hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
トランスクリプトームの網羅的解析情報に基づく第三世代マツ材線虫病抵抗性品種の創出

トランスクリプトームの網羅的解析法であるSuperSAGE法に改良を加えた。mRNAから合成したcDNAからの二本鎖cDNA合成にTerminal deoxynucleotidyltransferaseによるhomopolymer伸長法を,また次世代シークエンサ解析にdual label syatemを導入し,安価で効率的な分析系を確立した。この改良法を用いて,材線虫感染後のクロマツでトランスクリプトームの時系列変化を調査した。マツは線虫の侵入後直ぐに反応があられること,抵抗性クローン間の遺伝子発現に大きな違いがあることが認められた。トランスクリプトームの網羅的解析のための分析法の改良:トランスクリプトームの網羅的解析法の一つとしてSAGE (Velculescu 1995)法が用いられている。最新のSAGE改良法であるHigh-Throughput (HT) SuperSAGE(Matsumura et al. 2010)をベースに,多検体処理が容易で,低コストの簡便分析系の構築を試みた。その結果,1従来の1/10のコストでライブラリーを作成できること,2Suppression PCRとループアダプターの併用により面倒なゲルからのDNA断片の回収作業から解放され,分析効率を大幅に向上できること,3安価なdual labelingの導入により多検体(192検体)の同時分析が可能になったこと,等により,極微量mRNAからの分析系が構築された。材線虫接種後のトランスクリプトームの時系列解析と抵抗性クローンの特性評価:第一世代のマツ材線虫病抵抗性の16クローンと感受性の2クローンにマツノザイセンチュウを人工接種し,その後の時系列(接種後1時間3週間の14ステージ)での遺伝子発現の変化を追跡するための分析材料を調整した。得られた試料は上記の改良HT-SAGEを用いてトランスクリプト解析を行っている。クロロフィルによるマツ材線虫病の発病評価法の開発と抵抗性クローンの特性:材線虫病では、病徴の進展にともない針葉が褪色することから、発病の指標としてクロロフィル量に着目し、上記サンプルでの経時変化を調べた。対照として滅菌水を接種した場合,抵抗性および感受性クローンとも,明らかなクロロフィルの減少は観察されなかった。一方、線虫を接種した場合、感受性クローンでは減少した。これに対し、抵抗性では、経時変化にクローン間で大きな違いが認められたことから、抵抗性メカニズムに複数の要因が関与していることが示唆された。安価なトランスクリプトーム分析法の確立のため,昨年度に構築したHigh-Throuput (HT) SuperSAGE (原法はMatsumura et al. 2010)にさらに改良を加えた。発現遺伝子(mRNA)から合成したcDNAをもとにSAGE分析を行うための二本鎖cDNA合成の過程に,TdT(Terminal deoxynucleotidyl transferase)を用いたHomopolymer伸長法を導入した合成系を構築し,より安価な分析系を確立した。また,分析効率を向上させるためのアダプター配列についても改良を加え,効率化を図った。この改良法を用いて,ザイセンチュウ感染後のクロマツ成木での病徴進展におけるトランスクリプトームの時系列(接種後3時間,6時間,1日,2日,3日,1週間,2週間)変化を調査した。改良HT-SAGEで確認された約1,300個の遺伝子の中には、接種3時間後には発現量が大きく変化(増加と減少)するものが確認された。このことから,マツは線虫の侵入に対し,感染直後から応答していることが明らかとなった。これまで,感染直後の遺伝子発現を調べた報告はなく,今後,感染に対する宿主(マツ樹体)側の応答,さらには枯損メカニズムを解明するためには,感染から数日間の遺伝子発現を重点的に追跡することの重要性が示唆された。この改良法を用いて,材線虫感染後のクロマツ成木での病徴進展におけるトランスクリプトームの時系列変化を調査した。確認された発現遺伝子の中には、接種3時間後には発現量が大きく変化するものが存在した。このことから,マツは線虫の侵入に対し,感染直後から応答していることが明らかとなり,今後,本病に対する宿主(マツ樹体)の応答,枯損メカニズムを解明するためには,感染から数日間の遺伝子発現を重点的に追跡することが重要であると示唆された。また,第一世代抵抗性16クローンの材線虫接種後の解析では,接種2日後において,57遺伝子の発現に大きな変化がみられた。また,個々のクローンで特異的に発現する遺伝子も多数見られ,第一世代の抵抗性機作にはクローン間で大きな違いのあることが推察された。さらに,第二世代抵抗性29クローンでも,クローン間で発現挙動(感染に対する応答)に著しい変化が認められたことから,第二世代抵抗性品種群における抵抗性機作にも高い多様性が維持されていることが明らかとなった。HT-SuperSAGEによるトランスクリプトーム分析で使用してきた二種類のアダプター配列についての設計が完璧でなかったために,分析効率が低く,トランスクリプトームの変遷を捉えるのに多くの時間を費やすこととなっていた。

また,平成26年夏,九州では雨の日が続き,供試木に線虫接種(感染)後の病徴進展がほとんど見られないものがあったことから,当初想定した規模での実験ができなかった。27年度が最終年度であるため、記入しない。造林学26年度に計画した線虫感染後の病徴進展に伴うトランスクリプトームの詳細な解明は,天候不順のため不十分な結果に終わったことから,27年度も再度実施する。自然条件下では,26年度同様,冷夏(低温多雨の気象条件:病徴が進行しない)になる可能性もあることから,27年度は,人工気象室を利用し,鉢植えのクロマツに線虫を人工接種後,その病徴進展に伴う代謝系の変遷を改良SAGE法で明らかにする。なお,実験材料の鉢への移植は,26年度中に完了している。さらに,第三世代抵抗性クロマツ品種の作出のための基礎情報を得るために,第二世代抵抗性クローンの保有抵抗性遺伝子を解明する。これにより,第三世代抵抗性品種の効率的・効果的な育種戦略を策定する予定である。次世代シーケンサーの導入に伴う技術修得に若干の時間を要し,遺伝子発現(トランスクリプトーム)解析を年度内に完結することはできなかったが,現在順調に分析系が動いており,今後の研究の推進上,大きな問題になることはない。さらに,HT-SAGEの改良により,多検体の簡便・迅速処理が可能になっており,分析作業の加速化が期待できる。当初計画のマツ材線虫病に対する抵抗性関連遺伝子群の解明に大きな変更はない。抵抗性クローンがもつ抵抗性メカニズムをよりよく理解するためには,感受性クローンにおける抵抗性関連遺伝子群の発現挙動の解明と,さらには未だ解明されていない発病から枯死に至る代謝メカニズムを解明する必要がある。このため,感受性クローンのトランスクリプトームの詳細な解析を実施する。また,マツノザイセンチュウの病原性(加害性)に単離系統間で大きな違いがあることから,病原性を異にする複数系統(3系統を予定)の線虫接種によるクロマツにおける遺伝子発現の差違についても検討する。
波動現象解析用ソフトウェアの開発に関する研究

1.成層多層構造における表面波および反射波について、Days-2コードによる数値解と理論解とを対比して検討を行った。その結果、計算結果は縦波、横波、Rayleigh波、反射波のいずれについても理論解とよく一致することが明らかになった。2.Days-2コードを変位の値を入力にするように改訂し、各種のS波震源による波動現象のシミュレーションを行い、それらの特性について検討した。3.反射波データの解釈を行う立場から、反射波到達時間からの分離が不可能な薄層を反射波振幅を用いて分離する方法について検討を行った。その結果、坑井で確認された薄層の水平方向の相対的な変化は、反射波振幅の利用により類推可能であることが明らかになった。4.低速度薄層の存在による反射波および透過波の速度、振幅の変化について理論および実験により検討した。その結果、波長に比して層厚が薄い場合には、その薄層での反射波および薄層を通過した透過波は、層内での多重反射波の重畳によって形成されていることが明らかになった。5.空洞の存在による透過波の振幅や周期の変化について、Days-2コードによる数値計算により検討した。その結果、空洞の存在によりS波が特定の方向に発生すること、および波動の振幅および周期の空間的な分布状態を測定することによって、空洞の位置を推定しうることが明らかになった。6.効果的なレイトレーシング方法の確立のため、Huygensの原理に基づいた点波源による初期波線経路を修正する近似波線経路計算方法について検討した。その結果、精度のよい、かつ高速なレイトレーシングが可能になり、弾性波トモグラフィに適用しうることが明らかになった。1.成層多層構造における表面波および反射波についてDays-2コードによる数値解と理論解とを対比して検討を行った。5.空洞の存在による透過波の振幅や周期の変化についてDays-2コードによる数値計算により検討した。
表層微小管を細胞表層で形成させる機構の解析

植物細胞に見られる表層微小管は細胞膜直下の細胞質を走る微小管で、細胞膜上で合成されるセルロース微繊維の並びを制御することにより細胞の形を制御する。では、表層微小管はどのようにして細胞表層で重合するのだとうか?動物や菌類では、γ-チューブリンとその結合タンパク質からなるγ-チューブリン複合体が微小管形成中心に局在し、微小管の重合核形成に働くことがわかっているが、植物細胞の表層微小管重合にかかわるタンパク質は動物や菌類と同じタンパク質なのか、微小管重合にかかわるタンパク質はどのようにして細胞表層に局在するのか、ほとんど未解明である。表層微小管の形成機構は、これまで2つの可能性が考えられていた。第一の可能性は、表層微小管は細胞表層に散在する微小管形成中心で重合開始するというもの、第二の可能性は、既存の表層微小管の上で微小管は重合開始するというものである。本基盤研究(C)では、これらの仮設について検証し、さらに、微小管の形成を細胞表層で起こさせる因子の同定を目指した。GFP-a-チューブリンを発現するタバコ培養細胞を用いて微小管の生成過程を可視化したところ、全ての微小管は既存の微小管上、もしくは既存の微小管があった場所で形成されることがわかった。タバコ培養細胞プロトプラストから調整した単離細胞表層(細胞膜ゴースト)を細胞質抽出液で処理するとゴースト上の微小管が増加する。この実験系においては、抽出液中のγ-チューブリンが既存の表層微小管に結合し、γ-チューブリンの結合した微小管から新たな微小管が形成されることがわかった。さらに、抗γ奪取γ-チューブリン抗体ビーズを用いて細胞質抽出液からγ-チューブリンを除くと、微小管形成は阻害された。これらの実験結果より、植物細胞においては細胞質中のγ-チューブリンが既存の微小管に結合し、微小管形成を開始させることがわかった。では、表層微小管はどのようにして細胞表層で重合するのだろうか?植物細胞の細胞表層には微小管重合にかかわるタンパク質が散在していることが考えられるが、微小管重合にかかわるタンパク質は動物や菌類と同じタンパク質なのか、微小管重合にかかわるタンパク質はどのようにして細胞表層に局在するのか、ほとんど未解明である。動物や菌類では、γ-チューブリンとその結合タンパク質であるSPC98ファミリーのタンパク質が微小管の重合核形成に働くことがわかっているため、当初の研究計画ではこれらのタンパク質に結合するタンパク質をTwo-hybrid法で検索し解析する予定であった。しかしながら、本年度はじめに、タバコ培養細胞の細胞質抽出液を用いて表層微小管の形成を再構築する実験系の扱いを習得することができた。この実験をさらに進めれば生化学的手法による表層微小管の形成に関与するタンパク質をより確実に同定できると考えたため、方針を変更して細胞質抽出液による実験系の解析を進めている。タバコ培養細胞プロトプラストから調製した単離細胞表層(細胞膜ゴースト)を細胞質抽出液で処理するとゴースト上の微小管が増加する。

この実験系を解析したところ、抽出液中のγ-チューブリンが既存の表層微小管に結合し、そこから枝分かれにより表層微小管が形成されることがわかった。予備実験の結果であるが、抗γ-チューブリン抗体ビーズを用いて細胞質抽出液からγ-チューブリンを除くと、枝分かれが減少することがわかった。ビーズに結合したγ-チューブリンには微小管の枝分かれに必要な結合タンパク質が結合していることが予想される。今後はアミノ酸配列解析によりこれらの結合タンパク質を同定する予定である。植物細胞の微小管は、表層微小管と呼ばれる構造をつくり、細胞膜上で合成されるセルロース微繊維の並びを制御することにより細胞の形を制御する。細胞表層に表層微小管の重合にかかわるタンパク質が散在していることが考えられるが、微小管重合にかかわるタンパク質は動物や菌類と同じタンパク質なのか、微小管重合にかかわるタンパク質はどのようにして細胞表層に局在するのか、ほとんど未解明である。我々は細胞質中のγ-チューブリンが既存の表層微小管に結合し、微小管に結合したγ-チューブリンから新たな表層微小管が枝分かれして作られることを明らかにした。GFP-チューブリンを発現させたタバコ培養細胞を用いて微小管の挙動を観察したところ、新たに生じた微小管の全ては微小管上、もしくは直前まで微小管の存在していた場所から生じた。細胞膜-微小管複合体を単離し、細胞質抽出液とインキュベートすると細胞膜上の微小管から微小管が生じた。複合体に精製チューブリンを加えても微小管分枝は起こらないが、微小管重合阻害剤を含む細胞質抽出液で前処理すると抽出液中のγ-チューブリンが微小管に結合し、その後の精製チューブリン処理で微小管分枝が起きた。抗γ-チューブリン抗体ビーズを用いて抽出液中のγ-チューブリンを除くと、微小管分枝は阻害された。当初の研究計画では、データベース上から推定されているγ-チューブリン結合タンパク質から、Two-hybrid法により新規結合タンパク質の候補を同定する予定であったが、実際に細胞質中でγ-チューブリンに結合するタンパク質が同定できると期待されたため、抗γ-チューブリン抗体ビーズ結合タンパク質をSDS-PAGEにより解析した。期待通り、いくつかのタンパク質がビーズに結合していたため、現在解析を進めている。
レーザー顕微鏡による精子機能判定の研究

精子機能を評価するのに、従来、数・運動率・寄形率などが用いられてきた。しかし、受精能力という点からこの基準の信頼性には疑問がもたれている。レーザー顕微鏡で精子を生の状態で観察し、形態学的に精子の受精能力が判定できるとしたら、これは大変な知見であり、また有用なことである。また、受精能力の評価に用いられているアクロシン活性、HOST (hypoasmotia swelling test)に対して、精子形態がどれくらい受精能力を示すか明らかにすることも興味深い。そこで、鳥取大学医学部附属病院に受診した男性不妊患者と、精策静脈瘤患者と正常男性の精液を採取し、一般の精液検査およびレーザー顕微鏡による精子形態の観察とともに、アクロシン活性測定・HOSTを行った。そして、精子検査・レーザー顕微鏡精液検査・アクロシン活性測定・HOSTの結果を整理し、それぞれの相関を分析した。また、精策静脈瘤患者の術前術後で、精子形態をレーザー顕微鏡を使用し、観察した。以下の結果を得ている。1.精子のmld-pieceの長さ、頭部の全面積に対するアクロゾ-マル部の面積比・アクロシン活性・HOSTの結果は、正常男性と不妊男性の間で有意差を認めた。2. mid-pieceの長さ、形態正常精子の率とアクロシン活性とは高い相関を示す。3.精策静脈瘤術後の妊孕性を評価することができる。第一段階の検討として,レーザー顕微鏡を用いて,生きた精子がどう見えるかという事を確かめた。これは精子の動きをビデオに録画し,後にこれを静止して観察することにより十分観察でき,頭部の大きさ,全面積に対するアクロゾーム領域の面積の比,ミッド・ピースの長さ,尾の長さを測定できた。つぎに,精子機能検査として,アクロシン活性測定や,hypoosmotic swelling test(HOST)を行った。そして,不妊男性の精子と非不妊男性の精子でこれら精子形態と精子機能検査の結果を比較したところ,前者でのミッド・ピースの長さ,頭部でのアクロゾーム領域の面積比が不妊男性,非不妊男性の違いを示しているとの結果を得ている。以上のように精子の機能的分類がレーザー顕微鏡を用いた形態観察からも可能であることが示された。精子の機能を評価するのに、従来、数・運動率・奇形率などが用いられてきた。また、受精能力の評価に用いられているアクロシン活性,HOST(hypoosmotic swelling test)に対して、精子形態がどれ位受精能力を示すか明らかにすることも興味深い。そこで、鳥取大学医学部附属病院に受診した男性不妊患者と正常男性の精液を採取し、一般の精液検査およびレーザー顕微鏡による精子形態の観察とともに、アクロシン活性測定・HOSTを行った。そして、精子検査・レーザー顕微鏡精液検査・アクロシン活性測定・HOSTの結果を整理し、それぞれの相関を分析し、以下の結果を得ている。1.精子のmid-pieceの長さ、頭部の全面積に対するアクロゾ-マル部の面積比,アクロシン活性,HOSTの結果は正常男性と不妊男性の間で有意差を認めた。2.mid-pieceの長さ、形態正常精子の率とアクロシン活性とは高い相関を示す。また、受精能力の評価に用いられているアクロシン活性・HOST(hypoosmotic swelling test)に対して、精子形態がどれくらい受精能力を示すか明らかにすることも興味深い。そこで、鳥取大学医学部附属病院に受診した男性不妊患者と精索静脈瘤患者と正常男性の精液を採取し、一般の精液検査およびレーザー顕微鏡による精子形態の観察とともに、アクロシン活性測定・HOSTを行った。

また、精索静脈瘤患者の術前術後で、精子形態をレーザー顕微鏡を使用し、観察した。以下の結果を得ている。1.精子のmid-pieceの長さ、頭部の全面積に対するアクロゾ-マル部の面積比、アクロシン活性・HOSTの結果は正常男性と不妊男性の間で有意差を認めた。2.mid-pieceの長さ、形態正常精子の率とアクロシン活性とは高い相関を示す。3.精索静脈瘤術後の妊孕性を評価することができる。
地震による極端異常運動に関するメカニズムの解明：卓球効果対トランポリン効果

地震による極端異常運動は異常加速度、異常速度、異常変位の三種類に分けて、発生メカニズムをそれぞれ解明した。極端異常加速度においては、急ブレークモデルを提案し、極端異常加速度の発生メカニズムを理論上、実験および数値シミュレーションで解明した。地盤の不連続性が極端大きな加速度の発生要因となることが分かった。極端異常速度においては卓球効果モデルを提案し、完全弾性衝突モデルを用い、両物体は衝突前後の運動量の保存と運動エネルギーの保存によって、物体のリバウンド速度を推定する解析式を提案した。極端異常変位においては、多重加速モデルを提案し、地震による斜面崩壊後の土砂運動の高速・遠距離移動の特性を解明した。地震による極端異常運動の発生メカニズムを解明するために、基礎理論を構築している。(1)衝突による大きな加速度の発生メカニズムを検討した。物体はある速度で地面に落ちた後、静止か上向きのリバウンド運動か、いずれも衝突によるごく短い接触時間内で大きな加速度が生じることを解析式で表せることができた。また、自由落下実験で数センチの高さから落下した物体は5G以上の加速度が観測され、提案理論を実証した。(2)大地震の際に、地面上の物体が振動に伴って大きなリバウンド速度が生じる現象の発生メカニズムを解明するために、落ちてきた卓球ボールに向ってラケットが上向きに振られると卓球ボールは高いリバウンド速度を得ることに着目し、完全弾性衝突モデルを用い、両物体は衝突前後の運動量の保存と運動エネルギーの保存によって、物体のリバウンド速度を推定する解析式を提案した。また、不連続変形法DDAを用いて、地球の質量は運動物体の質量より遥かに大きいことをモデル化し、物体は着地の速度に約2倍の地面運動速度を加えたリバウンド速度が得られ、提案モデルを検証した。また、地震による崩壊土砂の高速・遠距離移動の特性を捉えるために、既存不連続変形法DDAを改良し、高精度な土砂運動数値シミュレーションを実現している。2008年岩手・宮城内陸地震の際にIWTH25観測所における観測結果に基づき、地下不連続面を有するDDAモデルを数値シミュレーションした。地下260mで記録された地震波をモデル地盤の入力波として、卓球効果による地盤上の物体の応答波形を計算した。DDAで得られた波形は同観測所の地面で記録された4Gを超えた波形とよく一致したことで、本研究で提案した理論と手法を検証した。また、2008年四川大地震による遠距離移動した斜面崩壊において、動的なDDAによる再現シミュレーションを行い、提案モデルの実用性を確かめている。本研究は以下の4つのテーマにおける研究を展開し、全ては計画通りに進んでいる。1.「理論根拠の構築に関する研究」においては、衝突による大きな加速度が生じることを解析式で表せ、自由落下実験で提案理論を実証した。また、大地震の際に、地面上の物体が振動に伴って徐々に高くなる現象および大きなリバウンド速度が生じる現象の発生メカニズムを解明するために、物体は衝突前後の運動量の保存と運動エネルギーの保存によって、物体のリバウンド速度を推定する解析式を提案し、不連続変形法DDAを用いて、物体は着地の速度に約2倍の地面運動速度を加えたリバウンド速度が得られた。2.「振動台実験によるトランポリン現象の発生条件の特定」におては、モデルの構築や初期試験を行っており、期待した結果を得た。3.「動的なDDA数値シミュレーション手法の開発と極端異常運動事例の再現」においては、「卓球モデル」をDDAに取り入れ、新しい動的な数値シミュレーション手法として2D-DDAプログラムを開発し、衝突による卓球モデル、2008年岩手・宮城内陸地震の際にIWTH25観測所における観測による地下不連続面を有する地盤モデルに関する数値シミュレーションに成功した。4.「崩壊土砂の高速・遠距離移動のメカニズムの解明」においては、DDA数値シミュレーションを行い、卓球効果で土石は跳躍や回転等の運動形態になりやすく、運動摩擦力がさらに低減効果を確認した。地震による極端異常運動は(1)異常加速度、(2)異常速度、(3)異常変位の三種類に分けて、その発生メカニズムをそれぞれ解明した。(1)極端異常加速度においては、物体間衝突により大きい加速度が生じられる現象に着目し、落下の物体は地面に落ちた後、静止か上向きのリバウンド運動か、いずれも衝突による接触時間が短いので、大きい加速度が生じられることを理論解析および実験で確認した。また、強い地震で断層などの不連続面により、地震計が設置されている地盤ブロックは深部基盤と分離され、深部基盤は重力加速度を超える地震加速度が発生すると、地震計ブロックは落下運動を行い、深部基盤ブロックとの衝突により、大きい加速度が記録されるとのメカニズムを解明した。それに基づき、2008年岩手・宮城内陸地震の際に観測された極端異常な加速度波形が、地下不連続面を有するDDA数値シミュレーションで精緻に再現された。(2)極端異常速度においては、落ちてきた卓球ボールに向ってラケットが上向きに振られると卓球ボールは高いリバウンド速度を得ること(卓球効果)に着目し、地面上の物体が地振動に伴って徐々に高くなる現象の発生メカニズムを解明した。また、完全弾性衝突モデルを用い、衝突前後の運動量の保存と運動エネルギーの保存によって、物体のリバウンド速度を推定する解析式を提案した。さらに、不連続変形法DDAを用いて、2016年熊本地震による車の転覆現象(極端異常速度)を精緻に再現した。(3)極端異常変位においては、多重加速モデルを提案し、地震による斜面崩壊後の土砂運動の高速・遠距離移動の特性を解明した。また、3次元不連続変形法DDAを開発し、高精度な土砂運動数値シミュレーションを実現した。

2008年四川大地震による遠距離移動した斜面崩壊において、動的なDDAによる再現シミュレーションを行い、使用アプローチと実用性を確かめた。地震による極端異常運動は異常加速度、異常速度、異常変位の三種類に分けて、発生メカニズムをそれぞれ解明した。極端異常加速度においては、急ブレークモデルを提案し、極端異常加速度の発生メカニズムを理論上、実験および数値シミュレーションで解明した。地盤の不連続性が極端大きな加速度の発生要因となることが分かった。極端異常速度においては卓球効果モデルを提案し、完全弾性衝突モデルを用い、両物体は衝突前後の運動量の保存と運動エネルギーの保存によって、物体のリバウンド速度を推定する解析式を提案した。極端異常変位においては、多重加速モデルを提案し、地震による斜面崩壊後の土砂運動の高速・遠距離移動の特性を解明した。計画の研究テーマを全て完成する。特に、3次元動的な不連続変形法DDAプログラムを開発し、斜面と崩壊土石間の衝突による速度の交換率、N-phaseや回転運動形態を考慮した動摩擦係数などを明らかにすることを重点とする。また、大地震による崩壊土砂の高速・遠距離移動特性を考慮して、危険斜面と一定の距離を有する河川で天然ダムの形成を予測するために、DDAと粒子法SPHを組み合わせた3次元固体・流体連成解析プログラムを開発する。防災工学、計算力学交付額は計画に必要な費用より少ないため、必要に応じて年間費用を調整した。最終年度では、成果発表のために、より多くの費用が必要であり、研究計画の進捗に影響を与えない限り費用を最終年度に回した。投稿料や発表会の旅費に使用する。
Derlin1またはHRD1による疾患関連ABCトランスポーターの翻訳後発現調節

本研究では,疾患関連ABCトランスポーターBCRPおよびABCG5/ABCG8の翻訳後発現調節機構を明らかにすることを目的とした.その結果, Derlin-1が,野生型BCRPの小胞体からゴルジ体への輸送経路を抑制し,一方,脱N型糖鎖型BCRPを分解させる因子であることが明らかになった.さらに,HRD1は,ABCG8タンパク質の翻訳後N型糖鎖修飾を負に調節し,ABCG5/8の発現を低下させる因子であることが明らかになった.本年度は,ステロールトランスポーターであるABCG5/8に着目し,E3ユビキチンリガーゼによる翻訳後発現調節について,詳細な検討を実施した.まず,ABCG5 (G5)およびABCG8 (G8)タンパク質の発現およびN型糖鎖修飾の調節にE3ユビキチンリガーゼ(GP78,HRD1,RMA1,CHIP)が関与するか否かを検討した.それぞれ正常型またはE3活性欠損変異型のE3ユビキチンリガーゼを細胞に過剰発現させ,G5およびG8タンパク質の発現またはそのN型糖鎖修飾状態を解析した.その結果,HRD1がG5タンパク質に対して,また,RMA1はG5およびG8タンパク質のそれぞれに対して,E3活性依存的にER関連分解(ERAD)を促進した.一方,HRD1は,G8タンパク質の翻訳後N型糖鎖修飾を阻害することで,G8タンパク質の安定性を低下させることを明らかにした.興味深いことにHRD1によるG8タンパク質のN型糖鎖修飾阻害は,E3活性非依存的であるにも関わらず,その阻害には,HRD1のRING-finger domainが重要であることが示された.最後に,G5/G8タンパク質共発現状態においても,HRD1は,そのE3活性非依存的にG8タンパク質のN型糖鎖修飾阻害を介して,G8タンパク質の発現量を低下させ,結果として,G5/G8タンパク質複合体の形質膜上発現を負に調節することが明らかになった.以上,本研究は,G5およびG8タンパク質における一部のN型糖鎖修飾が,翻訳後に引き起こされることを初めて同定し,これらのN型糖鎖修飾が,G5およびG8タンパク質の細胞内安定性を規定する重要な因子であることを明らかにした.また,E3ユビキチンリガーゼであるHRD1が,E3活性非依存的にG8タンパク質の翻訳後N型糖鎖修飾を負に調節するというユニークな機構を明らかにした興味深い知見である.本研究では,疾患関連ABCトランスポーターBCRPおよびABCG5/ABCG8の翻訳後発現調節機構を明らかにすることを目的とした.その結果, Derlin-1が,野生型BCRPの小胞体からゴルジ体への輸送経路を抑制し,一方,脱N型糖鎖型BCRPを分解させる因子であることが明らかになった.さらに,HRD1は,ABCG8タンパク質の翻訳後N型糖鎖修飾を負に調節し,ABCG5/8の発現を低下させる因子であることが明らかになった.BCRP (ABCG2)は,種々の細胞において,内因性および外因性有害物質の排泄を担うABC transporterであり,その適切な発現制御は,生体の恒常性維持の観点から重要である.これまで,BCRPは,小胞体内でN型糖鎖修飾を受け,ホモダイマーを形成し,形質膜上で機能することは明らかであったが,これらのステップを制御する分子は不明である.そこで,本研究では,まず第1に,小胞体の品質管理関連分子のscreeningの結果得られたDerlin-1によるBCRPの翻訳後発現制御機構の解明を行った.その結果,Derlin-1の過剰発現は,野生型BCRPとの相互作用を介して,野生型BCRPの小胞体からゴルジ体への輸送経路を抑制することが明らかになった.一方,Derlin-1は,N596Q BCRPに対しては,その小胞体関連分解を促進し,BCRPタンパク質の安定性を低下させることが明らかになった.また,Derlin-1のknockdownは,tunicamycinにより生じた脱N型糖鎖型の野生型BCRPの分解も抑制したことから,Derlin-1は,脱N型糖鎖型のBCRPを分解させる因子であることが明らかになった.一方,ステロールトランスポーターであるABCG5およびABCG8の変異または機能低下は,遺伝性疾患シトステロール血症の誘発及び動脈硬化の発症に関与する.そこで,本研究では,第2に,ABCG5/ABCG8に着目し,HRD1による制御機構の分子基盤を明らかにすることを主目的とし,種々の検討を行った.その結果,HRD1は,ABCG5/8の発現制御に影響を与える因子であることがあきらかになり,特に,ABCG8に対しては,その糖鎖付加状態に影響を与える因子であることが明らかになり,HRD1によるABCG5/8のユニークな発現制御機構が存在することが明らかになった.【現在までの達成度】において述べたように,ABCG5/8に対するHRD-1の作用についての詳細が未だ明らかでないことから,本年度は,Derlin1やHRD1の協調因子の探索,および,変異型ABCG5/ABCG8の翻訳後発現調節におけるHRD1の影響の検討を中心に検討していきたい.また,HRD1と同様に,E3リガーゼの一種であるRMA1もABCG5/8に対して発現制御を担う分子であることが明らかになってきたから,この間点に関しても,本年度に実施することで,論文にまとめていきたい.

なお,本年度は,この1年間で明らかにしてきた現象のin vivoにおける生理的意義を明らかにする目的で,病態モデルにおけるDerlin1やHRD1の発現とBCRP,ABCG5/ABCG8の発現相関解析等を実施できるとよい.上記の【今後の研究の推進方策】に則り,Derlin1やHRD1の協調因子を探索することや,変異型ABCG5/ABCG8の翻訳後発現調節におけるHRD1やRMA1のはたらきについての詳細をin vitroで明らかにし,病態モデルにおけるDerlin1やHRD1の発現とBCRP,ABCG5/ABCG8の発現相関解析をin vivoで実施する.そのため,実験のほとんどは,細胞培養系を用いた遺伝子導入実験,Western blotting,免疫蛍光染色法,免疫沈降法である.昨年度と同様な消耗品・試薬等の使用用途となる.一方,本年度は,動物実験を行うため,その購入および繁殖維持に費用を要する.また,本研究領域は,非常に進展が早いため,その情報収集を目的として,アメリカ細胞生物学会に参加することで,研究の動向をさぐる.また,ABCトランスポーターに関する研究であることから,トランスポーター研究会にて,各年度の研究内容を発表する予定である.論文投稿も実施する.
サブミリ連続波観測のための大規模TESボロメータアレイの開発

宇宙の構造進化を理解するには、遠方の銀河団及びその形成現場である大規模構造に沿った原始銀河からの放射の観測が必要であり、そのためにはサブミリ波帯での広い領域に渡る詳細な観測が重要である。そこで、サブミリ波帯での高感度な観測を実現するために、超伝導薄膜技術を用いた極低温検出器であるTESボロメータの多画素アレイ検出器の開発を詳細な設計に基づいて行い、多画素アレイを効率よく読み出すことに成功した。本年度は、TESボロメータ素子の設計と製作、および、これを極低温に冷却するための冷却システムの設計を重点的に行った。冷却システムは、無冷媒の機械式冷凍機である4Kパルスチューブ冷凍機を用いた液体ヘリウム温度までの冷却系、および、ヘリウム3とヘリウム4を用いた吸着型の極低温冷凍機とそのための熱スイッチであるヒートスイッチの設計を行った。さらに、これらを制御するソフトウェアの基礎を構築した。TESボロメータは主に、温度計である超伝導遷移端温度計(TES;Transision Edge Sensor)、サブミリ波を吸収し熱に変換する吸収体、そして、熱を適切に逃がすための熱リンクから構成される。吸収体及び熱リンクには、シリコン基板に成膜されたシリコン窒化膜とその上にそれぞれ金の薄膜をメッシュ状と細線状に成膜することで構造を形成し、TES温度計にはチタンと金の二層薄膜を用いる。そのために必要な、金属薄膜の成膜の条件出しを行い、これを基にして複数画素のTESボロメータの試作と基礎的な評価を行った。また、観測データを処理するデータ処理系を最適化するために、既にあるボロメータによる観測データを活用して、ボロメータの観測データの処理方法についての調査と検討を行った。上記の成果およびTESボロメータの設計手法について国内学会および国際学会において発表を行うと共にTESボロメータを用いた観測システムの情報収集を行った。本年度は、TES(Transition Edge Sensor)ボロメータを極低温に冷却するための冷却システムの整備を重点的に行った。この冷却システムは、無冷媒の機械式冷凍機である4Kパルスチューブ冷凍機を用いた液体ヘリウム温度までの冷却系、および、ヘリウム3とヘリウム4を用いた多段式の吸着型の極低温冷凍機により構築した。ボロメータは、極低温に冷却する必要がある一方で、振動に非常に敏感なため、振動を発生する機械式冷凍機を用いる際には熱接触と振動抑制という相反する条件をクリアする必要がある。そこで、振動抑制と良好な熱接触を両立するためのベローズを用いた防振構造および線材を用いて振動の伝導を抑制した。特に、この線材には、高純度銅の用いることで高い熱伝導度を持った熱リンクを実現した。また、TESボロメータの温度計であるTESおよび、その読み出し素子であるSQUID(超伝導量子干渉計)は外部磁場に非常に感度が高いため、高透磁率材料および超伝導材料を併用した多重の磁気シールドを製作して極小磁場の環境を実現した。さらに、ボロメータの最適化に必要な大気からの熱ロードについて、既存のボロメータの観測データを系統的にかつ詳細に解析することによって、大気の状態の変動によるその変化の大きさを明らかにすると共に、これを考慮したTESボロメータの設計を行った。本年度は、TES (Transition Edge Sensor)ボロメータの光学的な吸収効率の最適化、SQUID(超伝導量子干渉計)を用いた読み出し系の確立とこれを用いた周波数分割マルチプレクス(多重画素同時)読み出し方式の実現を重点的に行った。TESボロメータの性能として重要な周波数バンド内での輻射の吸収効率を最大にするため、光学的なカップリングの最適化を行った。特に、輻射の吸収を行う吸収体の構造スケールとインピーダンスとがトレードオフの関係にあるため、ボロメータ製作プロセスの許す範囲内で理論的にパラメータを絞込んだ上で、有限要素法を用いた詳細な電磁界数値シミュレーション行って最適解を探索した。これによって、従来と比べて吸収効率を10%以上改善することに成功した。SQUIDを用いた読み出し系は、これまでに行った磁場環境の確立に加えて、安定した温度環境と低ノイズな配線環境を整えた。さらに、これをTESボロメータとつなぎ合わせて、TESボロメータからの信号の安定な読み出しを実現するに至った。次に、SQUID読み出し回路の詳細な周波数特性の評価を行った上で、TESボロメータの各画素をそれぞれ異なる周波数の交流電流で駆動して変調・復調を行う周波数分割読み出し方式ができるものであることを確認した。最終的に、このSQUID読み出し系と試作TESボロメータアレイを組み合わせ、1つのSQUID素子で8画素を読み出す8画素マルチプレクス読み出しを実現した。
制御プラズマによる機能性セラミック・コ-ティング材料の合成と表面改質

昭和62年度および63年度において、プラズマパラメ-タ-を制御できるECRプラズマ成膜装置を開発・製作した。プラズマ診断系としてプラズマの発光スペクトルを測る分光器およびプラズマ電子密度・温度を測る静電プロ-ブ系を完備した。また、サンプルホルダ-に加熱機構を取り付けるとともに、バイアス電位も印加できるようにした。昭和63年度から平成元年度まで、セラミック・コ-ティング膜としてIVA属の遷移金属(Zr、Ta、Ti)の窒化に焦点をおいて、窒素プラズマ条件およびサンプル条件を変えて窒化実験をした。窒化された試料の組成をオ-ジェ電子分光法、硬度変化をヌ-プ硬度計で調べた。また、プラズマ状態を分光器および静電プロ-ブ系で計測した。プラズマにより窒化した場合と単にガス窒化した場合との比較も行った。プラズマ窒化では、通常のガス窒化に比べて窒化が大きく進行すること、特に比較的低温(500600°C)でも窒化が起こることが分った。低い放電圧力下では電子温度が比較的高く、そのため窒素ラジカルよりも窒素イオン種の方が相対的に多かった。このような低圧放電プラズマを用いると、ガス窒化に比べて著しく窒化が進行した。この結果、イオン種が窒化に効果的であることが分った。さらに、バイアスを印加してイオン種を増やして実験すると、より窒化が進行することが分った。本研究では、従来窒化には窒素ラジカルが有効であると信じられてきたが、イオン種の方が効果的であることを明らかにした。また、プラズマを制御してイオン種の増加させるならより窒化を進行させられることを示した。本研究に必要なプラズマ発生装置,およびセラミックコーティング材料の合成と表面改質をおこなうデポジションチェンバーは,既存の装置にくらべると多くの新しい機能をもつ必要がある.このため,デポジションチェンバー(特にサンプルホルダー)の詳細な設計をおこなうとゝもに,制御可能なプラズマを生成できるプラズマ発生装置についても詳しく検討してきた.これらの装置を製作し,合体させプラズマ重合装置をつくりあげた.デポジションチェンバーには,ガス分析をおこなうため4重極質量分析計および種々の条件下でプラズマ照射をおこなうため4重極質量分析計および豊々の条件下でプラズマ照射をおこなえる可動サンプルホルダーが取り付けられている.サンプルホルダーには,浮遊電位機構(バイアス印加機構),サンプル加熱機構,温度モニター機構が備えられている.プラズマは電子サイクロトロン共鳴加熱にて生成し,いくつかのガス種に対して放電できるように作製した.共鳴加熱用磁場は,プラズマの流れがデポジションチェンバーへ大きくなる様に配位が変えられてある.現在,アルゴンガスおよび水素ガスに対して,低パワー放電(100200W),高パワー放電(400500W)ができている. 63年度には,プラズマ診断をおこなうため静電プローグ(電子温度,密度),分光器(ラジカルの同定)をとりつける予定である.現在製作は予定どおり進行している.また,炭素膜をセラミックス化する試みについても検討してきた.今後,金属や炭素を蒸着したサンプルに対してプラズマにてセラミックスの合成/表面改質をおこなう.また,重合用ガス導入系をとりつけてプラズマ重合にてセラミックスを合成する.できたセラミックスの表面分析をおこない,その特性とプラズマ条件について関連性を検討する.本研究に必要なプラズマ発生装置とセラミックスの合成/表面改質を行うポジイション・チャンバーを合体させ、プラズマ診断のため分光器の設置および静電プローブの取り付けを行った。プラズマ条件(マイクロ波パワー、ガス圧力、ガス種)を変えても良好な放電が得られるように調整してきた。また、サンプルホルダーの条件(基板温度、バイアス電位)も広範囲に変えれるようにしてきた。この制御プラズマを用いて、先づチタン表面の窒化プロセスについて検討した。種々の基板温度下で窒素プラズマを照射した場合と、プラズマを用いない従来のガス窒化との違いについて調べた。

表面原子組成をX線光電子分光法およびオージェ電子分光法を用いて分析した。プラズマを用いた場合、ガス窒化が進行する温度以下でも十分窒化が起る事が分った。分光測定から、プラズマ中にはN_2^+イオンおよびNラジカルが存在し、窒化を効果的に促進させていることが分った。チタンを用いた場合、組成分析を行うにはX線光電子分光法を併用しなければならず、表面分析に時間がかかりすぎたので、次に比較的分析が容易なジルコニウムを用いて窒化実験を行った。放電ガス圧、放電パワー、基板温度を変えて表面の窒化状態を調べた結果、プラズマを用いた場合、ガス窒化より顕著に窒化されること、およびプラズマ中のイオン種が大きく影響していることが分った。これらは、分光測定およびプローブ測定から明らかになった。従って、プラズマパラメーターを適切に制御するなら、より効果的に窒化を促進できることが分った。プラズマによる表面改質およびセラミックスの合成において、表面特性がプラズマ状態にどのように依存しているのかほとんど知られていない状況なので、本研究の方法を他の材料合成に適用して行くことは重要である。昭和63年までに、ECRプラズマ源、発光スペクトル測定系、プラズマ電子温度・密度計測系の製作を完了して、制御プラズマによる表面改質の例として、ジルコニウムの窒化実験を試みた。プラズマの放電圧力基板温度、放電パワ-、基板印加バイアスを変えて窒素プラズマにより表面窒化を行った。また、プラズマを用いないガス窒化との比較も行った。プラズマを用いた場合、ガス窒化に比ベて比較的低温(500600°C)でも窒化が進行した。また、高温になるにつれプラズマ窒化とガス窒化との差はみられなくなった。低圧の放電プラズマを用いた場合、同じ圧力のガス窒化に比べて特に低温で著しく窒化が起こった。低圧下では、プラズマ電子温度は高く、窒素イオン種の強い発光スペクトルがみられた。これらの結果から、窒素イオン種が効果的に窒化に寄与していること、また窒素イオンにより低温下でも窒化が進行することが分った。今まで、一般に窒化は窒素ラジカルにより引き起こされると信じられてきたが、本研究において窒素イオンの方が窒化に有効であることを明らかにした。窒素イオンの効果をより明確にするため、基板に負のバイアスを印加して窒化を試みた。印加電圧とともに窒化がより進行し、この傾向は低温例でより顕著であった。また、発光スペクトル測定からも印加電圧とともに窒素イオン種が増加していくことが分った。以上、プラズマによる窒化では窒素イオン種が効果的に窒化を引き起こすこと、また窒素イオンを多くするように制御すれば、より窒化を促進できることが分った。
平面被覆予想の最終解決に向けた組織的研究

位相幾何学的グラフ理論における未解決問題の1つである「平面被覆予想」の最終的な解決を目指して組織的に研究を行った。予想の解決には至らなかったが、平面上の六角形分割に対する放電法を利用するという証明手法が提案された。また、予想の解決と関連して、閉曲面上の三角形分割の弛緩度や識別数と再埋蔵理論、グラフの被覆の代数的な数え上げ理論など、位相幾何学的グラフ理論における様々なテーマについて多くの定理を得た。研究代表者の根上が1986年に「有限な平面的被覆を持つ連結グラフは射影平面に埋め込み可能であろう」という予想を提唱して以来,その予想は未解決のまま国内外の研究者によって研究が続けられ,「平面被覆予想」と呼ばれるようになった。これまでの研究によって,K_<1,2,2,2>という非射影平面的グラフが有限な平面的被覆を持たないことがわかれば,平面被覆予想は肯定的に解決されることが知られている。実は,前年度までの「平面被覆予想の解決に向けた組織的研究」における研究打ち合わせによって,米国の研究者であるH.H.Glover氏がK_<1,2,2,2>の有限平面被覆の非存在を示すことに成功したという情報を得ていた。しかし,その信憑性に対しては,疑いの声が多い。そこで,米国で行われたある研究集会に参加し,Glover氏と直接会って,どのように問題を解決したのかを伺った。その方法はK_<1,2,2,2>が含むK_<3,3>の細分の平面的被覆を生成し,それを拡張してK_<1,2,2,2>の平面的被覆が構成可能かどうかを議論するというものだった。同氏の話によると,K_<3,3>の平面的被覆は6重まで考えれば十分であるとされている。しかし,その議論は膨大なもので,その会見のみで全貌を知ることは不可能だった。つまり,Glover氏の証明の正当性は確認できなかったが,「平面被覆予想の有限化」を達成するためのヒントは得られた。それをもとにGlover氏の隠された議論の再現を試みて,本研究グループ内でも独自に証明を与えるという研究の方向性が得られた。また,その研究集会において,グラフのdistinguishabilityという概念を知り,位相幾何学的グラフ理論の観点で切り込むことでその研究にも貢献できることがわかり,その後,米国の研究者T.Tucker氏との協同研究に発展した。その他にも位相幾何学的グラフ理論における成果を得ている。本研究課題にある「平面被覆予想」とは「有限な平面的被覆を持つ連結グラフは射影平面に埋め込み可能であろう」という予想で,研究代表者である根上が1986年に提唱して以来,国内外の位相幾何学的グラフ理論の研究者によって,その解決に向けた研究が続けられてきた。そして,その研究の成果として,K_<1,2,2,2>という非射影平面的グラフが有限な平面的被覆を持たないことがわかれば,平面被覆予想は肯定的に解決されることが知られている。さらに,2005年に米国の研究者であるH.H.Glover氏がK_<1,2,2,2>の有限平面被覆の非存在を示すことに成功した宣言している。しかし,その信憑性に対しては疑いの声も多い。そこで,今年度は,カナダのビクトリアおよび米国のフロリダで行われた国際会議に参加し,Glover氏の証明がどの程度信頼できるものなのかについて調査を行った。その際に行った海外の研究者との協議の結果,Glover氏の証明を否定するものではないが,平面被覆予想を依然として「予想」のままとしておくとの見解に至っている。また,当研究グループが得意とする閉曲面の三角形分割の対角変形の理論と関連させて,K_<1,2,2,2>の有限平面被覆の非存在を示すというアイディアを得ることができた。さらに,昨年来から続けていたT.Tucker氏との共同研究の成果を発展させて,閉曲面に埋め込まれたグラフの識別数に関する理論を構築することができた。特に,閉曲面の三角形分割の再埋蔵構造に関する理論とリンクすることで,固定した曲面上の三角形分割の識別数には上界があることを証明した。その他にも,位相幾何学的グラフ理論における様々な成果を得ている。研究代表者である根上が1986年に「有限な平面的被覆を持つグラフは射影平面に埋め込み可能であろう」という予想を提唱して以来,その予想は未解決のまま国内外の研究者によって研究が続けられて「平面被覆予想」と呼ばれるようになった.本研究の目的は平成20年度をめどにその平面被覆予想を解決することである.すでにK<_l_2_2_2>が反例にならなければ,平面被覆予想は成立することが知られている.したがって,平面被覆予想を解決するためにはK<_l_2_2_2>の有限な平面的被覆の非存在を証明すればよい.

これまでにもそれを行うべく様々なアプローチがとられてきたが,今年度は,K<_l_2_2_2>の有限な平面的被覆から誘導される平面の六角形分割に対してある種の放電法を適用し,その非存在を示すというアイディアが提案された.そのアイディアによってK<_l_2_2_2>の被覆指数の小さい平面的被覆の非存在が容易に証明できる.また,考察を続ければ続けるだけ,非存在が証明できる被覆指数を大きくしていけることも示すことができた.平面被覆予想を完全解決するためにはさらに時間が必要であるが,来年度にはその総決算として国際会議を開く予定なので,その組織委員会を立ち上げ,国内外の研究者との協力体制を確立した.特に,韓国の釜山大学に行き,グラフの被覆に強い研究グループとの交流を深めた.そうした研究体制のもとで,閉曲面の三角形分割の弛緩度や識別数など,位相幾何学的グラフ理論に関する多くの研究成果を得ることができた.本研究は、研究代表者の根上が1986年に提唱した「平面被覆予想」を組織的に研究し、最終的な解決を図ろうとするものです。その予想は「有限平面的被覆を持つ連結グラフは射影平面に埋め込み可能であろう」というもので、その判定方法すら明らかになっていない性質が多項式時間で判定可能な性質と同値になることを主張している。これまでの研究により、予想に例外があったとしても、数少ない構造に限定されることがわかっている。本年度はこの研究課題の最終年度なので、これまでの研究成果を総括するために、例年行っている「位相幾何学的グラフ理論研究集会」を「The 20th Workshop on Topological Graph Theory in Yokohams-TGT20」と題する国際会議として開催した。国内外から約100名の参加者があり、そのうち海外からは16名の参加者があった。招待講演者は9名で、位相幾何学的グラフ理論に関する海外の研究動向について講演を行ってもらった。それにより、いくつかの共同研究が生まれている。たとえば、物理学と関連したZhichengの講演に触発されて、中本とMoharは閉曲面上の四角形分割の染色数に関する確率論的な議論を展開している。また、位相幾何学的グラフ理論の手法を用いてグラフの識別数を解析するという議論やある制限のもとで辺どうしの交差を許したグラフの閉曲面への埋め込み(厳密には埋め込みではない)の議論が展開された。残念ながら、平面被覆予想の完全解決には至らなかったが、それと関連して位相幾何学的グラフ理論におけるたくさんの研究成果を得た。また、国際会議を運営する過程で、平面被覆予想において「被覆」を「分岐被覆Jに置き換えて得られる予想に対しては反例があるという情報を得ることができた。平面被覆予想と同様に、正則な分岐被覆に限定すればその予想が正しいこと証明されていただけに、その情報は衝撃的である。それと同時に、グラフの分岐被覆に関する研究の新たな扉が開かれた。
共生関係の進化の数理的研究

寄生者はその棲み場所とエネルギー源を寄生に依存して暮らしている。もし、寄生者が寄生を激しく搾取するならば、自らみ破壊する危険性をはらんでいる。共生関係は、最初は寄生関係から出発したと言われている。それでは、寄生関係から共生関係へとどんな条件があれば進化できるのだろうか。寄生関係においては垂直感染が重要な因子である。垂直感染とは、寄生者が当該宿主の子に直接感染することである。垂直感染が経路である病気は軽く、他個体にランダムに感染していく病気ではその症状が重いという傾向がある。貧栄養の植物の汁を吸って生きている昆虫は、共生者として栄養分の再利用を助けるバクテリアを持っている。これらのバクテリアは、菌細胞という特別の細胞の中に収まっていることが多く、卵に感染することによって完璧に親から子に伝えられる。このような垂直感染が、緻密な相利共生の進化とどのように関わってきたかを分析するために数理モデルを作り、進化的に安定な戦略の手法を用い、宿主と寄生者の立場から解析した。以下のような結論が得られた。垂直感染率が増大すると、寄生者は病毒性を減らして共生へ進化することがわかった。宿主の子どもに確実に感染できる垂直感染は、寄生者にとって有利なので寄生者はこれを増やそうとする。一方、寄主はこれを排除しようとする。この寄生者と寄主とのコンフリクトもモデルによって計算した。これによると垂直感染率がある値より小さければコンフリクトが生じるが、大きいならば両者は共生関係へ向かうことがわかった。この境界の値は互いの廃物利用の場合は低くなり、共生関係になりやすい。しかし、寄生者が増殖効率を上げたり、寄主が防衛効果を上げたりすると、この境界値は上がりコンフリクトのままであることが予想された。寄生者はその棲み場所とエネルギー源を寄主に依存して暮らしている.もし,寄生者がその寄主を激しく搾取するならば,寄主をやせ細らしたり殺したりすることによって自らも壊滅する危険が生じる.それゆえ,寄生者は最大限に寄主をいじめることはないと言われることが多い.実際,病原ウイルスの寄主にたいする病毒性が時間とともに減少していく過程も観察されている.中でも,オーストラリアの農業害獣であるウサギを減らすために導入されたウイルスが,その病原性(感染ウサギ個体の死亡率)が年の経過とともに低下したのは有名な話である.しかしながら,多くの寄生生物や病原菌がその寄主にかなりの負担をかけ続けているのも疑いのない事実である.様々な病気の病原体の感染経路を比較すると,親から子への垂直感染が病毒性の程度と大きく相関している.つまり,垂直感染が主な経路である病気の症状は軽く,他個体にランダムに感染していく病気ではその症状が重いという傾向がある.貧栄養の植物の汁を吸って生きている昆虫は,共生者として栄養分の再利用を助けるバクテリアを持っている.これらのバクテリアは,菌細胞という特別の細胞の中に収まっていることが多く,卵に感染することによって完璧に親から子に伝えられる.シロアリの消化を助ける腸内微生物も糞食という手段によってコロニー内の仲間に伝えられる.このような垂直感染が,緊密な相利共生の進化とどのように関わってきたのかを分析するため,数理モデルを作った。結論としては,病毒性を減らして共生者に進化する寄生者もあるが,寄主を激しく搾取し続ける寄生者もいるということが分かった.寄生者はその樓み場所とエネルギー源を寄主に依存して暮らしている。もし、寄生者が寄主を激しく搾取するならば、自らも壊滅する危険性をはらんでいる。

それでは、寄生関係から共生関係へとどんな条件があれば進化できるのだろうか。寄生関係においては垂直感染が重要な因子である。垂直感染とは、寄生者が当該宿主の子に直接感染することである。寄生者の側には、垂直感染率を高めるように淘汰圧がかかるが、一旦その率がある程度の大きさに達すると、自分の子孫の繁栄が宿主の繁殖率が大きく依存するようになるため、宿主を害するよりも助けた方が良くなるだろう。垂直感染が主な経路である病気の症状は軽く、他固体にランダムに感染していく病気ではその症状が重いという傾向がある。貧栄養の植物の汁を吸って生きている昆虫は、共生者として栄養分の再利用を助けるバクテリアを持っている。これらのバクテリアは、菌細胞という特別の細胞の中に収まっていることが多く、卵に感染することによって完璧に親から子に伝えられる。シロアリの消化を助ける腸内微生物も糞食という手段によってコロニー内の仲間に伝えられる。このような垂直感染が、緻密な相利共生の進化とどのように関わってきたかを分析するために数理モデルを作った。病毒性を減らして共生者に進化する寄生者もあるが、寄主を激しく搾取続ける寄生者もいることがわかった。