子解明

う蝕の原因菌であるStreptococcus mutansの感染と脳卒中発症との関連が報告されている。しかしながら、菌体そのものは脳血液関門を通過することができないので、菌体が直接脳卒中発症に関与しているとは考えにくい。そこで、脳深部に到達することが可能なS. mutansから放出されるメンブランベシクルに焦点を当て、メンブランベシクルが脳出血による脳卒中発症能力を有するか評価し、「S. mutansが脳卒中発症予防の標的となり得るか?」その可能性を検証する。
ヒト肝細胞で構築された肝臓をもつキメラマウスを利用した抗癌剤感受性試験

【はじめに】現在、肝転移の動物モデルの報告は散見するが、ヒト肝細胞を背景にした肝転移モデルの報告はない。抗癌剤の薬物動態あるいは肝転移のメカニズムを解明するためにはヒト肝細胞で構築された肝転移モデルが最適である。我々は、吉里らが開発したマウス肝臓の92%をヒト肝細胞に置換した免疫不全キメラマウス(uPA/SCID mouse)を用い、ヒトの生理的環境下に近い肝転移モデルを作製したので報告する。【方法と結果】1)使用する動物:免疫不全と肝障害を持つマウス(uPA/SCID mouse)2)転移形成の至適癌細胞の検討:ヒト肝癌由来細胞株HepG2、Huh-7、AFP産生胃癌由来細胞株(TAKIGAWA)、大腸癌由来細胞株(DLD-1)をマウス(n=5)へ各1.0x10^6個、経脾的に細胞移植を行い、マウス肝臓に生着可能な癌細胞を検討した。3)移植至適細胞数の決定:(1)6x10^5個のTAKIGAWAとヒト肝細胞を注入する群((1)群、n=6)、(2)7.5x1O^5個のTAKIGAWAと7.5x10^5個のヒト肝細胞を注入する群((2)群、n=6)に分けcell mixtureをuPA/SCIDマウス肝内に移植。ヒト肝細胞の置換率判定のため血中ヒトアルブミン濃度、TAKIGAWAの腫瘍増殖を観察するため血中AFP濃度を経時的に測定した。細胞移植後、血中ヒトアルブミン濃度は60日目に最大7.7mg/mlに達した。血中AFP濃度も最大8026ng/mlまで上昇し、病理組織学的にも、置換されたヒト肝細胞の中にAFP陽性の腫瘍形成を確認できた。腫瘍は、AFP染色だけでなく、CEA染色でも陽性細胞をみとめた。又、Ki67染色では、腫瘍部分に有意に陽性細胞があり、ヒト肝細胞には小数の陽性細胞のみ認められた、p53染色では腫瘍細胞のみに陽性細胞が認められた。(2)群の方が、(1)群に比較し、ヒト肝細胞、TAKIGAWA細胞ともに生着した割合は、(1)群が3/6例、(2)群が5/6例であり(2)群の方が至適細胞数と考えられた。【結語】ヒト肝細胞をもつキメラマウスを用い、肝転移モデルを作成した。このモデルは抗癌剤開発ばかりでなく、肝転移メカニズムの解明にも有用である。予備実験としてuPA/SCIDマウスにtakigawa胃癌細胞株、HepG2、Huh7肝癌細胞株,DLD1大腸癌細胞株の各癌細胞株を経脾的に移植した。約1ヶ月後にはHepG2,Takigawa細胞株を移植したキメラマウスには、肝転移巣を肉眼的に確認することができた。Takigawa胃癌細胞株を移植したキメラマウスでは、病理学的に転移巣はAFP染色で陽性であること、腫瘍の増大に伴って末梢血AFP濃度の上昇が確認された。従ってuPA/SCIDマウスにおいて、takigawa胃癌細胞株の肝転移モデルが作成できることを確認した。また、このとき血清アルブミン値の上昇も認め、免疫染色でも陽性であった。実際キメラマウスに抗癌剤感受性試験を行うにあたって、マウスが抗癌剤に耐えられるかどうかが問題となるが。まずは胃癌細胞にある程度効果のあると思われる抗癌剤としてタキソールを選択し、uPA/SCIDマウスにTaxol weekly 10,20mg/kgをそれぞれ2匹ずつ投与し、耐性試験を行った。体重の増加は通常に比べるとかなり悪いものの、死亡することなく6週以上生存しており、キメラマウスも同様にTaxol投与に耐えうると考えられた。Takigawa癌細胞株のTaxol感受性は、MTTassey、WST1によるIC50が10-80Nmであり、感受性はあるものと考えられた。現在、Takigawa癌細胞株によるキメラマウス肝転移モデル作成のために、Takigawa癌細胞とヒト肝細胞を同時に移植するマウスとヒト肝細胞である程度置換されたキメラマウスにTakigawa癌細胞を移植するマウスの2種類を作成している。今後、肝転移モデルが作成できた時点で抗癌剤(Taxol)を投与し、抗癌剤の感受性試験として応用できるか検討する予定である。2)方法とこれまでの結果:AFP産生胃癌由来細胞株(TAKIGAWA)を経脾的に細胞移植を行った。6x10^5個のTAKIGAWAとヒト肝細胞を同時に移植する群((1)群、n=6)、7.5x10^5個のTAKIGAWAとヒト肝細胞を同時に移植する群((2)群、n=6)に分け、それぞれをuPA/SCIDマウスに経脾的に移植した。ヒト肝細胞のマウスへの生着および置換率判定のためマウス血中ヒトアルブミン濃度を、TAKIGAWAの生着および増殖を観察するためマウス血中AFP濃度を経時的に測定した。細胞移植後、血中ヒトアルブミン濃度は移植後60日目に最大7.7mg/mlに達した。血中AFP濃度は最大8.0・g/mlまで上昇し、病理組織学的にもヒト肝細胞で置換されたキメラマウス肝臓にAFP陽性の腫瘍形成が確認できた。

ヒト肝細胞とTAKIGAWA細胞ともにマウス肝臓へ生着した割合は、(1)群が3/6例、(2)群が5/6例であり(2)群が至適条件と考えられた。3)本年度の研究計画:ヒトキメラマウスへのヒト癌細胞株肝転移モデルが確立したため、今後HeG2など他の細胞株、またはヒト初代継代肝細胞を用いた転移性肝癌モデルの作成を行う予定である。さらに、抗癌剤(Taxol)、また血管新生抑制物質(サリドマイドなど)を投与し、抗癌剤の感受性試験あるいはとして応用できるか検討する。【はじめに】現在、肝転移の動物モデルの報告は散見するが、ヒト肝細胞を背景にした肝転移モデルの報告はない。抗癌剤の薬物動態あるいは肝転移のメカニズムを解明するためにはヒト肝細胞で構築された肝転移モデルが最適である。我々は、吉里らが開発したマウス肝臓の92%をヒト肝細胞に置換した免疫不全キメラマウス(uPA/SCID mouse)を用い、ヒトの生理的環境下に近い肝転移モデルを作製したので報告する。【方法と結果】2)転移形成の至適癌細胞の検討:ヒト肝癌由来細胞株HepG2、Huh-7、AFP産生胃癌由来細胞株(TAKIGAWA)、大腸癌由来細胞株(DLD-1)をマウス(n=5)へ各1.0x10^6個、経脾的に細胞移植を行い、マウス肝臓に生着可能な癌細胞を検討した。3)移植至適細胞数の決定:(1)6x10^5個のTAKIGAWAとヒト肝細胞を注入する群((1)群、n=6)、(2)7.5x1O^5個のTAKIGAWAと7.5x10^5個のヒト肝細胞を注入する群((2)群、n=6)に分けcell mixtureをuPA/SCIDマウス肝内に移植。ヒト肝細胞の置換率判定のため血中ヒトアルブミン濃度、TAKIGAWAの腫瘍増殖を観察するため血中AFP濃度を経時的に測定した。細胞移植後、血中ヒトアルブミン濃度は60日目に最大7.7mg/mlに達した。血中AFP濃度も最大8026ng/mlまで上昇し、病理組織学的にも、置換されたヒト肝細胞の中にAFP陽性の腫瘍形成を確認できた。腫瘍は、AFP染色だけでなく、CEA染色でも陽性細胞をみとめた。又、Ki67染色では、腫瘍部分に有意に陽性細胞があり、ヒト肝細胞には小数の陽性細胞のみ認められた、p53染色では腫瘍細胞のみに陽性細胞が認められた。(2)群の方が、(1)群に比較し、ヒト肝細胞、TAKIGAWA細胞ともに生着した割合は、(1)群が3/6例、(2)群が5/6例であり(2)群の方が至適細胞数と考えられた。【結語】ヒト肝細胞をもつキメラマウスを用い、肝転移モデルを作成した。このモデルは抗癌剤開発ばかりでなく、肝転移メカニズムの解明にも有用である。
27億年前に活動したコマチアイトマグマの起源と後期太古代のマントル-地殻マスフラックス

Mazumder氏の平成14年11月に来日以降、地球の歴史の大半を占める先カンブリア紀を通した、大陸形成と成長に伴うマントルと地殻の物質フラックスとマントルダイナミックスを明らかにするため、かってゴンドワナ大陸を形成していたインドに分布する太古代のコマチアイトなどの地層・岩石を対象として研究を行っている。従来、マントルの化学分化プロセスの研究は、北アメリカ、南アフリカなどの大陸地域に限られており、インド亜大陸における本格的研究はほとんど行われていない。特に、シンブン・クラトンの形成年代は、マントルダイナミックスの大きな変換とそれに起因する地表環境の大変化が起きたと考えられている太古代と原生代の境界(27-14億年前)にあたる。平成14年12月に現地調査研究を行い、インド亜大陸に広く分布するシンブン(Singbhum)クラトンの後期太古代緑色岩帯から、約27億年前にコマチアイト、玄武岩マグマが活動したことを明らかにした。これらマントル起源マグマの岩石学的分析を行い、約27億年前のマントルの化学的・同位体化学的特徴を明らかにするデータベースの構築を行っている。本研究の成果を新たに加える事により、先カンブリアを通した大陸地殻の形成・分裂についての新しいモデルの構築が期待される。Mazumder氏の平成14年11月に来日以降、地球の歴史の大半を占める先カンブリア紀を通した、大陸形成と成長に伴うマントルと地殻の物質フラックスとマントルダイナミックスを明らかにするため、かつてゴンドワナ大陸を形成していたインドに分布する太古代のコマチアイトなどの地層・岩石を対象として研究を開始した。平成14年12月に現地調査研究を行い、インド亜大陸に広く分布するシンブン(Singbhum)クラトンの後期太古代緑色岩帯から、約27億年前にコマチアイト、玄武岩マグマが活動したことが明らかにした。これらマントル起源マグマの岩石学的分析を行い、約27億年前のマントルの化学的・同位体化学的特徴が明らかにするデータベースの構築を開始した。
菌根菌呼吸への炭素配分に関する研究

土壌からは、土壌微生物・植物根・菌根菌の呼吸をとおして大量のCO2が放出している。この土壌呼吸速度の規定要因を明らかにすることは、土壌炭素動態の理解や気候変動予測の上で重要である。土壌微生物や植物根圏の呼吸については、これまで多くの研究が行われてきた。しかし菌根菌呼吸を測るには、生理活性を保ったままホスト(植物根)から菌根菌糸を分離しなければならず、これまでは技術的に不可能だった。そこで本研究は、菌根菌糸のみが通過できるメッシュフィルム製コアを用いた菌根菌呼吸速度の測定手法を開発した。そして、宿主樹種や土壌栄養状態によって菌根菌呼吸が大きく変わりうることを野外で初めて観測することに成功した。土壌は陸域生態系で最大の炭素貯留の場であり、土壌炭素動態の理解は気候変動予測の上で重要である。土壌からは、土壌微生物による有機物分解や植物根・菌根菌の呼吸をとおして、大量のCO2が放出されている。これらは合わせて土壌呼吸と呼ばれており、土壌炭素量を規定する重要な要因の一つである。これまで、土壌微生物や植物根(菌根菌を含む)からのCO2放出速度については、多くの研究が行われてきた。しかし、菌根菌からのCO2放出速度は、菌根菌を生きたまま植物根から分離して呼吸を測る、という技術的困難さからほとんど測定例がない。本研究は、菌根菌呼吸の分離測定手法を開発し、その環境応答特性を明らかにすることを目的とする。森林総研関西支所の京都府山城試験地において、2つの異なる菌根菌呼吸の分離測定手法の開発を試みた。1「単位バイオマス当たりの呼吸速度」は、その生物の代謝活性を示す基礎情報だが、菌根菌には未だそれさえ無い。そこで、菌糸のみ通り抜けられる40μmメッシュ(根は太くて通れない)でできた菌根菌糸イン・グロース・コアをコナラとアラカシ林下に埋設した。腐生性微生物のコンタミ除去のため、実験区の表層土を、炭素放出がほぼゼロの真砂土に置換した。約4か月後に掘り取り、静的CO2チャンバー法によりコアからのCO2放出速度を測定し、菌根菌呼吸の速度には種間差があることを示した。2菌根菌呼吸を野外・連続・分離測定する手法開発を行った。根呼吸のコンタミ量推定、環境同調型チャンバー、同上の腐生性微生物由来CO2のコンタミ回避、などの複数のプロトコルや測定装置の開発を行った。菌根菌呼吸の野外・連続・分離測定手法の開発、特に腐生性微生物由来CO2のコンタミ回避のプロトコル開発は、試行錯誤の連続で時間を要した。しかし、研究協力者らの助力により、研究は概ね順調に進展した。これまで、土壌呼吸速度とその環境応答特性について多くの研究が行われてきた。土壌呼吸速度は、土壌微生物・植物根・菌根菌の呼吸速度の合計値である。これまで、土壌微生物と根圏(植物根+菌根菌)の呼吸速度が分離測定され、それぞれの環境応答特性が明らかにされてきた。しかし、根呼吸と菌根菌呼吸の分離測定はその技術的困難さからほとんど行われておらず、そのため菌根菌呼吸は根呼吸の一部として一括りにされ、すべての炭素動態モデルにおいて無視されてきた。そこで本研究は、菌根菌呼吸の分離測定手法を開発することを目的とした。測定は、森林総研関西支所の京都府山城試験地において行った。菌糸のみ通り抜けられる40μmメッシュ(根は太くて通れない)でできたイングロース・コアをコナラとアラカシ樹冠下に埋設した。腐生性微生物のコンタミ回避のため、埋設区の表層土を、炭素放出がほぼゼロの真砂土に置換した。約4か月後にコアを掘り取ってコアからのCO2放出速度を測るとともに、菌根菌糸のバイオマス指標、太さや長さを抽出菌糸の顕微鏡画像から算出した。数か月の培養でコア内に菌根菌糸が入り、その呼吸速度を測定することができた。呼吸速度と菌糸体積との間に正の相関がみられた。コナラとアラカシ間で、菌糸のバイオマスや太さ、菌糸体積当たりの呼吸速度に違いが見られた。このように、菌根菌呼吸のみを高精度測定することに野外で初めて成功するとともに、菌根菌の呼吸速度が菌糸量や形態、宿主樹種により異なることを明らかにした。今後も予定通り、以下を行う。1イン・グロース・コア内の菌糸量測定を行い、菌根菌バイオマス当たりの呼吸速度の種間比較を行う。菌糸量測定の方法は、申請者に経験があるため特に問題は無い。

2菌根菌呼吸の連続測定では、引き続き測定を続けるとともに、同時測定している温度・水分に関するデータを用いて、呼吸の環境応答特性を明らかにする。データ解析では、解析経験豊富な研究協力者らの助言を得られるため問題はない。植物生態学