hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
豪雨と暴風をもたらす台風の力学的・熱力学的・雲物理学的構造の量的解析

1.台風第24号の航空機観測:2018年度には本研究課題のT-PARCIIチームと、北海道大学高橋幸弘教授のSATREPSフィリピンプロジェクトと共同で、猛烈な台風第24号の航空機観測を実施した。両プロジェクトから航空機使用料を負担し、9月2528日の4日間で4回の航空機観測を行った。さらにこの共同観測ではじめてフィリピン空域における観測を実施できた。この観測においても台湾中央気象局と共同観測を実施した。この観測でも眼への貫入観測を6回実施し、眼内部と周辺で60個のドロップゾンデ観測を実施した。さらに新しいドロップゾンデの精度を検証するために、台風への飛行の途上において、南大東島付近で南大東島から放球した気球観測との比較・検証を5回行い、ドロップゾンデが高精度のデータであることを示した。2.ドロップゾンデ観測データのリアルタイム転送:台風第24号の観測において、ドロップゾンデのデータを取得後1分以内に、世界中の気象予報機関にリアルタイム送信し、この台風の実際の予測に貢献した。航空機からドロップゾンデデータを、リアルタイム送信するシステムを作り上げた。気象庁、イギリス気象局、ヨーロッパ中期予報センターの世界主要予報機関で今回の観測データを予報に使用され、台風第24号の予報に貢献した。3.ドローン観測:名古屋大学内に突風風洞を建設し、これを用いてマルチコプターの突風応答を解明する研究を実施した。これにより突風の作用によりタンデムローターに強い非定常モーメントが生じる条件を明らかにした。4.エアロゾル観測:琉球大学でエアロゾル粒径分布の測定を行うとともに、8月以降通年で小型センサを用いたPM2.5重量濃度を行った。9月29日および10月4日に台風24号および25号が、観測地点の西側40kmおよび100km程度を通過し、粗大粒子の重量濃度の変化が観測された。スーパー台風を観測することは難しく、当初は可能な限り強い台風について観測を行う計画であった。2018年の台風第24号はスーパー台風のステージとその後の変化を航空機により観測を実施することができた。これは連日の詳細な打ち合わせと周到に用意した上で観測実施の判断を行ったことが、昨年度に続いて、2回目のスーパー台風の観測の成功につながった。当初の計画では台風の眼への貫入観測はなく、台風周辺のドロップゾンデ観測だけを計画していた。しかし、2018年の観測では4日間で6回の貫入飛行を行い、台風強度の直接観測に成功した。さらにこのような貫入観測を安全に行える技術を得たことは、台風の民間航空機による観測に大きな道を開いた。2018年の観測はフィリピンと共同研究を行っているSATREPSフィリピンプロジェクトとの共同観測を行うことで、フィリピンの飛行情報区の低緯度での飛行観測が可能となった。当初、観測のデータの気象予報機関へのリアルタイムのデータ送信は計画していなかった。これにはWMOとの調整や気象庁の緊密な連携が不可欠で、本研究課題実施中に実現できる可能性はほとんどなかったからである。一方で本研究の観測では貴重なデータを得ることができるので、1年半にわたって関係機関と手続きを調整し送信システムを開発し、2018年台風第24号の観測では全世界の気象予報機関へのドロップゾンデ観測データのリアルタイム送信を実現した。このシステムと手続きは今後のドロップゾンデ観測に適用することができ、本研究課題の究極の目的である台風災害の軽減に大きく寄与するものである。ドロップゾンデのデータを用いることで進路だけでなく強度予測も改善されることが示された。第1回目の航空機観測でそのような結果が得られたことは大きな前進といえる。さらにこの論文は日本気象学会から論文賞を授与されたことから、この研究が高く評価された。1.2019年の航空機観測:引き続き非常に強い台風の航空機を用いたドロップゾンデ観測を実施する。2019年度は3回目の観測となるので、これまでと同程度またはそれ以上の強度の台風を観測することを目指す。また、観測データは世界の気象予報機関へのリアルタイム送信も実施する。観測期間は910月で、この期間に適切な台風が対象とする沖縄諸島に接近がなかった場合は、航空機観測の経費を繰り越して2020年の国際共同観測にあわせた観測を実施する。2.2020年の国際共同観測:2019年に適切な台風の接近がなかった場合は、2020年度に計画されている国際共同観測において、米国と台湾が実施する航空機観測に参加し、連携共同観測を実施する。このとき台湾は台風周辺を観測し、米国は低高度で観測を行う。日本はこれまでの経験を生かして、高高度から眼内部への貫入観測を実施する。国際共同観測は研究計画調書にはなかったが、航空機観測を行えるようになってはじめてできる国際共同観測として、本研究課題の重要な発展と位置づけられる。3.台風強度の解析と予測へのインパクト検証:航空機からのドロップゾンデを用いた直接観測により、2017年と2018年の2つの台風の眼内部でのデータが得られている。このデータから様々な補正を行うことで台風強度解析の精度を高める。また、観測された2つの台風についてのデータは、眼内部だけでなく、台風周辺についても多数得られており、これらのデータを高解像度の数値予報モデルに取り込むことで、航空機観測の台風予測へのインパクトを検証する。4.ドローン観測・エアロゾル観測:沖縄の南西諸島において、ドローンを用いた波飛沫観測を発展させる。

これまでの知見に基づいて、できるだけ風速の大きな環境下において観測を実施する。琉球大学に設置してあるエアロゾル観測装置によるエアロゾルの観測を継続する。1.航空機観測:台風の航空機観測で用いるドロップゾンデ受信システムとして、2チャンネル2系統受信機を開発した。合計4チャンネル受信機として使用するが、2系統にすることで一系統が動作しない場合でももう一方で受信できるという機器障害への対応性が高いという特長を備えている。また、パラシュートを用いない小型軽量の砲弾型ドロップゾンデを開発した。これらを使用する航空機GIIに搭載し受信試験を実施し、良好な受信が可能なことを確認した。これらにより次年度から開始するドロップゾンデ観測が可能となった。また、台湾から観測タイムテーブルの例を提供してもらい、台風の航空機観測の実施計画を作成した。さらに雲解像モデル・数値予報モデルを用いた予測システムを構築し、台風強度について新たな感度解析法の定式化を行った。2.超音波風速計観測:強い台風の通過の頻度が高い、沖縄県南西諸島の多良間島に長期間連続観測を行える超音波風速計と微気圧計を設置し観測を開始した。これにより地形の影響を受けにくい地上気象データを連続して観測している。3.ドローン観測:台風の接近の無いときにドローンの試験飛行を行い、2kg程度の粒子ゾンデおよびエアロゾルゾンデをつり下げた観測実験を行い、ある程度の風速でもホバリングによる観測が可能であることや飛行における問題点を明らかにした。雲粒子ゾンデを改良し、波しぶきを観測できるようにし、実際にドローンを用いて海上に吊り下げて波しぶき粒子の観測ができることを示した。4.レーダおよびゾンデ観測:Kaバンド偏波雲レーダを沖縄本島に設置し、琉球大学に設置してあるXバンド偏波レーダ、Cバンド偏波レーダと組み合わせた観測を暖候期に連続的に実施した。また、雲粒子ゾンデによる雲粒子観測を実施し、偏波レーダ観測との比較を行った。これらの観測では雲解像モデルを用いた予報を毎日実施し、観測のサポートを行った。1.航空機観測:平成28年度交付申請書の研究実施計画の通り進捗している。今年度は航空機観測の準備として、ドロップゾンデとその受信システムが完成し、実際の観測で使用するダイヤモンドエアーサービス社のGIIという航空機に搭載し、受信試験を行い良好な受信結果が得られた。当初計画していた受信機に比べ、4チャンネル受信機を2系統にすることで、高い操作性を維持しつつ機器障害への対応性を高めることができた。今年度の結果、来年度からの台風の航空機を用いたドロップゾンデ観測について準備が整った。また、ドロップゾンデ観測のデータを数値モデルに同化するシステムが開発された。2.超音波風速計観測:当初計画の通り、超音波風速計を南西諸島の沖縄県多良間島に設置した。さらに微気圧計も同じ場所に設置して長期間の連続観測を開始した。これらのデータはインターネットを通じて琉球大学理学部に転送され、リアルタイムで表示できるようにしてある。
ヘリコバクター・ピロリ菌ＣａｇＡの病原／発がん生物活性を規定する分子構造基盤

本研究ではピロリ菌CagAタンパク質とその細胞内標的分子との相互作用を構造生物学的ならびに速度論的側面から解析することにより、CagAによる胃がん発症の分子基盤を解明することを目的としている。精製したチロシンリン酸化CagAとSHP2を用いて表面プラズモン共鳴法によりCagAとSHP2の解離定数を測定した結果、CagAのEPIYA領域数が1個から2個へ増加する際にCagA-SHP2複合体の結合親和性が最も大きく増強されることが明らかとなった。また、GSTタグを付加したSHP2とチロシンリン酸化CagAを用いたGSTプルダウンアッセイにおいても単一のEPIYA領域を有するCagAと比較してEPIYA領域を2個以上持つCagAはSH2ドメインと効率よく複合体を形成した。次に、CagAのEPIYA領域数とCagAの病原性および発がん性との関係をさらに解析するため、様々な数のEPIYA領域を保持するCagA変異体を発現させた胃上皮由来AGS細胞を用いて、コラーゲンゲル浸潤アッセイを行った。その結果、EPIYA領域を1つ持つCagAを発現させた細胞においてはコラーゲンゲルへの侵入がほとんど見られなかったが、EPIYA領域を2個以上持つCagA発現細胞においてはコラーゲンゲルへの侵入が大きく増強する傾向が認められた。昨年度より、結晶構造解析を用いてCagA-SHP2複合体の三次元立体構造解析を目指し、精製したチロシンリン酸化CagAとSHP2のSH2ドメインとの共結晶化を行っている。当初、全長CagA(1186残基)とSHP2のCagA結合部位であるSH2ドメインを用いて共結晶化を行っていたが、良好な結晶が得られなかった。そこで結晶化の妨げとなりそうな部位を除いたCagA(261-1076残基)を作製してSH2ドメインとの共結晶化を行っている。26年度が最終年度であるため、記入しない。胃がんは世界部位別がん死亡数の第二位を占める。近年の大規模疫学調査ならびに動物モデルを用いた研究からピロリ菌cagA遺伝子陽性株感染と胃がんとの密接な関連が明らかとなり、胃がん発症機序への理解や胃がん治療への応用にCagAの生物活性発現における分子機構の解明が重要な意義を持つものと期待される。本研究ではCagAとその細胞内標的分子であるSHP2チロシンボスファターゼとの相互作用を構造生物学的ならびに速度論的側面から解析することを目的としている。CagAはそのC末側領域に複数存在するEPIYAセグメント内のチロシン残基がリン酸化されることによりSHP2と結合する。そこで、様々な数のEPIYAセグメントを保有するCagA変異体を作製し、ヒト胃上皮由来AGS細胞に発現させて免疫沈降実験を行った。その結果、EPIYAセグメント数の増加に従いSHP2の共沈量が飛躍的に増加することが明らかとなった。続いて、CagA-SHP2結合能を速度論的に解析した。まず、組換え型CagAのチロシンリン酸化とその精製を試みた。CagAとCagAのチロシンリン酸化酵素であるSrcキナーゼを大腸菌に共発現させ、菌体内でCagAをチロシンリン酸化させた。次に、アフィニティークロマトグラフィーによりCagAを精製した結果、CagAが高純度に精製されており、さらに精製後も高いレベルでチロシンリン酸化状態を保持していることが示された。次に、表面プラズモン共鳴法にて精製したチロシンリン酸化CagA変異体とSHP2との解離定数を測定した。結果、EPIYAセグメントの増加に伴いCagAとSHP2との結合親和性が飛躍的に高くなることが明らかとなった。現在は当初予定していたNMRを用いた立体構造解析に先立ち、結晶構造解析を用いてCagA-SHP2複合体の三次元構造解析を行っている。昨年度より、結晶構造解析を用いてCagA-SHP2複合体の三次元立体構造解析を目指し、精製したチロシンリン酸化

CagAとSHP2のSH2ドメインとの共結晶化を行っている。当初、全長CagA(1186残基)とSHP2のCagA結合部位であるSH2ドメインを用いて共結晶化を行っていたが、良好な結晶が得られなかった。そこで結晶化の妨げとなりそうな部位を除いたCagA(261-1076残基)を作製してSH2ドメインとの共結晶化を行っている。26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度はCagA-SHP2結合能の速度論的解析を予定していた。初めにCagAとSHP2との結合に必須であるCagAのチロシンリン酸化を試み、大腸菌体内でCagAをチロシンリン酸化させる新たな実験系を樹立した。さらに、チロシンリン酸化状態を維持したままCagAを高純度精製することに成功した。最後に、精製したチロシンリン酸化CagAと精製SHP2との結合親和性を測定し、CagAのSHP2結合部位数の増加に従いSHP2との結合親和性が増大することを明らかにした。以上の結果から、本年度の研究が順調に進展したと評価した。今後の研究推進方策としてまず、CagA-SHP2複合体の立体構造解析を予定している。現在、当初予定していたNMRによる立体構造解析に先立ち、当研究室で実績のある結晶構造解析を用いたCagA-SHP2複合体の立体構造解析を進めている。結晶構造解析が順調に進んだ場合、NMRを用いてCagA-SNP2複合体の動的立体構造解析を開始する。
国際バカロレア（ＩＢ）に基づく学校改革の推進―教科教育とＩＢの比較研究をふまえて

本研究では、国際バカロレア(IB)で求められる学力や教授法を我が国の教科教育研究の成果をふまえて検討し、IBの独自性や我が国の教育との違いだけではなく、教科教育との共通点や親和性を見出したうえで、日本の学校改革の手法としてIBを導入する原理と方法を提案することを目指す。具体的には下記の三点に取り組んでいく。(1)IBのMYPとDPの各科目の教育の特質を日本の教科教育との比較において明らかにしていく。(2)IBの原理を取り入れた日本の教科においても実践可能な教育プログラムを開発する。(3)高等学校と連携し、開発した教育プログラムを実践し、その効果を検証し改善していく。
北西太平洋の混合域における臭素系ハロカーボンの高濃度現象の解明

北西太平洋の混合域北部(40-42°N, 145-160°E)で表面海水中の臭素系ハロカーボン(CH_3Br, CH_2Br_2, CHBr_3)が高濃度になる現象を捉えた。また、30°Nでは亜表層に顕著な濃度極大が見られたのに対して、45°Nでは表層から亜表層にかけて一様な鉛直分布が見られた。臭素系ハロカーボンの水平・鉛直分布の特徴は、混合層の形成過程、大気への放出、植物プランクトンによる生成のバランスで決まることが考えられた。2010年910月に北西太平洋の混合域から亜熱帯域で海洋観測(淡青丸航海:鹿児島港-鹿児島港-長崎港)を実施した。海水をガラスボトルに入れてテフロンセプタムとアルミキャップで密封した。試料海水中のハロカーボン濃度をパージ&トラップ-ガスクロマトグラフ-質量分析計で船上測定した。研究船が航行中は表面海水を24時間毎に採取してハロカーボン濃度の水平分布を得た。定点ステーションでは表面から水深200mまで十層の海水を採取して、ハロカーボン濃度の鉛直分布を得た。特に、水温躍層付近の濃度変化を詳しく調べるため、躍層付近では510m間隔で採水した。黒潮流路を横切る観測ラインでは鉛直分布の日変化を調べるため、鉛直方向の採水を6時間毎に4回連続して行った。その結果、臭素系ハロカーボンの鉛直分布は亜表層に濃度極大が見られ、その分布形は僅かに日内変化した。海水中のハロカーボン濃度を決める要因を明らかにするため、乱流計測、プランクトン種・量の計測を共同(東京大学大学院農学生命科学研究科と東京大学大気海洋研究所による)で行った。それにより、亜表層に蓄積された生物起源ハロカーボンが表層に供給される量、表層における植物プランクトンによるハロカーボンの生成量を定性的に明らかにすることが期待される。本航海では表面海水をガラスボトルに密封し、現場の太陽光に照射する培養実験を行った。培養開始から12時間と7日後に培養海水中のハロカーボン濃度を測定したところ、臭素系ハロカーボンの濃度について有意な変化は見られなかった。植物プランクトンが増殖するときに臭素系ハロカーボンが放出されると考えられているので、今後は栄養塩を添加してプランクトンの成長を促進させる必要がある。本研究課題の目的は、2008年8月に北西太平洋の混合域北部(北緯4244度,東経145160度)で海水中の臭素系ハロカーボン(臭化メチル、ジブロモメタン、ブロモホルム)が高濃度になった現象について、その実態とメカニズムを明らかにすることである。そこで、2011年78月に北西太平洋の混合域亜寒帯域で海洋観測を実施して、海水中の臭素系ハロカーボン濃度のモニタリングを実施した。その結果、2008年の観測で高濃度が見つかった海域とほぼ同じ緯度帯で臭素系ハロカーボンが高濃度になることが再確認された。臭素系ハロカーボンの濃度を緯度分布にすると、混合域南部から北部に向かって濃度が上昇し、混合域北部を超えて亜寒帯領域に入ると濃度が急激に低下した。このような傾向は、2010年に南インド洋で実施した観測結果とも一致している。海洋では一般的に、夏季の混合域では北に向かうほど生物生産量が増え、それに伴い海水中の臭素系ハロカーボンの濃度が上昇することが考えられた。従来研究では、海域によらず植物プランクトン量が増えれば臭素系ハロカーボン濃度が上昇すると推測していたが、本研究により植物プランクトン量と臭素系ハロカーボン濃度に正の相関がみられるのは混合域に限ることが示唆された。混合域に生息する植物プランクトンは臭素系ハロカーボンを活発に放出するが、亜寒帯系の植物プランクトンは放出量が少ないことが推測された。2011年の海洋観測では、混合域北部の海水を採取して船上培養実験を行い、植物プランクトンが臭素系ハロカーボンを放出する量を調べた。船上培養実験の結果、植物プランクトンの増殖とともに臭素系ハロカーボンの濃度が有意に上昇することが確認できた。これまでの観測結果を総合すると、混合域は臭素系ハロカーボンの主要な放出源であり、放出量は生物生産量に依存することがいえる。
立体特異的光環化反応の研究

1)1,3-ジラジカルを用いての分子内環化反応;環状1,3-ジラジカルのラジカル部位と分子内で空間的に向き合う二重結合との反応を四環性アゾ化合物の光反応を用いて検討した。空間的に向い合った、ふたつの二重結合の熱的コ-プ転位反応に相当する、ホモコ-プ転位反応をこの系において見い出した。これはジラジカルの化学における全く新しいタイプの反応である。この反応は特異的に光反応でのみ起り、熱反応では見られなかった。2)1,3-ジラジカルを用いての小員環縮環系オキセタンの合成およびオキセタン環の特異的光化学的フラグメンテ-ション反応;オキセタン環が縮環した三環性のアゾ化合物の熱分解により、四、四、三員環縮環のひずみのかかったオキセタンを合成した。このオキセタンは、さらに高い温度の熱分解で立体選択的にシスシクロプロパンアルデヒド化合物を与えた。また上記アゾ化合の光分解では、形式的レトロ[2+4+2]反応によるフラグメンテ-ションを見い出した。本反応は熱的に生成した1,3-ジラジカルと光化学的発生によるものでは反応様式が違うというきわめて重要な知見を示すが、現在、この違いが生成する、1,3-ジラジカル種の違いによるものかどうか検討中である。3)ビニルカルベンの分子内環化反応;エステル側鎖末端に二重結合あるいは、芳香環を持つシクロプロペンの光分解および熱分解によりビニルカルベンを生成し、分子内環化反応によるラクトンの合成を行なった。特にフェニル基を側鎖に持つ系では、選択的にフェニル基二重結合に1,2-付加するという、きわめて例の少ない反応を見い出した。生成物である三員環縮環ラクトンは、ビニルカルベンの二重結合を利用したビニルシクロプロパン-シクロペンタン転位により、三環縮環系ラクトンへの変換も可能である。
無機塩・炭素系複合収着材を適用する高エネルギー密度の水蒸気収着冷凍機の開発

吸着冷凍機の冷熱出力密度を向上させるために,高密度活性炭素繊維(HDACF)の調製と,その塩化カルシウムCaCl_2との複合化,さらには, HDACFの伝熱促進について検討を行った。その結果,フェノール樹脂繊維を出発原料として,圧縮加熱,炭化,賦活処理により種々の見掛け密度のHDACFが調製可能で,溶液含浸法にてCaCl_2/HDACF複合材を得ることができ,それらは低水蒸気圧域における水蒸気収着能を示した。また, HDACFはアルミニウムメッシュ等との複合化も可能で,これらは収着冷凍機用の蓄水材として機能する可能性が示唆された。吸着冷凍機の開発課題のひとつである冷熱出力密度の向上には,吸着熱交換器に充填する固体吸着材への冷媒蒸気吸着密度の増大が不可欠である。本研究では,高密度の活性炭素繊維成形体(HDACF : High-Density Activated Carbon Fiber)に,蒸発潜熱の大きな水冷媒への活性を付与した無機塩複合収着材を調製し,これを吸着熱交換器に組み込むことで課題解決を目指すものである。今年度は,フェノール樹脂繊維を原料とするHDACFの製造,水との反応性に富む塩化ルシウムCaCl_2とHDACFの複合化とその水蒸気収着特性について検討を行い,次の知見を得た。1)圧縮加熱,炭化,ガス賦活の逐次操作により,見掛け密度0.401.05kg/m^3のHDACFが製造でき,圧縮荷重により変化する見掛け密度と比表面積は互いにトレードオフの関係にある。2)含浸法により容易にHDACFへのCaCl_2添着が可能となり,疎水性表面を有するHDACFでは,添着液にCaCl_2の水溶液よりメタノール溶液を用いる方が効果的であり,CaCl_2添着量の増大には,添着液を常にCaCl_2の飽和状態に保持することが重要である。3)HDACFの見掛け密度とCaCl_2添着量の間には相関関係があり,より高密度のHDACFでは一次繊維間の間隙が狭くなるために,添着液の内部浸透が阻害されてCaCl_2添着量の減少に繋がる。なお,本研究では最大でCaCl_2添着量40wt%の複合化HDACFが調製できた。4)複合化HDACFでは,CaCl_2添着量の増大に伴い水蒸気収着量が増加する傾向にあり,CaCl_2含有量に見合った量の水分子が水和反応により複合材に収着すると推測される。また,CaCl_2添着量が27wt%を超える複合化HDACFの水蒸気収着量は,市販シリカゲルのそれを上回ることが実証され,本研究で調製した複合材が高出力密度の収着冷凍機用蓄水材になり得ると考えられる。本研究の目的である水蒸気収着冷凍機の熱出力密度の向上を図るためには,蓄水材である固体収着材の熱交換器内への高密度充填と充填部の伝熱促進が重要となる。そこで今年度は,主に収着熱交換器内の伝熱促進を図るために,これまでに水蒸気収着能が確認された塩化カルシウムCaCl_2・高密度活性炭素繊維(HDACF)複合材と,良好な熱伝導性を有するアルミニウムAl平板との一体化について検討を行い,以下のことが明らかとなった。1)エポキシ樹脂/ポリアミド系バインダを用いることでCO_2賦活HDACF(比表面積996m^2/g)をAl平板上に固着させることができ,その後のHDACF層へのCaCl_2添着が可能である。なお,バインダ層の多孔化を目的とした炭化処理では500°C以上でHDACFがAl平板から剥離したことから,バインダ層の改質とその表面へのCaCl_2添着は困難と考えられる。2)バインダ無添加での一体化の一方法として,Al平板をHDACFで挟み込んだ状態で高温処理(Alの融点660°C以上)することでAlを溶融させ,その後徐冷して両者の一体化を試みたが,液体AlとHDACFの親和性が乏しくいずれの処理温度においてもその実現には至らなかった。3)HDACFの出発原料であるフェノール樹脂繊維およびHDACF前駆体(炭化物)は水酸化カリウムKOHによる低温薬品賦活が可能で,賦活収率はKOH/繊維重量比の影響を受ける。4)フェノール樹脂繊維層に,開口部を有するAl平板を挿入し圧縮加熱処理を施すことでAl平板一体型HDACF前駆体を調製できる。5)開口率66%のAlメッシュを,予めKOH賦活を施したHDACFで挟み込み圧縮加熱することで両者の一体化が可能である。本Alメッシュー体型HDACFはCaCl_2との複合担体となり得,その複合材は伝熱促進型の水蒸気収着材として機能すると考えられる。

液体冷媒の蒸発・凝縮と,冷媒蒸気の固体吸着材に対する吸脱着を利用して冷房・冷凍用の冷熱を生成する吸着冷凍機におけるエネルギー密度を向上させるためには,相変化熱の大きな冷媒を用いることと,蓄冷媒材である固体吸着材の熱交換器内への高密度充填と充填部の伝熱促進を図ることが重要である。本研究では,冷媒に水を,固体吸着材には高密度活性炭素繊維(HDACF)に水との反応性に富む塩化カルシウムCaCl_2を添着担持した複合材をそれぞれ適用する水蒸気収着冷凍機を開発することを目的としており,今年度は,昨年度までの結果を踏まえて,本複合材の水蒸気収着能の向上,複合材と金属Al伝熱平板との一体化,そして,一体化物の伝熱性能について検討を行い,以下のことが明らかになった。1)フェノール樹脂繊維を原料とするHDACFを用いて最大見掛け密度1.14kg/m^3までのCaCl_2複合収着材を調製することができ,相対蒸気圧0.29における水蒸気収着量は市販シリカゲルを上回る0.3kg-H_2O/kgまで到達した。また,水蒸気収着速度は複合材のCaCl_2添着量や調製時の焼成条件の影響を受ける。2)HDACFとAl板の一体化について,HDACFとAl板の接触面にAl微粉を挟み,不活性雰囲気下での高温溶融と徐冷処理により検討を行ったが十分な一体化物を得ることはできなかった。他方で,フェノール樹脂繊維とAl細線の混合物を原料として,圧縮加熱,炭化,CO_2賦活により高密度吸着材を調製することが可能である。3)エポキシ樹脂/ポリアミド系バインダを用いたHDACF-Al接着系と,バインダ無添加のHDACF-Al接触系によるエタノール蒸気吸着実験を実施し,前者において蒸気吸着に伴うHDACF層の温度上昇が後者に比べて抑えられ,バインダ添加によるAl板との一体化はHDACF層の伝熱促進に効果的である。
磁気優勢な領域における相対論的アウトフローの数値的解明

パルサー、ガンマ線バーストやブラックホールの周りの降着円盤など種々の天体から相対論的速度の流れが現れる。強い磁場が重要な役割と考えられているが、その実際の機構の理論的理解は依然未解決である。本研究補助金支援期間中に二つの主要な成果が得られた。二流体近似を用いてパルサー磁気圏の数値的モデルを構築したことと磁気優勢な状況での磁気再結合の研究である。後者の場合、再結合割合は磁気レイノルズ数と磁化パラメータに依存することを指摘した。磁場が支配的な領域でのプラズマ状態とそこから放出される相対論的な速度の流れの理論的解明を目的としている。二成分プラズマ(二流体近似)の運動方程式とマクスウェル方程式を無矛盾に解くという計算手法で、天体スケールの大域的な電磁場構造とプラズマの運動を調べる。これまでの研究ではプラズマの運動、つまり電流や電荷分布を仮定する、あるいは逆にそれらを全く無視し電磁場のみを求めるという近似法が採用され、結果が出ている。しかし、それらの結果の妥当性がわからないので、本研究では両方が無矛盾な解を求めることを重要視したものである。軸対称性と定常状態を仮定し、無矛盾な解を求めるという、これまで進めてきた数値計算結果の一部を今年度に公表した。公表論文参照。方程式系は4つの楕円型偏微分方程式の非線形な連立式になり、それをどのように解けるかが物理現象解明の鍵となる。磁場がそれほど強くない場合には比較的簡単に解に収束することが分かった。パルサーやマグネターの磁気圏構造の解明に応用するためには、さらに高精度の計算と効率的な収束方法が必要であることが分かり現在、その困難の克服に努力している。また、ブラックホールを含む磁気圏にも本研究の応用が可能で、一般相対論の効果を取り入れた定式化とその数値計算コードの開発も今年度に手がけた。一般相対論に由来する時空の曲がりは比較的容易に取り入れられことがわかり、今後この分野の研究にも役立てられる試算ができた。パルサー磁気圏やブラックホール磁気圏のモデル構築が可能になる。本研究では両方が無矛盾な解を求める数値的手法を模索している。高精度でと効率的な収束方法が必要であることが分かり、その困難の克服に努力している。以上が本研究の主要部分であるが、その他関連分野での共同研究により、多くの成果が得られた。パルサーの固有運動速度の起源解明の可能性(発表論文)超新星爆発の異方性により生じる可能性があるが、そのためには非常に大きな磁場が必要とされる。一方、磁場が中性子星誕生後にダイナモにより増幅されるなら、その後の影響が重要になる。そこで、磁気双極子と高次の多重極で磁気圏が形成されている場合、その配置により電磁気的な運動量を放出する。その反作用として得られる運動速度を見積もった。降着を伴うミリ秒パルサーの質量増加量の観測の統計的性質(発表論文)ミリ秒パルサーの磁場は弱く、磁気圏は小さい。そのため、降着物質による質量増加も大きいと想像できる。観測的に推察されているパルサーの質量を数多く取り扱うことにより、質量降着の性質の手掛かりとなる。その結果、連星系をなすミリ秒パルサーは比較的質量大きな方へと集団分布していることがわかった。また、巨大ブラックホールとその母銀河で進化の相関関係やブラックホール周りに存在する降着円盤から発する光から一般相対論の効果をさぐる方法に関しての成果をまとめた。磁場が支配的な領域でのプラズマ状態とそこからの相対論的な速度で噴出する流れなどに関連する現象を理論的な解明を目的としており、本年度はいくつかの異なるテーマで成果があった。時間の都合上多くは進展していないが、それぞれの研究テーマでさらなる成果も可能のように思える。磁気優勢な領域で高速で起こる磁気リコネクション(発表論文)短時間で起きるに磁気リコネクションのモデルの相対論的な場合への拡張が考えられてきた。非相対論的な磁気流体の場合は磁気Reynolds数(Lundquist数)にのみに流れが依存するが、磁気が優勢な相対論的な場合、磁気パラメータにも依存すると予想される。2次元X型ヌル領域におけるMHD波の集積とそこでの磁気散逸に関する数値計算結果の論文が公表された。今後より一般的な拡張や定常になる物理条件や非理想MHD条件が発現する条件・場所を時間発展の計算コードを用いて明確にする予定である。パルサーのガンマ線発光場所の観測からの制限(発表論文)パルサー磁気圏の構造解明に向けて、観測で求められているガンマ線パルス周期と理論モデルで合わせることで、その発光場所に関する情報を得た。また、いくつかの天体の観測量とモデルとを比較することで、おおむね磁気圏構造はForce-Free近似で求められたものに近いことがわかった。

マグネターの磁場進化(発表論文)マグネターは強磁場を持った中性子星であり、その永年的な磁場の進化にはホールドリフトが重要な役割を果たす。そこでその効果を取り入れた磁場の減衰を理論的に計算した。トロイダル磁場とポロイダル磁場が非線形結合を起こし、単純な指数関数的減少でなく、興味ある時間的振る舞いを示した。今後、マグネターの活動性との関連に研究を進展させる予定である。
合成ガスを用いる石炭ー石油系重質油のコプロセス処理

高硫分石炭と石油系重質油のコプロセッシングによるクリ-ン燃焼の製造において、基礎となる下記の二項目の研究を進めた。(1)モデル化合物を用いる石炭ー石油系溶剤のコプロセッシングアントラセンとベンゾチオフェンをモデル化合物として用いた場合、石炭液化触媒として水素系でよく用いられるNiMo/Al_2O_3に助触媒として炭酸カリウムを含浸すると、合成ガス系においてもかなり高い活性を有することが認められた。合成ガスを用いた場合水素系にわずかに及ばないのは反応器内の水素分圧の差によるものと考えられる。デカリンを溶剤として用いると、デカリンの脱水素と異性化が起こる。この時デカリンのtrans/cis比は反応前より増加し、この比の高い時は特に水素化脱硫活性が高く、両者の間に相関が認められた。1ーナフト-ルを溶剤として用いても高い活性を得ることができた。これは1-ナフト-ルが分解や脱水酸基反応の過程で、デカリンの脱水素を促進し、水素シャトラ-の役目を果たしているものと思われる。アントラセンの水素化およびキノリンの水素化脱窒素は主として気相中の水素により起こるが、水素化脱硫反応は主に溶剤からの水素供与によって進行する。(2)石炭ー石油系溶剤のコプロセッシング石炭と溶剤のコプロセッシングにおいてもNiMo/Al_2O_3触媒は石炭の転化を進めるのに有効な触媒といえる。高い反応温度の時、反応生成物がさらに重合しやすく高分子物質を作るために石炭転化率は低くなるが、温和な反応条件下では水素系、合成ガス系ともに同程度の高い活性を得ることが可能である。溶剤のデカリンはモデル化合物の場合と同様に,trans/cis比の増加が大きい時石炭の転化率も高いことから、デカリンの異性化と石炭の水素化との関連が示唆される。また1-メチルナフタレンは水素供与性がないが、テトラリンの場合と同程度の活性を与えることに寄与し、1ーナフト-ルと同じ作用を示したと思われる。
光遺伝学法と単一細胞光刺激装置を用いて、ホヤ幼生中枢神経系の機能解析

脊椎動物の脳の起源はホヤ幼生の脳と考えられている。脊椎動物同様に神経管より中枢神経系を構築されている。ホヤ幼生の神経細胞は僅か200個足らずである。幼生は半透明なので、光遺伝学手法(光照射により神経細胞を興奮または抑制させることができる手法)により、無傷の状態で特定の神経を興奮することができる。我々は、一細胞レベルで特定の神経を興奮させることができる単細胞光刺激装置を作製した。その装置を用いて一つの抑制性神経を興奮させると尾部運動は停止し、その興奮を解除すると尾部を左右に振る運動が見られた。このことから、この単純な神経回路で尾を左右に振る運動を引き起こすことが明らかにした。ホヤ幼生の中枢神経系は、僅か100個足らずの神経細胞から構成されている。非常にシンプルな神経系であるが、その機能解析はまだ殆どなされていない。光遺伝学的手法は、光照射で神経細胞を興奮させたり、抑制させたりでき、様々な動物で適用されている。ホヤ幼生においてもこの手法を試みてきた。特定の細胞タイプだけにチャネルロドプシンを発現させても、それらの細胞が密集して存在しているため、従来の光照射法では複数のニューロンを興奮させてしまう。その為、どのニューロンの発火が行動に結びついているのか同定することは不可能であった。光遺伝学的手法を適用するには、単一細胞だけを刺激するシステムが必要である。本研究では、単一細胞光刺激装置を作製し、それを用いてホヤ幼生の神経系の機能を明らかにする。本年度の目標は、単一細胞光刺激装置の作製であったが、設計上の不備が見つかった。当初の設計では、刺激光を長焦点対物レンズで集光し被写体の位置でビーム径が最小になるものと考えていた。しかし、対物レンズに入射する光の高さが想定していた位置よりも高くなり、被写体の位置にフォーカスできないことが分かった。光学機器メーカの技術者と検討した結果、レーザ光を光ファイバーに入射し、ファイバアダプタを介してコリメートした光を長焦点距離対物レンズに入射することになった。3つレーザを同軸上合わせ、光ファイバーに入射するには、専門的技術が必要である。3つのレーザ光が被写体上で5 um径のビームに絞り込むシステムをメーカで作製してもらうことになった。その為、予算の前倒し申請を行い、メーカ側と何度も機器の仕様及び価格交渉を行った。漸く、年度末に発注できるようになった。ホヤ幼生は、僅か100個足らずの神経細胞で中枢神経系を形成しており、特定の行動がどのように生じているのか、神経レベルで調べることが可能と思われる。本研究の目的は、光照射により神経の発火を誘導できるチャネルロドプシンを用いて、特定の神経を興奮したときに生じる行動を観察し、神経回路とその出力である行動との関係を明らかにすることである。まず、一細胞レベルで光刺激を与えることができる単一細胞光刺激装置を開発した。照準用630nm、チャネルロドプシン活性化用488nm及び、光変換蛍光タンパクmKikGRの緑色蛍光を赤色蛍光に変換するための405nmレーザを同軸上に集光させると共に、ビーム径を10umに絞り込めるようにした。またレーザを切り替えた時に対物レンズの色収差により焦点面が変化するため、補正できるようにした。特定の神経タイプだけにチャネルロドプシン及びその細胞をマークするための光変換蛍光タンパク質mKikGRを発現するコンストラクトを作製し、受精卵に導入することでホヤ幼生のコリン作動性神経及びGABA作動性神経特異的にチャネルロドプシンを発現することができた。コリン作動性神経にチャネルロドプシンを発現させた幼生を用いて実験を行ったところ、運動神経節に存在する5対の神経のうち前から3番目の神経に刺激光照射した時、幼生の遊泳運動が発動された。その後本格的に実験を行うとしたが、ホヤの発生が悪くなり正常な幼生が得られず、再現実験もできなかった。そこで、全神経細胞にチャネルロドプシンを発現するトランスジェニックゼブラフィッシュ稚魚を用いて実験を行った。耳胞部の一部の細胞に光刺激光を照射したとき、素早い逃避行動が見られた。単一細胞光刺激装置は、ゼブラフィッシュで適用可能であることが分かった。単一細胞光刺激装置が完成し、現有の倒立顕微鏡に設置した。しかし、試料を設置する上で極めて操作性が悪かったので試料台を改良した。試料台改良により、微妙に光軸がずれ、レーザビームの形状が悪化してしまい、それを修復するのに時間が掛かった。既存のパルス発生制御装置をレーザコントローラに接続し、レーザ発振のタイミングをコントロールできるようにした。照準用630nm、チャネルロドプシン活性化用488nm及び光変換蛍光タンパク質の蛍光色を変換する為の405nmレーザを長作動距離対物により集光する際に生じる焦点の補正を行った。昨年暮れにほぼ測定系が完成し、本格的に実験を始めた。コリン作動性神経にチャネルロドプシンを発現した幼生を用いて実験を行い、個々の神経に光照射したところ、運動神経節に存在する5つのコリン作動性神経の真ん中に位置する神経が尾部運動を引き起こすことが分かった。しかしその後の発生が悪くなり、チャネルロドプシンを発現する正常な幼生が得られなくなり、実験が頓挫した状態になっている。

例年水温が下がる冬場では、自然放卵せず卵が過熟になるため、受精率が減少し、奇形率が増加するものの、実験できるだけの幼生は得られていた。しかし今年度は、何度受精させても正常な幼生が得られず、また強制放卵させて新規の卵を産生するのを待ってから、受精させたりしているが、今のところ一向に正常な幼生が得られていない。その為、コリン作動性神経での実験は一回のみで、本年度の計画予定であったGABA神経の光遺伝学的測定はまだできていない。ホヤ幼生の中枢神経系は、僅か100個足らずの神経細胞から構成されている。特定の行動がどのようにして生じているのか、神経細胞レベルで調べることが可能であると思われる。本研究では、光照射により神経の発火を誘導できるチャネルロドプシンを用いて、特定の神経細胞を興奮させたときに生じる行動を観察し、神経回路とその出力である行動との関係を明らかにすることである。まずは一細胞レベルで光刺激を与えることができる単一細胞光刺激装置を開発した。光刺激用レーザのビーム径を10umに絞り込めるようにし、単一細胞レベルで神経細胞を興奮できるようになった。本年度は、抑制性GABA/グリシン神経細胞をターゲットにした。小胞型GABA/グリシントランスポータ遺伝子のプロモータにチャネルロドプシン及び光変換蛍光タンパク質mKikGR遺伝子を連結させたコンストラクトを受精卵に導入し、GABA/グリシン神経細胞にチャネルロドプシンを発現させた。GABA/グリシン神経細胞は抑制性神経にも拘わらず、幼生全体に光を照射すると、幼生は活発に遊泳行動を起こした。次に、単一細胞光刺激装置を用いて細胞レベルで神経を興奮させたところ、脳胞部後方に位置するGABA/グリシン神経細胞に刺激光を照射したとき、激しい遊泳行動が発動した。この神経が遊泳行動を引き起こすのに重要な神経と思われる。幼生後期(孵化後8時間以降)なると、幼生の遊泳運動が活発になる。その為、遊泳行動が自発的なものなのか、それとも光刺激に依るものか判定できない。そこで、自発遊泳を制御する方法を検討した。その結果、TRPチャネルの阻害剤であるAP-18を20 uM投与することで自発遊泳を抑制することができた。初年度に完成する予定であった単一細胞光刺激装置が、設計上の不備があり2年度まで持ち越された。この装置では照準用630nm、チャンネルロドプシン活性化用488nm及び光変換蛍光タンパク質の蛍光色変換する為の405nmレーザを長作動距離対物レンズで標的細胞に集光する予定であった。しかし、対物レンズの色収差によりフォーカス面が異なることに気付き、その補正方法見出した。結局、本格的に実験を始めたのは一昨年の暮れからになってしまった。ホヤは季節もので、8月から10月半ばまで間は実験ができない。最近、少しずつデータがでてきているものの、学生の研究指導に忙しくなり、期間内に十分な成果が出せなかったので、補助事業期間の延長を申請した。本研究は、光遺伝学手法用いて特定の神経細胞を興奮させたときに生じる行動を観測し、神経回路とその出力である行動の関係を明らかにすることである。我々は単一細胞レベルで神経細胞を興奮させることができる単一細胞光刺激装置を開発し、その装置を使い尾部前方に存在するGABA/グリシン
植物細胞の機能分化に関わる葉緑素シグナル

植物の最大の特徴は葉緑体を持つことである。我々は、無色のタバコ培養細胞の核より効率のよいin vitro転写系の開発に成功した。本研究は、このin vitro転写系を用いて、緑色細胞に存在する葉緑体シグナルの分子的実体を明らかにすることを目的とする。光合成暗反応系のリブロースジリン酸カルボキシ-ゼの遺伝子rbcSは、無色のタバコ培養細胞BY-2株では発現しない。このrbcSをBY-2株由来のin vitro転写系に入れても転写活性は低い。タバコの緑葉より核を純化し、核抽出液を粗分画して、rbcSの転写活性の増大する画分を得た。一方、BY-2株由来のin vitro転写系の調製法を改良し、RNAポリメラーゼIIIによるtRNA遺伝子の転写を効率よく行う系を得た。緑葉中に、光合成系の遺伝子発現を活性化する因子の有無を確かめることができたので、今後精製を試みる。植物のin vitro転写系は今までは無いに等しかったが、タバコBY-2の系が使えることを示したので、今後より使いやすいように改良を重ねる。
ES細胞特異的新規RasファミリータンパクERasの神経芽腫悪性化への関与

本年度は、ES細胞特異的に発現している新規遺伝子ERasの発現を実際の神経芽腫摘出標本で確認し、腫瘍細胞株を用いてERas発現による腫瘍形成能、薬剤感受性の変化について解析した。1,神経芽腫摘出標本でのERasタンパクの発現患者または患者家族から遺伝子およびタンパク発現の解析について同意を得た神経芽腫患者摘出腫瘍切片を用いて免疫染色によりタンパクレベルでの発現を確認した。抗体は研究協力者の山中らがすでに作成し、特異性を確認できている抗ERas抗体を用いた。今回用いたほとんどすべての神経芽腫切片で発現を確認したが、特に未分化な腫瘍細胞ほど強い染色性を示した。また、ERasタンパクは細胞内の細胞膜に局在していると考えられた。2,神経芽腫細胞株でのERasの発現神経芽腫細胞株では複数の細胞株でERas遺伝子の発現をRT-PCRによって確認していたが、Western blottingによってタンパクレベルでの発現も同時に確認できた。3,神経芽腫ERas遺伝子強制発現株の解析ERas発現が確認できている中でも低発現である神経芽腫細胞株SH-SY5Yを用いてERas遺伝子を導入し強制発現株を作成した。これらのクローン細胞株は細胞増殖能に影響は与えない一方で、soft agarを用いた足場非依存性の増殖を亢進し、シスプラチン、ドキソルビシン、エトポシド、ビンブラスチンといった神経芽腫への化学療法剤による細胞死を抑制した。この薬剤耐性のメカニズムにはERas発現による下流シグナル分子のリン酸化を介したERas/Akt pathwayの活性化が重要な働きをしている可能性が示唆された。
非マメ科栽培植物に窒素固定力を付与するための基盤研究

この研究は、マメ科植物の共生的窒素固定に係わる遺伝子群を植物と根粒菌(茎粒菌も含む)の双方で分離および構造解析を行い、最終的には非マメ科栽培植物に根粒形成能を付与し、窒素固定能を付けさせることを目的としている。第一に、材料としてセスバニアを選択し、この根粒形成関与遺伝子(enod40,enod12,カルシウム依存性プロテインキナーゼなど)を分離した。enod40は根粒形成のごく初期に発現され、細胞分裂に関与するペプチドをコードすると考えられている遺伝子である。この遺伝子は、植物では普通1つしか見いだされない。ダイズは2つのenod40を持っているが、1つは機能していないと考えられている。私たちの用いているセスバニアでは、まだenod40が分離されていなかったため、PCR法を用いて分離することを試みた。その結果、少なくとも4種のenod40がクローン化され、これらの2つは、セスバニア固有のものと考えられたが、その他のものは、1つがダイズのものに高い相同性を示し、もう1つはソラマメのものに高い相同性を示した。4つのenod40が1つの植物で見いだされたことはこれまで報告がなく、大変興味深い。enod12遺伝子については、全長を取得後発現部位をFISH法で解析した。この結果、この遺伝子は根粒原基で発現されることが確認された。さらに、これらの遺伝子以外で分離されているカルシウム依存性プロテインキナーゼ(CDPK)、薬剤耐性遺伝子、ストレス耐性遺伝子などの発現について、定量的PCR法で確認した。以上の研究以外に、培養細胞による遺伝子応答の研究も行っており、セスバニアの培養細胞系を確立した。この培養細胞を用いたNodファクターに対する遺伝子応答をenod40を指標として確認したところ、応答することが確認され、この系を用いた実験が可能となった。この研究では、マメ科植物の共生的窒素固定に係わる遺伝子群を植物と根粒菌(茎粒菌も含む)の双方で分離および構造解析を行い、最終的には非マメ科栽培植物に根粒形成能を付与し、窒素固定能を付けさせることが目的である。今年は、セスバニアの根粒形成関与遺伝子をいくつか分離した。今後は、これらの遺伝子の機能がどのように異なっているのかに焦点があてられる。カルシウム依存性プロテインキナーゼ(CDPK)は、細胞のシグナル伝達に関与するタンパク質である。根粒形成のごく初期にカルシウム濃度の上昇が細胞内で起こることが、組織レベルや細胞レベルで観察されている。そこで、本研究ではセスバニアのcdpk遺伝子をクローン化して、根粒感染初期におけるその発現を調べることとした。今年度は、PCRによるクローン化を試み、3つの遺伝子を分離した。これらの1つはダイズやシロイヌナズナの遺伝子とアミノ酸配列で約70%の相同性を示し、他の2つは50%前後の相同性を示した。

この培養細胞を用いたNodファクターに対する遺伝子応答をenod40を指標として確認したところ、応答することが確認され、この系を用いた実験が可能となった。この研究は、マメ科植物の共生的窒素固定に係わる遺伝子群を植物と根粒菌(茎粒菌も含む)の双方で分離および構造解析を行い、最終的には非マメ科栽培植物に根粒形成能を付与し、窒素固定能を付けさせることが目的である。この研究は平成9年度から開始した3年計画の研究である。研究の1つとして根粒形成時に植物で発現される遺伝子の取得を行っている。昨年はセスバニアの根粒形成の初期に発現される遺伝子であるenod40を分離し、これが4種存在することを示した。4つのenod40が1つの植物で見いだされたことはこれまで報告がなく、新しい発見であった。今年度はenod40については、全長のクローン化を行い、発現の時期などを調べた。また、新たにenod12を分離し、この遺伝子についても全長を取得後ノーザン解析を行い、根粒形成時に発現されることを確認した。さらに、これらの遺伝子以外で、根粒形成時に発現誘導されるその他の遺伝子としてカルシウム依存性プロテインキナーゼ(CDPK)、薬剤耐性遺伝子、ストレス耐性遺伝子などを取得し、これらの発現についても調査中である。これらの遺伝子のうちCDPKは多くの相同遺伝子が分離され、これらのうちでどれが根粒形成時に発現制御を受けるか興味が持たれる。研究の第2のテーマとして、ミヤコグサの遺伝子導入系の確立も目指しているが、今年度はGUS遺伝子をマーカーとしてIn planta遺伝子導入を試みた。また、第3のテーマとして培養細胞による遺伝子応答の研究も行っており、セスバニアの培養細胞系を確立しつつある。この研究は、マメ科植物の共生的窒素固定に係わる遺伝子群を植物と根粒菌(茎粒菌も含む)の双方で分離および構造解析を行い、最終的には非マメ科栽培植物に根粒形成能を付与し、窒素固定能を付けさせることを目的としている。この研究は平成9年度から開始した3年計画の研究であるが、研究の1つとして根粒形成時に植物で発現される遺伝子の取得を行っている。今年度は、enod12遺伝子を分離し、この遺伝子についても全長を取得後発現部位をFISH法で解析した。この結果、この遺伝子は根粒原基で発現されることが確認された。さらに、これらの遺伝子以外で分離されているカルシウム依存性プロテインキナーゼ(CDPK)、薬剤耐性遺伝子、ストレス耐性遺伝子などの発現について、定量的PCR法で確認した。以上の研究以外に、培養細胞による遺伝子応答の研究行っており、セスバニアの培養細胞系を確立した。この培養細胞を用いたNodファクターに対する遺伝子応答をenod40を指標として確認したところ、応答することが確認され、この系を用いた実験系が利用可能となった。
野生スイカにおける乾燥応答遺伝子の網羅的同定および乾燥誘導性シトクロムの機能解析

アフリカ、ボツアナに自生する野生種スイカは、一般に乾燥に弱いとされるC3型の光合成を営むにもかかわらず、超乾燥・高温に対して極度な耐性を有している。その分子機構を解明するため、乾燥ストレスにより発現量が変動する遺伝子を探索し、アセチルオルニチン脱アセチル化酵素(ArgE)、メタロチオネイン(MT)と、新規2ヘム型シトクロムb(シトクロムb561)のmRNA蓄積量が増大することが見出された。ArgEはアルギニンの生合成に関与すると考えられたため、野生種スイカの葉内の遊離アミノ酸量を測定したところ、アルギニン生合成系の中間体であるシトルリンが、乾燥ストレスにより細胞質中に約300mM程度まで蓄積することが判明した。さらに、シトルリンとヒドロキシルラジカルの二次反応速度定数は約3×10^9 M^<-1>s^<-1>であることが判明し、シトルリンが極めて優れた活性酸素消去能を有することが明らかとなった。またシトルリンは、代謝酵素の機能を阻害せず、細胞代謝に悪影響を与えないことも確認された。以上より、シトルリンは乾燥下での野生種スイカの酸化的傷害を抑制していると考えられた。MTは野生スイカにおいて超乾燥・高温下で発生する活性酸素の消去に関わる可能性が考えられた。現在、精製組換タンパク質を用い、MTの活性酸素消去活性について生化学的な解析を行っている。さらに、MT遺伝子をタバコ葉緑体ゲノムに導入した形質転換植物を作製した。今後この形質転換植物を用い、MTの生き理学的意義ならびに植物工学的可能性について検討したいと考えている。また、シトクロムb561は細胞質膜に局在することが示唆され、細胞外への還元エネルギー運搬に機能すると予想された。この仮説を評価するため、酸素電極と還元エネルギー指示薬を用いて、野生スイカの葉切片における細胞外への還元エネルギー伝達量を測定したところ、その値は他の植物に比べて顕著に高く、また乾燥ストレスの経過にともない増大することが明らかとなった。さらに、シトクロムb561のタンパク質レベルでの蓄積量と、細胞外への還元エネルギー伝達量との間に、正の相関が見られることが明らかとなった。以上の解析よりシトクロムb561が、乾燥ストレス下で発生する余剰エネルギーの散逸を通して、乾燥および高温耐性に寄与する可能性が考えられた。分子育種による農作物の耐乾燥性改良を推進していくにあたり、申請者らはアフリカ・ボツアナ原産の野生種スイカに注目した。この植物は、超乾燥条件下において水をほとんど失わずに生存する能力を持つが、驚くべきことに、一般に乾燥に弱いとされるC3型の光合成代謝を営む。また野生種スイカは、(1)強光・水ストレス下においても細胞構造の秩序が保たれ、光合成反応複合体が損傷を受けない。(2)乾燥ストレスに伴いアルギニン代謝経路の中間体であるシトルリンが高濃度で蓄積する、等の特徴があり、これらの現象は、スイカに独特の乾燥耐性機構の存在を反映していると思われる。しかしながら、野生種スイカが乾燥ストレス下において遺伝子発現をどのように変化させ、その結果どのような耐性メカニズムを構築しているのか、その全体像を包括的に解析する試みは未だ行われていなかった。そこで、蛍光ディファレンシャル・ディスプレイ法(FDD)を用い、乾燥誘導される遺伝子群を網羅的に同定し、得られた遺伝子の機能解析を通じ、野生種スイカの乾燥耐性分子機構を理解することを目的とした。これまでに34種類のプライマーの組み合わせによりFDD解析を行い、約2600のcDNAの中から84種の乾燥誘導遺伝子断片を単離した。得られた遺伝子断片の配列相同性検索により、アラビドプシスなどのモデル植物とは異なるユニークな遺伝子発現が明らかとなった。例えば、FtsHタンパク質は、葉緑体の光合成複合体PSIIのD1タンパク質の分解に作用するプロテアーゼで、他の植物においては乾燥誘導の報告は無いが、野生スイカでは乾燥ストレスにより誘導されていることが示唆された。このことは、野生種スイカが光合成反応複合体の光傷害を回避する能力に優れていることとの関連が考えられる。またアルギノコハク酸合成酵素やグルタミン合成酵素遺伝子などは、アルギニン生合成に関与する酵素遺伝子であり、上述のシトルリン高蓄積に貢献していると考えられる。誘導遺伝子の一つであるメタロチオネイン(MT)の全長cDNAを単離したところ、14個のシステイン残基を有する77アミノ酸のタンパク質が推定された。乾燥ストレスに応答してそのmRNA蓄積量は3.3倍に増加していた。MTの構造的特徴から、活性酸素種の一つであるヒドロキシルラジカルを迅速に消去することが示唆された。大腸菌内での組換体タンパク質の作出に成功しており、現在その活性酸素消去能について解析しているところである。さらに、誘導遺伝子のシトクロムb-561様遺伝子は、動物においては分泌ホルモン生合成に関与する膜貫通型還元力伝達因子であるが、植物からは遺伝子が同定されたことがなく、その機能・生理的意義は不明である。そこで野生種スイカからシトクロムb-561様遺伝子をコードする2種のcDNAクローンCLB561AおよびCLB561Bを単離した。それらは互いにアミノ酸レベルで42%の配列相同性を有しており、また2個のヘム結合部位の4ヶ所のヒスチジン残基が保存されていた。CLB561Bに特異的なペプチド抗体を作成しウェスタン・ブロット解析を行ったところ、予想される27kDにタンパクを検出することができた。