hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
炭素イオン線治療のためのボーラス形状の最適化の研究

飛程補償器bolusは,炭素イオン線治療において照射野を標的輪郭に一致させるための重要な器具である。我々は,照射標的内外に目標線量を設定し、それに最も近い最適な線量分布を与えるbolus形状を最小二乗法で求める自動設計方法を開発した。これにより,照射標的やその周辺の重要臓器(Organs At Risk:OAR)の線量分布を改善した。この手法により最適設計したbolusにより,照射標的内の線量一様性を保ちつつOARの線量を従来法で設計したbolusの場合より減らすことができることを示した。当初計画では、26年度にsingle-material bolusの自動最適設計法の開発を、27年度にbi-material bolusの自動最適設計法の開発を行う予定であったが、都合によりその順番を入れ替え、今年度は、当初計画のうち、27年度分の計画を先行して実施した。すなわち、先ず、炭素イオン線用のbi-material bolus通過後の生物効果線量(BED)分布の高精度高速計算モデルを開発した。このモデルでは、炭素イオンが、同じ水透過厚を持つ異なる材質(サイコウッド、アルミニウム合金、真鍮)で異なる核反応確率を持つことに伴う線量分布の違いを測定に基づき求め、それを線量分布計算に取り入れることで高精度化を実現した。次に、照射標的の内外の線量分布を最適化する炭素イオン線用のbi-material bolusの自動最適化法を開発し、それを用いて設計したbolusに対する計算によるBED予測を実測で確認し、良く一致する結果を得た。すなわち、傍脊椎腫瘍を模擬した照射標的モデルに対し、bi-material bolusの設計法として、ray-tracing法とsmearingを用いた従来の手法と、今回我々が新たに開発した自動最適化設計法で設計した2つのbolusを製作し、それらを通過した炭素イオン線が水中で作る線量分布を測定した。いくつかの水平断面で測定した線量分布から生物効果線量(BED)で表した線量表面ヒストグラム(DSH)で評価したところ、(1)標的内の線量分布は同程度である、(2) OAR(照射標的周辺の重要リスク臓器)の線量は最適化したbi-material bolusの方が低減できた、(3)その他の正常組織の線量分布は同程度である、(4)計算と測定は良い一致を示した、ことが分かった。これは、bi-material bolusの自動設計が計画通りに実現されたことを示している。炭素イオン線用のsingle-material bolus(SM bolus)通過後の生物効果線量(BED)分布の高精度高速計算モデルを開発した。このモデルでは、炭素イオンが、異なる材質で異なる核反応確率を持つことに伴う線量分布の違いを測定で求め、それを線量分布計算に取り入れることで高精度化を実現した。次に、照射標的の内外の線量分布を最適化する炭素イオン線用のSM bolusの自動最適化法を開発した。そして、傍脊椎腫瘍を模擬した照射標的モデルに対し、それを用いて設計したbolusに対するBED計算を行った。また、従来法により設計したSM bolusに対するBED計算と、昨年度行った最適化bi-material bolus(BM bolus)通過後のBED計算を行い、これらとの比較を行った。事前の予想した通り、標的内の線量均一性は最適化BM bolusの場合が最良であったが、最適化SM bolusの場合との差は小さかった。一方、OARの線量付与については最適化SM bolusの場合が最良で、最適化BM bolusよりも優位に優れていた。予測を実測で確認するため、最適化BM bolusと水等価厚が同じになるよう変換した「水等価厚換算SM bolus」と、従来法で設計したSM bolusを製作し、それらを通過した炭素イオン線が水中で作る線量分布を測定し、それからBED分布を求めた。いくつかの水平断面で測定した線量分布から生物効果線量(BED)で表した線量面積ヒストグラム(BEDSH)で評価したところ、(1)標的内の線量分布は同程度である、(2) OAR(照射標的周辺の重要リスク臓器)の線量は「水等価厚換算SM bolus」の方が低減できた、(3)その他の正常組織の線量分布は同程度である、ことが分かった。これは、SM bolusの自動設計が計画通りに実現されたことを示している。27年度分の計画を先行して実施し、計画通りの結果を得た。すなわち、27年度(1)で計画したBi-material bolusに対するWobbler法における線量計算モデルの確立をした。(2)で計画した傍脊椎腫瘍を模した標的モデルに対して照射標的,OAR,その他の正常組織に目標線量を与えbolus要素の厚さを未知数として、Cycowoodと真鍮から出来たbi-material bolusの形状を最小二乗法で求める方法で設計したbolusを製作した。

比較のため従来法で設計したbi-material bolusも設計製作した。(3)これらのbolusを通過した炭素イオン線が水中で作る線量分布を測定した。(4)測定した線量分布を基に生物効果線量分布を求めて比較し、計算との良い一致を確かめ、また最適化したbi-material bolusがOARの線量を逓減できることを確認した。このようにして、当初の計画通り、炭素イオン線用に最適なbi-materialの自動設計ができることを実証し、最適自動設計により線量分布の改善ができることを示すことができた。医歯薬学今後は、炭素イオン線用がsingle-material bolus通過後の生物効果線量分布の高精度高速計算モデルを作って、炭素イオン線に対するsingle-material bolusの自動最適化設計ができるように研究を進める。そして、single-material bolusとbi-material bolusを通過した炭素イオン線が水中で形成する生物効果線量分布を比較して、炭素イオン線に対しても、bi-material bolusがsingle-material bolusに対して標的内の生物効果線量分布の均一性を改善できることを示す予定である。
熱ショック転写因子群による遺伝子発現の制御機構の解明

熱ショック転写因子(HSFs)は、高等動物においてHSF1、HSF2、そしてHSF4の少なくとも3つ存在している。HSF群は、熱ショック蛋白質遺伝子の上流に存在する熱ショックエレメント(HSE)を認識し転写を制御し、そのHSE配列はnGAAn(nは任意の塩基)を1ユニットとして3つ以上の逆向きの繰り返し配列から構成されている。HSF1は熱ショックにより三量体に転換してDNA結合能を持つことがわかっているが、HSF4は三量体抑制ドメインを持たず、恒常的に三量体を形成する。最近、HSF群が感覚器の形成過程において遺伝子発現を拮抗的あるいは相補的に働くことが分かってきた。その協調的作用の分子機構を明らかにするために、HSF4のDNA結合領域を同定し、結合の特徴を明らかにした。まず、レンズ上皮細胞を用いてクロマチン免疫沈降法を行い、71個のHSF4結合領域を見いだした。これら結合領域には、ランダム配列で同定した結合配列nGnnnの繰り返し配列が存在した。このうち58個の領域は、生後2日目のレンズを用いたクロマチン免疫沈降法でHSF4の結合が見られ、またHSF群の中でHSF4のみが結合する領域があることがわかった。次に、リコンビナントHSF4とランダムな配列のオリゴヌクレオチドを用いて、HSF4のDNA結合配列を同定した。このHSF4のDNA結合配列のすべてにnGAAnのG塩基は保存されていたが、A塩基はほとんど一致しなかった。HSF4は結合配列として同定したnGnnn配列のほとんどでHSF1やHSF2よりも強い結合を示した。以上のことから、HSF4はHSF1やHSF2に比べ、典型的HSEよりも曖昧なnGnnnに強い親和性があることが示唆された。1.HSFlとHSF4によるターゲット遺伝子の協調的・結抗的制御の解析これまでに、HSF4が生後のレンズの維持に必須であること、そのターゲット遺伝子として熱ショック蛋白質以外にも細胞の増殖と分化に関わるFGF等のサイトカイン類が明らかになった。さらに、HSF1とHSF4が結抗的にあるいは協調的にターゲット遺伝子の制御を行うことが分かっている。本年度は、レンズ発生初期には3つのHSFがすべて発現していること、生後速やかにHSF1とHSF2が顕著に減少することを明らかにした。この結果は、HSF4が生後のレンズの維持に必須であることと一致している。さらに、同じターゲット遺伝子上での結合の競合的な制御を明らかに知るために、HSF4の結合配列をin vitro bindingselection法を用いて調べた。その結果、HSF1やHSF2のnGAAn(nは任意の塩基)の逆向きの繰り返し配列に結合するが、HSF4のコンセンサスはnGnnnの繰り返しであることが分かった。つまり、HSF4はより多くのゲノム配列に結合する可能性が示唆された。2.HSF1によるIL-6発現制御の分子機構本年度は、HSF1によるIL-6発現の制御の分子機構と生理的意義の解明をめざした。興味深いことに、熱ショックを受けたマウス繊維芽細胞は、LPS添加によるIL-6誘導が顕著に抑制されることが分かった。39度、あるいは40度の発熱レベルの温度によっても抑制された。DNAマイクロアレイ解析により、IL-6の転写抑制因子ATF3がHSF1のターゲット遺伝子であることを見いだした。ハTF3欠損細胞の解析ら温熱によるIL-6誘導の抑制がATF3を介することが明らかになった。さらに、HSF1欠損マウス、ならびにATF3欠損マウスにLPSを投与する実験により、HSF1によるATF3の発現制御が、IL-6の抑制制御を介して発熱反応をフィードバック制御することを見いだした。
内殻励起を利用した有機半導体薄膜・界面の局所電子状態と電荷輸送ダイナミクスの研究

有機EL素子、有機トランジスタ、有機太陽電池などの有機デバイスでは、有機薄膜や界面の電子状態がデバイスの機能発現や効率に大きく影響する。これらのデバイスを構成する有機半導体は異方性を持った量子構造体で、その集合体である有機薄膜・界面は多種多様な構造を形成し、集合状態に依存した物性が現れる。本研究では、有機薄膜・界面の幾何構造制御とサイト選択的な電子状態評価を行うことで、分子の集合状態と電子状態の相関を明らかにした。今年度は内殻励起を利用した共鳴・非共鳴軟X線発光分光(XES)法による局所電子状態実験と平行して、高分解能角度分解光電子分光(ARPES)装置および周辺機器類の開発と調整を行った。XES実験においては、有機太陽電池の有力な材料の一つとして知られる亜鉛フタロシアニン(ZnPc)やDNAのモデル分子に対して試料中の幾何構造に依存した局所電子状態を観測することに成功し、さらには試料膜中における電荷輸送ダイナミクスに関連した現象を実験的に観測することに成功した。これらの実験からZnPc薄膜においては膜中での電荷の局在確率が極めて高く、DNA薄膜においては分子鎖中を超高速でホッピング移動していることを明らかにした。これらの結果の一部は学術雑誌に既に投稿中であり、現在は新たに論文投稿の準備を進めている。一方、ARPESの装置開発については液体ヘリウムによる試料冷却と光電子の精密角度分解測定が可能な試料マニピュレーションシステムおよび有機薄膜などの試料作製用超高真空チャンバーの製作を行った。トライアンドエラーの繰り返しに業者側における物品不具合が合い重なり、多少の遅延は発生したが、平成21年度内に装置開発の大半を終了させることが出来た。装置の性能評価においては国内外の放射光施設における類似装置と比較しても遜色のない結果を得るに至っている。これらのうち、試料マニピュレーションシステムの開発については装置開発論文の作成を計画している。軟X線を用いたXESとARPESは相補的な実験手法であり、来年度計画している研究において大きな進展が期待できる。平成22年度は、(i)150-2000Kという広い範囲での温度制御が可能な試料作製用マニピュレーターを開発し、さらに(ii)面内回転角±90°で最低到達温度が14Kという電子分光用マニピュレーターの開発を行った。(i)の開発によって種々の金属フタロシアニン薄膜の結晶構造制御が可能となり、(ii)の開発によって極めて高精度・高分解能な電子状態分析を行うことが可能となった。これにより、有機固体・薄膜や有機/金属界面に対して、幾何構造と電子状態の相関についてサイト選択的に解明することに成功した。例えば、軟X線発光分光法(XES)を用いた金属フタロシアニン結晶膜の局所価電子状態の研究においては、炭素原子サイトと窒素原子サイトでそれぞれ異なる局所分子間相互作用が発現していることを明らかにした。この結果を基に、金属フタロシアニン結晶膜に対して高分解能角度分解光電子分光(ARPES)スペクトルの励起波長依存性を測定した結果、有機薄膜中における正孔輸送を支配する最高被占軌道(HOMO)ピークに対して120meVという極めて狭い分子間エネルギーバンド分散関係を観測することに成功し、金属フタロシアニンにおいても結晶構造の制御によってバンド伝導が実現できることを世界で初めて明らかにした。この他にも、X線定在波分光法(XSW)とARPESを組み合わせた有機/金属界面の研究を行うことで、界面における分子構造の対称性変動とそれによる電子状態変化の相関を実験と分子軌道計算の結果から明らかにした。
トランジスタ型化学センサの開発とその性能解析

目的.半導体表面の空乏層の厚みの変化を利用した新しい電界効果型半導体化学センサの設計を目的として検討を行った。このセンサは、溶液組成の変化による表面電位の変化に基く半導体のコンダクタンス変化から溶液組成を検知するが、同時に空間電荷層をトンネル過程によって通過する電流をもセンサ信号として利用することが考えられる。このために半導体としてSn【0_2】薄膜を用い、表面を陽イオン交換性高分子等により処理した電極を作製し、これらのイオン及び酵素センサへの利用を検討した。結果.イオン交換性高分子としてNafionを用い、これを【Fe^(3+)】によりイオン交換することで、溶液中の【Fe^(3+)】濃度によって電位規制下での半導体のコンダクタンスが変化し【Fe^(3+)】-センサとすることができた。【Fe^(3+)】に対する感度は、Nafion/溶液界面での電位差にもとづく空乏層の厚みの変化による表面伝導度の変化として説明できる。電極電位によっては半導体から溶液に電流がもれ出る様になるが、これもセンサ信号として扱えることがわかった。【Cu^(2+)】,【Na^+】を共存させて妨害イオンの効果を調べたがセンサの応答には影響しなかった。濃度ジャンプに対する応答時間は10秒以内であった。Nafionを【Cu^(2+)】により交換したものについても検討し同様の結果を得た。酵素センサとしては、酸化物半導体の表面電荷状態が溶液のpHに依存することに着目し、Sn【O_2】薄膜表面にグルコースオキシダーゼを固定化しグルコースの酸化に伴うSn【O_2】表面付近のpH変化からグルコース濃度を検知するセンサを試作した。これについてもグルコース濃度を半導体のコンダクタンス変化として把えられることがわかった。以上の様に溶液中の注目する物質の濃度を半導体表面の空乏層の厚みの変化として、つまり表面コンダクタンスの変化として検出し、表面の処理により様々な選択性を示す新しい電界効果型半導体化学センサをつくることができた。
神経内分泌腫瘍におけるクロマチン再構成複合体因子(hSWI1)変異の解明

国内外で始めてヒトSWI1のcDNAクローニング、FLSH mapingに成功した。共同研究でhSWI1が、滑膜肉腫の腫瘍発生メカニズムに関わっていることを解明した。滑膜肉腫では、hSWI1にSSX/SYTキメラ分子が結合しクロマチン再構成因子複合体の正常な機能を抑制することが、発癌機構であることを明らかにした。又、短縮型hSWI1は、神経発芽細胞腫を含む神経内分泌腫瘍で、カドヘリンを含む細胞接着因子や細胞骨格蛋白質の発現を変化させることにより浸潤、転移に強く関わっていることを明らかにした。hSWI1の変異は、dominant negativeに作用し、新規発見のアクチン結合蛋白質であるskele trophinの発現を高め、腫瘍細胞の形態変化に関与することを明らかにした。又、重要な知見として、短縮型hSWI1は、ARIDと呼ばれるDNA結合モチーフは、有するものの、エストロゲン結合領域相同ドメインを欠落していることが、明らかになった。これは、内分泌腫瘍の自律性増殖とも関連し、今後の研究が待たれると思われる。神経芽細胞腫24例、褐色細胞腫21例、他の神経内分泌腫瘍7例の染色体DNAを用いてhSWI1の変異の検出を行っている。その結果、神経芽細胞腫の約15%に変異が見い出された。変異例ではステージの進んだ症例が多く、神経芽細胞腫の進展にhSWI1の変異が関与している可能性が示唆された。褐色細胞腫では変異は未だ発見されていないが、一部の症例でhSWI1の発現量が低下していることが明らかになった。さらに神経内分泌腫瘍でも数例で発現量が低下していることが見い出された。他の現在、その発現の低下のメカニズムを詳細に検討中である。またhSWI1がヒト腫瘍にどう関わっているかを検討した(共同研究)。その結果、ヒト肉腫の一種である滑膜肉腫でSYT/SSX融合遺伝子がクロマチン再構成因子複合体と結合することを明らかにした。従来よりSYT/SSX遺伝子は滑膜肉腫に特異的に発現する融合遺伝子として診断にも用いられていたが、その発癌メカニズムは不明であった。当該研究によりSYT/SSXはhSWI1を含むクロマチン再構成因子複合体の機能を抑制し発癌作用をあらわすことが示唆された。従ってhSWI1が癌抑制因子として作用するといえる。この結果をふまえて、神経芽細胞腫でみつかったhSWI1を培養細胞に導入し誘発される遺伝子の同定をおこない、新規cDNAのcloningに成功した。この遺伝子は神経内分泌腫瘍のみならず乳癌の進展に関与している可能性があり詳細に検討している。世界に先駆けてcDNAクローニングに成功したヒトクロマチン再構成因子複合体のhSWI1(SMARCF1)短縮型の変異を神経内分泌腫瘍を含む各種腫瘍で検付した。共同研究でhSWI1が滑膜肉腫の腫瘍発生メカニズムに関わっていることを明らかにした。すなわち滑膜肉腫でのSSX/SYTキメラ分子の正常な機能を抑制することにより生じることを明らかにした。これはhSWI1が腫瘍抑制因子として機能することを明らかにしたものである。また、神経内分泌腫瘍(特に神経芽細胞腫)で変異hSWI1はカドヘリンを含む細胞接着因子や細胞骨格タンパク質の発現を変化させることにより浸潤転移につよく関わっていることを明らかにした。同様の機構はヒト無性黒色腫でもみられることを発見した。具体的には新規発見のアクチン結合蛋白質であるskeletrophinの発現を高め、T-ヤドヘリンの発現を抑制することで腫瘍浸潤に強く関与することを明らかになった。更にhSWI1の変異が腫瘍細胞の形態変化に関与することを明らかにした。神経内分泌腫瘍でみられる短縮型hSWI1はARIDと呼ばれるDNA結合領域は保たれるものの、エストロゲン結合領域相同のドメインの内、1つが欠損していることを見出した。これが内分泌腫瘍での腫瘍の自律性獲得ひいては悪性化につながっている可能性があることを指摘した。
呼吸器ウイルス検出用オンチップデバイスの開発と診断への応用

本研究では、インフルエンザウイルスの亜型特異的な塩基配列を持つ新規ペプチド核酸(PNA)をプローブとして、H1、H3およびH7亜型ウイルス(ゲノム)を検出するためのクロマトグラフィーキットを作製し、その評価を行った。その結果、PNAクロマトキットは、ヒト由来の季節性H1とH3亜型に対しては1.0×10<4> ffu/kit、トリ由来のH7型に対しては5.0×10<5> ffu/kitのウイルス量があれば検出できることがわかった。加えて、若干の偽陽性反応を示したものの、インフルエンザウイルスの亜型間を識別することができた。本研究の目的は、マイクロ流体システムを用いて、臨床検体中のウイルス粒子を網羅的に濃縮・精製し、新規人工核酸プローブによるウイルスゲノムの高感度検出までを一体化した、30分以内に診断可能な、「携帯型オンチップ検出装置」を開発し、臨床検体を用いた評価試験を行うことである。呼吸器病原ウイルスを標的とし、1ウイルス当たり数千コピーを検出限界とするオンチップデバイスを作製し、ベッドサイドおよび国内外の検査機関における実用化に向けた技術基盤を構築する。加えて、インフルエンザウイルス薬剤耐性株を特異的に検出するチップデバイスを開発する。平成24年度はオンチップデバイスを用いてウイルス粒子を補足するための予備的な検討を行った。その結果、ウイルス粒子の数倍の濃縮に成功したが、さらに精度を上げていく必要があると考えている。ペプチド核酸(PNA)を用いてインフルエンザウイルス(ゲノム)の検出についても一定の成果を上げることができた。また、デバイスの精度確認ならびに臨床検体を想定した複数ウイルスの共存在をシミュレートするために、試料中のウイルスゲノムを網羅的に定性・定量解析する必要があった。そのために、次世代シーケンサーであるIon personal genome Machine (PGM)システムのテンプレート調製自動化システム(Ion One Tuoch 2.0 Duoシステム)を京都府立医科大学に導入してテンプレート調製を行い、共同研究機関においてジーケンシングとデータ解析を行う体制を整えた。今後は、デバイスへの固定技術の確立や抗NP抗体(PNAで補足したインフルエンザウイルスゲノムを高感度で検出するために使用)に代わるPNA(ランダムヘキサマーなど)を用いた補足プローブの開発を計画している。平成25年度はPNAをプローブとしてインフルエンザウイルス(H7亜型)の検出デバイスを作製し、各種H7ウイルスを用いて評価を行った。その結果、作製したPNAクロマトデバイスによるH7ウイルスの検出に成功した。しかしながらH1ウイルスにも偽陽性反応を示した。今後は、H7インフルエンザウイルス検出デバイスの改良(特異性の向上)に取り組む計画である。特に、インフルエンザウイルスの各亜型を特異的に検出するチップデバイスを開発することを目標とした。最終年度である平成26年度はペプチド核酸(PNA)を用いてインフルエンザウイルス(ゲノム)の検出について一定の成果を上げることができた。各亜型に特異的な塩基配列を持つPNAをプローブとしてインフルエンザウイルス(H1、H3およびH7亜型)の検出デバイスを作製し、各亜型ウイルスを用いた評価を行った。その結果、亜型間において若干の偽陽性反応を示したものの、作製したPNAクロマトデバイスによるインフルエンザウイルスの検出に成功した。26年度が最終年度であるため、記入しない。ウイルス学26年度が最終年度であるため、記入しない。オンチップデバイスの開発およびペプチド核酸のウイルス(ゲノム)検出システムの開発が当初の計画通りに進展しているため。ペプチド核酸のインフルエンザウイルス(ゲノム)検出デバイスの開発が順調に進展しているため。

26年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度に得られた成果をさらに発展させるとともに、分離・濃縮を行ったウイルス粒子に対し、PNAをプローブとして検出するためのシステム開発を行う。昨年度(平成25年度)までに得られた成果をさらに発展させるとともに、インフルエンザウイルス(H7亜型)に対し、PNAをプローブとして検出するクロマトデバイス開発のさらなる改良を行う。(1)三重鎖形成型PNA(BisPNA)のデバイスへの固定技術を確立し、捕捉プローブとする。(2)ウイルスゲノムを可視化するための検出プローブとして、金コロイドに結合したランダムヘキサマーPNAを第一候補とする。ことを実施する計画である。また、今年度の直接経費は次年度の経費と合わせて、次世代シーケンサー(IonPGM)の購入に充てる計画である。
続発性アミロイドーシス発症におけるSAA1遺伝子多型とSAPの意義に関する検討

続発性アミロイドーシスの発症には人種差があり、われわれはSAA1γalleleやプロモーター領域の-13Tが本症発症の危険因子であることを報告した。しかしフィンランド人やトルコ人遺伝子を検討した結果、これのみでは人種差を説明できなかった。そこで本研究では続発性アミロイドーシス発症における、共沈着物質であるアミロイドP蛋白(SAP)遺伝子の役割につき検討した。データベース検索より得た5'上流の1カ所(TAGを開始点として-443C/T)とSAP遺伝子のエクソン領域に新たに見出した1SNPを含めエクソンの2カ所(439G/A、547A/G)の計3SNPsにつきアミロイドーシス発症との関連を日本人、フィンランド人、トルコ人およびCaucasian検体を用い解析した。エクソン2の439G/Aはsynonymous mutationでアミノ酸はprolineである。439A alleleは低頻度で日本人のアミロイドーシス群と対照群で差がなく、他の人種とも頻度差はなかった。dbSNPに登録されている547A/Gもsynonymous mutationでvalineである。300から850bの範囲をdirect sequencingにより決定したが、日本人アミロイドーシス群10例と対照群10例は全例547Gのhomozygoteであり日本人では本症の有無による差はないと考えられた。SAP遺伝子の5'上流-443T/C SNPの頻度は日本人と他の人種で分布が逆転していた。すなわち日本人対照群においては-443C alleleが85%を占めるのに対し、他の人種では-443C alleleは2532%であった。日本人も含め3人種においてアミロイドーシス群では-443Tが多い傾向がみられ、フィンランド人アミロイドーシス群ではその傾向が強かった。しかし日本人でアミロイドーシス発症の危険因子であるSAA1γalleleをもつアミロイドーシス患者ではむしろSAP-443Tの頻度は低下していた。またSAA1 -13T alleleと-443Tとは全く関連がみられなかった。以上より、SAPには蛋白レベルの多型はなく、SAP多型が直接に続発性アミロイドーシス発症に関連したり、特定のSAA1 alleleと関連して続発性アミロイドーシスの発症に関与する可能性は低いと考えられた。続発性アミロイドーシス(AA-アミロイドーシス;ア症)の発症率には人種差があり、日本人では欧米人よりも高頻度にみられる。われわれは関節リウマチ(RA)に続発した本症患者の遺伝子を検討し、SAA1遺伝子のexon3多型であるSAA1 γalleleやプロモーター領域の-13Tが本症発症の危険因子であることを報告した。しかしフィンランド人やトルコ人の遺伝子を検討した結果、これのみでは人種差を説明できなかった。2002年にアミロイドの共沈着物質である血清アミロイドP蛋白(SAP)とアミロイド結合のinhibitorである化合物CPHPC投与によるア症の改善が報告された。これはSAPがアミロイド沈着において重要な役割をもつことを示すと考えられた。本研究ではア症発症におけるSAPの関与につき、SAP遺伝子多型とSAA1遺伝子多型との関連から解析中である。データペースよりSAPのSNPsitcを探索し、以前にRFLPの報告されているMSP I site(exon 2)とプロモーター領域のSNP(JST106829)を同定した。対象はRA続発性ア症73例と正常74例。またSAA1遺伝子に関しては-13C/T,2995C/T,3010C/Tを解析した。exon2,MSP I siteは日本人では97%以上にみられ、ア症と対照で差はなかった。JST106829多型の遺伝子頻度にもア症と正常で差はなかったが、SAA1遺伝子型別に検討するとSAA1βallele陽性ア症でJST106829多型に正常群と有意差がみられた。またCaucasian正常コントロールと比較すると日本人のJST106829多型の頻度は有意に異なっていた。このようにSAP多型の人種差とSAA1多型によるSAP多型頻度の違いがみられ、アミロイドーシス発症への関与につきさらに検討が必要であると考えられた。

300から850bの範囲をdirect sequencingにより決定したが、日本人アミロイドーシス群10例と対照群10例は全例547Gのhomozygoteであり日本人では本症の有無による差はないと考えられた。SAP遺伝子の5'上流-443T/C SNPの頻度は日本人と他の人種で分布が逆転していた。すなわち日本人対照群においては-443C alleleが85%を占めるのに対し、他の人種では-443C alleleは2532%であった。日本人も含め3人種においてアミロイドーシス群では-443Tが多い傾向がみられ、フィンランド人アミロイドーシス群ではその傾向が強かった。しかし日本人でアミロイドーシス発症の危険因子であるSAA1γalleleをもつアミロイドーシス患者ではむしろSAP-443Tの頻度は低下していた。またSAA1 -13T alleleと-443Tとは全く関連がみられなかった。以上より、SAPには蛋白レベルの多型はなく、SAP多型が直接に続発性アミロイドーシス発症に関連したり、特定のSAA1 alleleと関連して続発性アミロイドーシスの発症に関与する可能性は低いと考えられた。
惑星アラートシステムの運用及びトランジット系外惑星の探査

平成21年度は1.8m望遠鏡で銀河中心部を観測して、563個のマイクロレンズイベントを発見しアラートを出す事に成功した。さらに、これらのイベントで惑星によると思われる逸脱をリアルタイムで検出し世界中の観測者にアラートを出して追観測を促し、4個の系外惑星を発見した。また、これまで見つかった10個の系外惑星を統計的にまとめた結果、K,M型星の周り、氷境界の外側では、海王星質量の惑星は木星質量の惑星より3倍以上多い事を突き止めた。平成20年度は、ニュージーランド(NZ)にある1.8m望遠鏡を使って申請者を含む日本のMOAのメンバーのべ18人とNz現地観測者1名が観測を行った。観測は、3月から11月までの銀河中心が観測できる期間に、22領域合計50平方度内の星約1億個を1時間に1回観測した。特に7月頃は、これらの領域を、1日12回も観測出来た。さらにこの内2領域は12分に1回と言う超高頻度で観測を行って追観測なしでも、地球サイズの惑星のシグナルを検出できる様にしてある。この様なサーベイ観測により、600個のマイクロレンズイベントをリアルタイムで検出し、世界中にアラートを発した。さらに、昨年完成した惑星アラートシステムを運用して惑星の検出をすすめた。実際に数イベントでリアルタイムでアノーマリーを検出し、惑星アラートを発する事に成功した。これらの観測の結果、今年度は2個の系外惑星を発見し、現在詳細な解析を行っている。さらに、2007年に観測されたイベントを解析した結果、主星が褐色矮星もしくは非常に軽いM-型星である惑星系を発見した。これはこれ迄に見つかった惑星系の主星としては最も小さいもので、この様な低質量星にも惑星が存在する事を初めて観測的に示した。さらに2000-2005年の6年分のMOA-I(61cm望遠鏡)で観測されたデータの2/3を解析した結果、58例のトランジットイベントを発見した。これらの内、惑星トランジットの可能性が高い減光率の小さいイベント10例をSUBARU望遠鏡とIRSF赤外望遠鏡で追観測した結果、いずれも食連星、もしくは視線速度法による追観測に適さない星である事が分かった。今後残りの1/3のデータの解析を行う。本研究は、I.我々Microlensing Observations in Astrophysics (MOA)グループが行っている重力マイクロレンズによる太陽系外惑星(以下系外惑星)探査にH19年までに導入したリアルタイム惑星アラートシステム(若手B、H18-19、代表:住)を引き続き運用する事によって系外惑星を見つける。II.さらに、同じ銀河中心方向のデータから、系外惑星が主星の前を通過するトランジットを検出する。これらによ系外惑星の存在量と分布を求める事を目的とした。背景天体の前を他の星(レンズ天体)が通過すると、その重力がレンズの様な働きをして背景天体からの光を一時的に増光し、マイクロレンズイベントとして観測される。実際には、銀河中心内の比較的奥の星が銀河中心手前や銀河円盤内の星に増光される。この時レンズ天体である星の回りに惑星があると、さらにこの惑星の重力によってレンズを受け、光度曲線は標準的なマイクロレンズの理論曲線から逸脱し、これを観測する事によって惑星を検出でき、主星と惑星の質量比、軌道半径等の値が求まる。H21年度は563個のマイクロレンズイベントを発見し、この逸脱をリアルタイムで検出しアラートを世界中の観測者に出して追観測を促し、4個の系外惑星を発見した。これらは現在解析中である。H20年までに検出された10個の系外惑星を統計的にまとめた結果、K, M型星の比較的外側(スノーラインの外側)では、海王星質量の惑星は木星質量の惑星より3倍以上多い事を突き止めた。また、K, M型星の約30%が惑星を持っている事も発見した。これらは、惑星形成理論に大きな影響を与える。既知のトランジット惑星を詳細に観測する事で二つ目の惑星探査しており現在解析中である。
ケミカル・放射能イメージングによるセシウムの収脱着ダイナミクス解明

本研究では,土壌中の雲母系粘土鉱物への放射性セシウムの収脱着ダイナミクスを,再吸着を抑制した条件での長期間の脱離実験,および,赤外顕微分光測定による層間水和状態のイメージングに基づき,明らかにした.特に,これまで層間のフレイドエッジサイトへの固定化とされていたセシウムの雲母系粘土鉱物への収着が,層間での移動を伴う動的なものであり,化学的風化等による層間の水和状態の変化や鉱物粒子の凝集等の影響を受け,放射性セシウム外部水溶液に比較的早い速度で脱離することが分かった.そして,得られた成果を元に,速度論的収脱着モデルを提案した.【長期の収着・脱離実験】長期の収着・脱離実験に供する試料として,南ア産のバーミキュライトと比較のために米国産のイライトを選定し,それぞれ,粉砕・篩分けの後,X線回折,X線蛍光分析,陽イオン交換容量測定,透過型電子顕微鏡観察等による特徴付けを行った.イオン交換可能なサイトをK+,Ca2+イオンで置換した鉱物試料に対して,Cs-137をトレーサーとして添加したCs溶液を添加し,Csの吸着量の経時変化を評価した.その結果,Cs+濃度が50 nMと低いにもかかわらず1 mMのK+存在下で5割以上の,Ca2+では9割以上のCsが吸着した.異なる時間,Csを吸着させた鉱物試料の液相を,遠心分離によって除き,Csを含まない電解質溶液に替えることで,脱離実験を行った.Ca型イライト以外の試料では,脱離開始12時間後の時点で7割以上のCs+が脱離しており,雲母系鉱物に吸着した微量のCsの多くは,PBによってCs+の再吸着を抑制することで,K+によって,バーミキュライトの場合はCa2+によっても,脱離可能であることが示された.一方,Ca型イライトでは,ゆっくりとCs+が脱離し,最終的に吸着したCs+の約8割が脱離した.【近赤外顕微分光測定】既存の赤外分光光度計を拡張し,近赤外域での顕微測定が可能なシステムを構築した.予察的な測定として,黒雲母シートの観察から,層間の水分子の近赤外吸収スペクトルが測定可能であること分かった.さらに,試料厚さを十分薄くすることで,中赤外域の透過スペクトルの測定可能であることも分かった.そして,得られたスペクトルの吸着時間やCs濃度,共存陽イオン濃度に対する依存性から,次年度以降に実施する実験条件の最適化を行った.【オートラジオグラフィ測定】上述した収着・脱離実験の結果や近赤外顕微分光測定の結果を参考に,イメージングプレートの種類や露光時間の最適化を行った.長期の収着・脱離実験では,当初予定したバーミキュライトに加え,イライトに対しても,Csの吸着・脱離実験を実施できた.そして,それら2種類の雲母系鉱物試料に対するCsの吸着量の経時変化,および,異なる時間Csを吸着させた試料からのCs脱離量の経時変化を,競合陽イオンの種類・濃度を変えた条件で詳細に評価し,吸着・脱離メカニズムの推定を行うことができた.近赤外顕微分光測定では,試料厚さを十分薄くすることで,中赤外域での層間水分子の吸収スペクトルの顕微測定が可能であることを明らかにした.これによって,当初予定していた近赤外域における顕微観察と組み合わせることで,より詳細に層間水の状態変化を調べることが可能となった.したがって,本研究の最終目的の一つである,Csの収着・脱離に伴う層間の変化の直接観察に資する進捗があったものと考える.本研究は,雲母系鉱物に対する放射性セシウムの収着脱離のダイナミクスを,透過性に優れ,in-situ測定に適した近赤外分光を用いたケミカルイメージングとオートラジオグラフィによる放射線イメージングを用いて明らかにすることを目的としている.層間の水和状態のと放射能分布の経時変化を組み合わせ,バッチでの長期収着・脱離実験の結果を援用することで,新たな速度論的収着・脱離モデルの構築を目指す.平成28年度は,以下の研究を実施した.【長期の収着・脱離実験に基づく速度論的モデルの構築】平成27年度に実施した収着脱離実験の結果に対して,速度論的モデルを考案し,フィッティングを実施した.その結果,雲母系鉱物の種類や共存イオンの種類・濃度に応じて,収着時のCsの分布が異なり,それが,脱離挙動の違いに現れることが明らかになった.さらに,より長期の収着時間,および,層間端部の閉塞を促すK+と水和(風化)を促すCa2+が共存する条件で調整した試料を用いた,長期脱離実験を行った.【近赤外顕微分光測定による雲母系鉱物層間の水和状態のイメージング】異なる接触時間や共存イオン濃度でCsを収着させた雲母薄片試料の赤外吸収イメージング測定を実施した.特に,近赤外域に加え,中赤外域においても,有用な分布情報が得られることが分かった.【オートラジオグラフィ測定】上述した収着・脱離実験の結果や赤外顕微分光測定の結果を参考に,実験条件を検討した.平成27年度に取得した収着・脱離実験の結果に対して,速度論的モデルを適用した.さらに,異なる収着時間で調整した試料を用いた脱離実験を行い,脱離実験結果の拡充を図った.

また,顕微分光イメージングによる測定では,近赤外域と中赤外域の測定を組み合わせることで,雲母系鉱物の層間水の状態変化を検出することに成功し,異なる接触時間,共存イオン濃度におけるCs収着に伴う,水和水の状態変化をイメージング測定した.したがって,本研究の目的である新たな速度論的収着・脱離モデルの構築に資する進捗があったものと判断する.本年度では,昨年度から継続して,赤外顕微分光測定を用い雲母系鉱物の水和状態マッピング評価とCsの雲母系鉱物層間からの脱離速度評価のための実験を行った.そして,3年間の研究結果に基づき,Csの脱離メカニズムを提案すると共に,脱離速度定数を決定した.【赤外顕微分光測定による雲母系鉱物層間の水和状態イメージング】雲母系鉱物として,比較的大きな南アフリカ産バーミキュライトを用いて,層間の水和状態を赤外光の吸収量の変化から評価した.特に,恒温槽で温度を変えた試料の赤外顕微分光測定より,水和の程度の進展が,温度とともに,外縁部よりどの程度進行するか評価した.【長期の収着・脱離実験に基づく速度論的モデルの構築】バーミキュライトやイライトへのCsの収着は早く,接触時間に依存しなかった.一方,収着量は共存イオンに依存し,Ca2+存在下での収着量がK+存在下での収着量より大きくなった.また,2種類の鉱物間で収着量を比較すると,K+共存下では,イライトへの収着量の方が小さく,一方,Ca2+共存下では,逆の傾向となった.雲母系鉱物からのCsの脱離は,Ca2+共存下でのイライトからの脱離を除き,比較的早く,収着時間にも依存しなかった.これらの試料では,脱離開始後30分で,7割以上のCsが脱離し,3日後には,9割以上のCsが脱離した.この傾向は,実際の汚染土壌からのCsの脱離よりも明らかに早いものである.一方,Ca2+共存下のイライトでは,Csの脱離は比較的遅く,脱離開始後60日で,8割程度の脱離にとどまった.また,脱離量が収着時間に依存し,収着時間の増加と共に,脱離量が低下した.研究のまとめとして,これらの結果を総合的に説明できる収着・脱離メカニズムを提案すると共に,Ca共存下のイライトからのCsの脱離モデルを提案し,脱離速度定数を決定した.なお,これらの成果をまとめた投稿論文を準備中である.本研究では,土壌中の雲母系粘土鉱物への放射性セシウムの収脱着ダイナミクスを,再吸着を抑制した条件での長期間の脱離実験,および,赤外顕微分光測定による層間水和状態のイメージングに基づき,明らかにした.特に,これまで層間のフレイドエッジサイトへの固定化とされていたセシウムの雲母系粘土鉱物への収着が,層間での移動を伴う動的なものであり,化学的風化等による層間の水和状態の変化や鉱物粒子の凝集等の影響を受け,放射性セシウム外部水溶液に比較的早い速度で脱離することが分かった.そして,得られた成果を元に,速度論的収脱着モデルを提案した.【長期の収着・脱離実験】吸着時間,脱離時間を長くし,より長期間でのCsの吸着・脱離挙動を評価し,吸着・脱離メカニズム自体の経時変化を検討する.【近赤外顕微分光測定】構築した近赤外顕微分光測定を用いて,Csの吸着・脱離による層間の変化を,水分子の状態変化を通して,直接観察する.その際,中赤外域の測定とも組み合わせることで,より詳細な評価を行っていく.そして,上記の【長期の収着・脱離実験】の結果と組合せ,雲母系鉱物層間中でのCsの化学状態の変化や層間内の拡散などの移行プロセスと吸着・脱離挙動を関係づけていく.【オートラジオグラフィ測定】近赤外顕微分光測定と同じ鉱物薄片試料にCs-137を異なる時間吸着させたもの,また,そこからCs-137を脱離させたもののオートラジオグラフィ測定により,Cs-137の分布の変化を評価する.そして,上記の【近赤外顕微分光測定】を補完するデータを得る.
量子プロトコル理論の深化

量子対話型証明の一般化モデルを提案し完全問題の存在やBabaiの崩壊定理の量子版などの計算量的構造を明らかにした。半環上の行列積およびグラフ上の三角形発見問題に対して高速量子アルゴリズムを構築し解析方法を発展させ量子分散プロトコルを構築した。観測系と計算系が分離可能な補助キュービット駆動型モデルでも量子ブラインド計算が実現することを示した。計算量クラスBQPの古典計算量クラスAWPPに対し事後選択の概念を利用した量子計算量クラスによる特徴付けを与えた。AWPPがBQPの最良上界である自然な理由を与えAWPPの研究への量子計算量理論的アプローチの可能性を切り拓いた。長年の未解決問題である1ラウンド量子対話型証明の能力の究明に向けて,量子計算量クラスにおいて困難である局所ハミルトニアンの冗長性問題について検討し,当該問題が多項式階層第2レベルの量子版に属さないと思われる証拠を与えるとともに適切な形に問題を再定義することで完全性を証明した.量子暗号プロトコルに関しては,量子ブラインド計算と呼ばれるプロトコルが観測ベース量子計算モデルのもとで与えられているが,観測系と計算系が分けられていて観測は観測系だけでおこなうという補助キュービット駆動型に制限しても量子ブラインド計算が実現することを示した.また,サーバは量子状態を作成送信するだけでクライアントが観測を行うタイプの量子ブラインド計算は,任意プロトコル中で用いても安全性を保つことができるという性質を有することを示した.プロトコルの構築や解析に必要不可欠な行列積に着目し,その問題の複雑さを究明するための新しい代数的手法を開発し,従来の方法より高速に半環上の行列の積を計算する量子アルゴリズムの構築に成功した.代表的なプロトコルであるコミットメントに対しゲーム理論的な枠組みによる安全性の定義を与え,既存の暗号理論的な安全性と等価であることを示し,安全性における利得関数を既存研究と比べもっとも一般的な形で与えることに成功した.素体上多項式の低次性判定に必要な質問計算量の上界と困難性増幅への応用,耐量子計算暗号にも応用されるランダム線形符号の復号のための質問計算量解析のフーリエ解析的なアプローチを与えた.また耐量子性を持つ頑健な共通鍵暗号の鍵長の限界について既存方式が最適であることの証明も与えた.通信チャネルのモデル化に関連して,参加者が通信の部分情報を知っているような状況に対応するグレーボックスモデルを対象に,ステガノグラフィーと呼ばれる情報隠蔽に関するプロトコルについて考察した.量子対話証明に関して,証明者と検証者の間に事前に定数個のEPR対の共有を許せば健全性が定数誤りのプロトコルでQMAの片側誤り化が可能であることを示した.QMAに限らず一般に任意の量子対話型証明に対して,メッセージ数を1回増やすのみで片側誤り化するプロトコルを構築し,従来の結果を改良強化した.量子暗号プロトコルについては,補助キュービット駆動型量子計算と呼ばれる最も現実的な量子計算モデルにおいてブラインド化(アルゴリズムや入出力の情報を漏らさずに計算させること)が可能であることを示した.量子ネットワーク符号に関して,量子中継器ネットワークのための手法を提案しプロトコルを実装するために必要なEPR対に関して省資源化を行った.量子アルゴリズムに関する研究に関して,行列積を求める量子アルゴリズムに関する先行研究は基本的に質問計算量の枠組みでこの問題を扱っていたのに対して,時間計算量の枠組みでも従来のアルゴリズムより高速な量子アルゴリズムを構築した.計算量理論的なアプローチとして,Gowers testと呼ばれる標数3以上の多項式に対する性質検査の解析を行い低次多項式関数に対する困難性増幅手法を与えた.暗号理論について,ほぼk-独立な置換族の鍵長下界を考察することで頑強性を持つ対称鍵暗号を設計し,その情報理論的安全性を証明した.その他,暗号に関連する様々なモデルやプロトコルの考察を行った.プロトコル理論に対する新たな試みとしてゲーム理論的な枠組みを考察した.暗号プロトコルである紛失通信やコミットメントに対し,既存の安全性と等価であるようなゲーム理論的な安全性を与えた.既存の暗号理論的な安全性では正当性や秘匿性,束縛性などを個別に定義していたのに対し,複数の性質を1つのゲームで特徴付け複数の性質間のトレードオフを考慮するようなプレイヤーに対する安全性を捉えることを可能にした.量子プロトコル理論の研究成果としては,対話証明および秘匿情報検索に関するものに大別される.量子対話型証明の研究では,Mariott-WatrousのArhur-Merlin型量子対話型証明を一般化したモデルと計算量クラスを提案し,完全問題の存在やBabaiの崩壊定理の量子版などの計算量的構造を明らかにした.また,検証者が証明者に報酬を支払う仕組みをもつ合理的対話証明において,既存プロトコルでは悪意のある検証者が報酬を意図的に下げることができることを指摘し,それを防ぐための合理的対話証明の安全性定義を与え,それを満たすプロトコルを提案した.Broadbent-Fitzsimons-Kashefiによるブラインド量子計算の枠組みを一般化し,片側プライバシーを持つ暗号プロトコルを構成するための枠組みを与えた.この枠組みを利用して量子秘匿情報検索のプロトコルを与え,既存のプロトコルと比較して通信複雑度を著しく改善した.量子プロトコル理論を深めるためには要素技術としての量子アルゴリズムに対する理解も重要である.理論計算機科学の基本的な問題である部分グラフ発見問題に着目し,量子ウォークに基づく既存の技法を発展させて,グラフ上の3クリーク及びハイパーグラフ上の4クリークに対して従来の方法より高速な量子アルゴリズムを構築した.また,古典の計算量クラスを量子的に再検討するため,ポストセレクションを持つ量子計算のサブクラスを考え,そのサブクラスが最悪時一方向性置換を特徴付ける計算量クラスを含むことを明らかにした.

さらに,非適応的な質問計算についての情報理論的モデル化を行うことでその質問計算量の下界を証明するための新たな技法を得た.符号理論の重要な問題であるランダム線形符号に対するリスト復号問題の質問計算量の上界の新たなフーリエ解析的手法を得た.限られた量子資源での量子プロトコルの性質解明に向け,純粋状態に初期化された量子ビットが少ないモデルに焦点を当て,その計算成功確率が初期化を繰返すことなく増幅可能であることを初めて示した。この技法は極めて強力な性質を持ち,対数個のみの純粋状態を用いる成功確率が非常に小さい片側誤りアルゴリズムが与えられれば純粋状態を僅かに2量子ビットのみ用いる片側誤りアルゴリズムで成功確率が指数的に1に近いもの変換する。直積定理と呼ばれる暗号理論や計算量理論の基礎となる平均時計算困難性を増幅させる技法の限界について,証明手法である帰着を用いた場合どの程度の最悪時計算困難性を損耗するかを評価した。参加者間の対話通信が二回という高効率な二者間秘匿計算プロトコルの構成とその安全性証明を与えた。前年度に開発した量子アリゴリズムの設計解析方法を発展させ疎グラフ上の三角形発見問題に対する量子アルゴリズム及び量子分散プロトコルの構築に成功した。その量子計算の解析手法に触発され,行列積アルゴリズムの計算量を解析する手法を開発し現在の行列積アルゴリズムの限界を明らかにした。多項式時間量子計算に対応する計算量クラスBQPの古典計算量クラスAWPPに対し事後選択の概念を利用した量子計算量クラスによる特徴付けを与えた。AWPPがBQPの最良上界である自然な理由を与えAWPPの研究への量子計算量理論的アプローチの可能性を切り拓いた。QMAの検証者の計算能力をクリフォード回路に制限してもQMAは不変であることを証明した。繰り返しゲームの仕組みを利用することで,乱数生成のインセンティブをもつ公開鍵暗号プロトコルの通信回数数を達成可能な最小回数である2回へ削減することに成功した。報酬を利用した対話証明プロトコルにおいて,証明者だけでなく検証者も合理的に振る舞う場合の委託計算可能な対話証明プロトコルを構築した。量子対話型証明の一般化モデルを提案し完全問題の存在やBabaiの崩壊定理の量子版などの計算量的構造を明らかにした。半環上の行列積およびグラフ上の三角形発見問題に対して高速量子アルゴリズムを構築し解析方法を発展させ量子分散プロトコルを構築した。観測系と計算系が分離可能な補助キュービット駆動型モデルでも量子ブラインド計算が実現することを示した。計算量クラスBQPの古典計算量クラスAWPPに対し事後選択の概念を利用した量子計算量クラスによる特徴付けを与えた。量子対話
異形根性に基づく水吸収輸送モデルの構築：細胞―根系間の階層的水分生理情報の統合

1)側根を含む個根の細胞、組織、全体レベルでの水通導性測定技術の確立従来のセルプレッシャープローブ法(Nakashima et al., 2016)を基礎とし、いくつかの改良を施し、測定精度を向上させた。また、プレッシャーチャンバーを用いた根系の水通導性測定にかかわって、測定に用いる個体の分げつ数が多いほど、測定値が大きくなることを見出し、気密性を格段に向上させることによって、従来困難視されていた複数分げつを有する個体の測定が可能になった。2)異形根の種類・齢ごとの水分生理形質の特定リグニン、スベリンの蓄積と水通導性との間に相関関係は認められなかったが、IRAT 109は他品種と比較して蓄積程度が高く、これらの疎水性物質の蓄積程度に品種間差異が存在することが判明した。また、いずれの品種、処理においても内皮の細胞壁への蓄積程度が外皮を上回った。一方、L型側根における通気組織率と、S型側根の表面積、および吸水の駆動力が静水圧差の場合の水通導性との間に強い正の相関関係が認められた。さらに、S型側根の表面積とこの水通導性との間にも正の相関関係が認められたことから、L型側根における通気組織形成はS型表面積の拡大に寄与し、根系全体の水通導性の増加に貢献している可能性が示唆された。浸透ポテンシャル勾配が駆動力となるときの水移動においては、根の表面積ではなく、異形根の種類が通導性を規定することをがわかった。また、25日齢の節根系においても同様の結果が得られたことから、加齢によって異形根間の水輸送能における役割分担は変化するのではなく、播種後5日目という早い生育段階でS型側根はすでに高い通導性を有していると考えられた。セルプレッシャープローブ装置の改良が、計画通りには進んでいない。装置全体はほぼ完成に近づいた。一方、測定に関わり次のような目標を設定した。(a)側根用固定具の開発、(b)キャピラリー先端を蛍光ラベリング・蛍光観察し、深層細胞へ正確にアプローチ、(c)キャピラリー先端に細胞液を充填し、深層細胞測定に必要な細胞液ーオイル間メニスカスを形成、(d)低動粘係数シリコーンオイルを導入し、オイル充填が必要なプローブ本体を小型化し、メニスカス移動の遅延を解消する。しかし、いずれの点においても、不十分な面が残っている。これ以外の点については、計画通り、あるいは計画より進んでいる面もある。A.受動的・能動的吸水における器官・組織・細胞レベルでの異形根別水通導性の測定A-1.プレッシャーチャンバー法・出液法を用いた根系の水通導性の測定これまでの研究に引き続き、プレッシャーチャンバー法で根系のLp(hydrostatic)の測定を行う。また、同時に出液法によりLp(osmotic)を測定する。さらに、画像解析ソフトウェア(WinRHIZO)を用い、各異形根の表面積を測定し、単位表面積あたりの水通導性を評価する。根系全体の表面積に占める各異形根の表面積から、水吸収に対するそれぞれの相対的貢献度を推定する。A-2.セルプレッシャープローブ法を用いた細胞膜の水通導性の測定セルプレッシャープローブ装置の改良を続ける。またそれを用いて内皮および外皮細胞の膨圧変化および細胞溶質の浸透圧を測定し、cell-to-cell経路の水移動に関わる細胞膜の水通導性を求める。加えて、根軸に沿って異なる細胞の水通導性を測定し、根齢が水通導性に及ぼす影響についても検討する。B.水分生理関連形質と水通導性との関係性解析B-1.アクアポリン発現と細胞膜の水通導性との定量的関係細胞膜および液胞膜におけるアクアポリンのmRNA発現量を解析し、水通導性との定量的関係を調べる。また、組織における局在性を免疫染色法を用いて調べる(Matsunamiら2016)。B-2.通気組織形成と水通導性との定量的関係主軸根およびL型側根における通気組織率を切片画像から面積法(Visser and Bogemann 2003)で測定し、水通導性との定量的関係を調べる。