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サイバー・マニュファクチャリングにおける効率的情報資源配分に関する研究

平成15年度は主に,サイバー・マニュファクチャリングにおける効率的情報資源配分を実現するFMS管理システムのプロトタイプを開発した.すなわち,FMS管理システムのサブモジュールとしての生産情報の獲得と表示システム,離散事象解析ツールによる製造工程のモデリング,理論モデルに基づいた設計支援ツールを具体的にコンピュータ上に実装し,典型的な生産ロットサイズ決定モデルやスケジューリング技法に基づいたFMS管理システムの開発を行った.開発されたシステムでは,ニュートン法やペナルティ法などの最適化アルゴリズムに基づいた計算モジュールが用意されており,効率的情報資源配分を実現するためのプロトタイプとしては十分な性能を有する.平成15年度は5件の論文を権威ある査読付き国際会議において発表し,2件の論文と1件の著書(分担執筆)が採択された(出版は2004年度).また,上記の他にも学術雑誌に8件,国際会議に1件の論文を現在投稿中であり,研究結果を成果物として公表する準備を進めている.特筆すべき点は,国際会議等で発表した論文(特に,生産ロットサイズ決定に関する確率モデルや最適化アルゴリズムを援用したFMS管理システムを記述するための理論モデル)に対して世界各国から問合せが殺到していることであり,このことは本研究における理論的到達レベルの高さを顕著に示すだけでなく,実際の生産管理問題に対する波及効果が極めて高いことを示唆している.本研究プロジェクトでは,広島大学大学院工学研究科情報工学専攻研究プロジェクト「サイバー・マニュファクチャリングシステムの開発」の中のサブテーマである「効率的情報資源配分に関する研究」を実施し,情報資源配分機能を有するFMS管理システムのプロトタイプを作成することを目指す.具体的には,生産情報の獲得と表示,製造工程のモデル表現,設計支援ツールに関する方法論を開発し,さらに非同期性を伴う分散協調生産システムにおいて中心的な役割を演じるショップフロアツール制御,ショップフロア動作スケジューリング,ショップフロア環境を統合する監視システムの開発を行う.これにより,コンピュータ上で仮想的な生産環境のシミュレーションとオンライン制御をリアルタイムで実施することが現実のものとなり,効率的な情報資源配分を通じて生産システムの保全管理や生産品の品質管理を柔軟かつ適応的に行うことが可能となる.このような仮想現実環境下での効率的な資源配分は直ちに実システムのリアルタイム処理・オンライン処理に繋がり,システムの拡張性や耐故障性を格段に向上させるために有効である.初年度(平成14年度)は主に,サイバー・マニュファクチャリングにおける効率的情報資源配分を実現するFMS管理システムのプロトタイプに対する開発環境を整備した.特に,FMS管理システムのサブモジュールとしての(i)生産情報の獲得と表示システム(Giri),(ii)離散事象解析ツールによる製造工程のモデリング(土肥),(iii)理論モデルに基づいた設計支援ツールの開発(土肥,Giri)を行い,これまでに発表されてきた生産ロットサイズ決定の理論モデルやスケジューリング技法に関する文献を徹底調査した(土肥,Giri).(i)(iii)で述べた研究を実施するために,各種最適化アルゴリズムの実装,確率ペトリネットなどの離散事象シミュレータの活用,理論モデルの解析,進化論的計算などメタヒューリスティクスに基づいた知識獲得と表現法の開発が必要であった.さらに生産ロットサイズ決定の理論モデルやスケジューリング技法の精密化を行った(土肥,Giri).平成15年度は主に,サイバー・マニュファクチャリングにおける効率的情報資源配分を実現するFMS管理システムのプロトタイプを開発した.すなわち,FMS管理システムのサブモジュールとしての生産情報の獲得と表示システム,離散事象解析ツールによる製造工程のモデリング,理論モデルに基づいた設計支援ツールを具体的にコンピュータ上に実装し,典型的な生産ロットサイズ決定モデルやスケジューリング技法に基づいたFMS管理システムの開発を行った.開発されたシステムでは,ニュートン法やペナルティ法などの最適化アルゴリズムに基づいた計算モジュールが用意されており,効率的情報資源配分を実現するためのプロトタイプとしては十分な性能を有する.平成15年度は5件の論文を権威ある査読付き国際会議において発表し,2件の論文と1件の著書(分担執筆)が採択された(出版は2004年度).また,上記の他にも学術雑誌に8件,国際会議に1件の論文を現在投稿中であり,研究結果を成果物として公表する準備を進めている.特筆すべき点は,国際会議等で発表した論文(特に,生産ロットサイズ決定に関する確率モデルや最適化アルゴリズムを援用したFMS管理システムを記述するための理論モデル)に対して世界各国から問合せが殺到していることであり,このことは本研究における理論的到達レベルの高さを顕著に示すだけでなく,実際の生産管理問題に対する波及効果が極めて高いことを示唆している.
20世紀以降の器楽音楽と電子音響音楽における音色の理念と表現技法の研究

音楽における「ひびき」は20世紀後半以降、さまざまな作曲書法によって新しい局面を開いてきた。1940-50年代に現れたミュジック・コンクレートや電子音響音楽や、セリー書法をより広く音のパラメータに応用したトータルセリーと電子音楽では、和音や楽器法といった、「ひびき」を決定する諸様相から一歩踏み込み、電子技術や音響機器の技術を利用しながら、より細かい制御で電子的に音声を生む一方で、楽器倍音をデフォルメしたスペクトルやその変化のプロセスを楽譜上に書き起こすような作曲法も出現した。本研究では、先達の作品や研究論文を調査するとともに、作曲・作品講評を実践して今日的音色を探求した。20世紀、21世紀の器楽音楽と電子音響音楽における音色の理念と表現技法を研究する本課題において、平成27年度中には、音楽分析研究、作曲における音色プログラムの制作、作曲における上演効果研究、20世紀音楽に関する英独仏の音楽分析・理論やオーケストレーションの楽譜分析や出版された文献の研究などを行い研究の基礎固めをした。先行作品としてはS.シャリーノ、Ph.マヌリ、W.リーム、M .レヴィナスらの作品研究を行い、また、オペラにおける演出としての音響効果(サウンド演出)などについても研究を進めた。研究成果は、国際電子音響音楽研究学会2016(EMS2016、イギリス、シェフィールド)、電子音響音楽アジアネットワーク2016(EMSAN2016、岐阜県サラマンカホール)、日仏音楽交流シンポジウム(フランス、パリ)にて発表した。それぞれの発表の主題は、「柴田南雄におけるピッチ距離としての日本的音色言語」「電子音響音楽における遠隔性と複層的コミュニケーション」「1970年以前のGRMにおける日本の作曲家ーフランス電子音響音楽のスタイルをいかに学び、日本固有の表現を獲得していったか」である。なお、EMS2016での発表は同学会論文集に掲載されたほか、デンマークのSEISMOGRAPH誌でも取り上げられた。これらの研究成果を踏まえて、平成28年度にはソルボンヌ大学招聘研究員として3ケ月程度海外に滞在して、エレクトロニクスを含む新作オペラやインタラクティブ作品、電子音響音楽作品を技術面と美学との両面から調査する。また、ピエール・シェフェールの1940年以前の歴史的資料について現地調査を行う。文献研究や楽譜分析、音響制作・解析という面での研究の基礎固めはおおむね計画どおりに進展した。シェフェールの資料に関して、IMECで保管され公開可能となっている一次資料を調査は平成27年度には行うことができなかったが、その理由は遺族との連絡がとれなかったということである。平成28年度には再度遺族との連絡を試みる。46月の期間にパリ・ソルボンヌ大学招聘研究員としてパリに在住し、フランス国立図書館をはじめ関連研究期間にて研究を推進した。音楽学分野での国際共同研究期間であるIreMusのメンバーとして電子音響音楽全般に渡る研究・および研究交流組織運営に携わっている。パリ在住期間には、国立音響音楽研究所IRCAMでの脳精神科学のシンポジウムに出席したほか、ソルボンヌ大学での講演、シンポジウム、数カ所での演奏会・歌劇上演会などに出席し、現代の器楽音楽・電子音響音楽上演の技術的・美学的問題に取り組んだ。フランス国立図書館では、ピエール・シェフールの日記やメモ等の一次資料、および193060年代のjournal資料を調査し、ラジオの技術と番組制作、ラジオ芸術の構想と実践の実態などを明らかにした。若い演劇青年シェフェールが実験音楽の創始者になるまでの「音響・音色にまつわる経験」という脈絡で整理し、日本音楽学会、先端芸術音楽創作学会で成果を発表した。フランスのスペクトル楽派を代表する作曲家のひとりジェラール・グリゼイの音色概念を明らかにする研究のうち、作品Vortex Temporumのスコア分析を行った。これについては平成29年度にまたがって継続的に分析・分析表示の研究をすすめている。電子音響音楽作品のレストレーション研究のため、作品データの記録フォーマットについて研究を行った。IRCAMでのミクスト音楽作品の記録を参照し、日本電子音楽協会および先端芸術音楽創作学会で議論を継続している。シェフェールの関連資料についてはフランスでの調査を終え、S.Emmersonとの比較を開始している。ジェラール・グリゼイの音色概念を明らかにする研究のうち、作品Vortex Temporumのスコア分析を行い、分析・分析表示の研究をすすめている。電子音響音楽作品のレストレーション研究のため、作品データの記録フォーマットについて日本電子音楽協会および先端芸術音楽創作学会で議論を継続している。「電子音響音楽」として、「ひびき(=音響オブジェ)」のコミュニケーション理論の歴史的出発点としてのピエール・シェフェールと同時代作品、インタラクティヴ・メディア音楽のシステムと作品、および、ネットワーク音楽での時空間美学という視点で研究を行った。2015年度には、ピエール・シェフェールの著書「音楽オブジェ論」を基本文献として関連の先行研究を調査し、研究成果を国際電子音響音楽研究ネットーク、同アジアネットワークの年次大会、日仏音楽交流シンポジウム、サラマンカ音楽祭等で発表した。2016年度には、4月6月の3ケ月間、パリ・ソルボンヌ大学の客員研究員としてパリに滞在して、フランス国立図書館の古書・資料調査を行い、同大学で日本とフランスの電子音響音楽に関する関係史に関する研究発表を行った。同期間中、フランスの音楽学研究組織IreMusのシンポジウムに3回出席したほか、芸術工学会ヘルシンキ大会参加、ナント歌劇場新作オペラ(フランスワ・パリ)、ケルンの西ドイツ放送資料館、サンドニ音楽祭、シュトックハウゼン「ルシファーの別れ」

上演、IRCAMマニフェスト音楽祭、サンメリー教会フランソワ・ベイル作品展、パリ日本文化会館インスタレーション等を視察して関連研究を行い、ヴェネチアとトレヴィソにおいて作品「明澄な水」「水都孤遊」を発表した。研究成果を国際美学会、日本音楽学会、台北芸術中心、先端芸術音楽創作学会、日本電子音楽協会で発表した。2017年度には再びフランス国立図書館でピエール・シェフェール関連の一次資料と視聴覚資料を調査し、ミュジック・コンクレートを発明する前のシェフェールの活動について研究を行い、研究成果を日本音楽学会、国際コンピュータ音楽学会、芸術批評誌REARにおいて発表した。音楽における「ひびき」は20世紀後半以降、さまざまな作曲書法によって新しい局面を開いてきた。1940-50年代に現れたミュジック・コンクレートや電子音響音楽や、セリー書法をより広く音のパラメータに応用したトータルセリーと電子音楽では、和音や楽器法といった、「ひびき」を決定する諸様相から一歩踏み込み、電子技術や音響機器の技術を利用しながら、より細かい制御で電子的に音声を生む一方で、楽器倍音をデフォルメしたスペクトルやその変化のプロセスを楽譜上に書き起こすような作曲法も出現した。本研究では、先達の作品や研究論文を調査するとともに、作曲・作品講評を実践して今日的音色を探求した。シェフェールの一次資料について引き続き調査を行う。平成28年度は、3ケ月程度海外に滞在するので、音色を作品の主要な課題としている現代音楽作品に数多く接する予定であり、各作品について音色レポートを作成する予定である。20世紀後半の前衛作曲家たちが開拓した、<timbre><tone color><resonance><sound><space><Farben><Klang><ねいろ>等の概念とコンテキストを整理し、作曲家、理論家ごとの実践法・分析法を明らかにするとともに、それらを比較可能にする座標軸を設定する。平成29年度は本研究の最終年度にあたるため、研究者や作曲家ごとに統一化されていなかった音色概念を統体的にとらえる方向づけをして報告書を執筆する。国際学会EMS( Electroacoustic Music Studies)を日本で初めて開催し、その実行委員長として各国からの研究のとりまとめを行う。EMSの参加者は50名あまりを予定しており、平成29年度初頭時点で要旨が集まっている。作曲・音楽学平成27年度は研究の基礎固めであり、文献研究や楽譜分析などを中心に行った。当該研究では外国文献や楽譜のほか、1940年以前の歴史的資料を参照する必要があるが、基礎固めを行った平成27年度には、海外での調査や資料集めよりも所属大学での研究実施を重視したため、入手できる資料に限界があった。平成28年度にはフランスのソルボンヌ大学招聘研究員として研究を継続し、現地での資料収集や現場調査を中心的に行う。
短距離相互作用をもつ二次元、三次元スピングラスの動的性質

三次元±Jイジングモデルは有限温度でスピングラス(SG)相へ相転移するのは確からしいが、その低温相の性質はまだ明らかになっていない。現在、低温相のモデルとして三つの描像が提案されている。どの描像が正しいのかを明らかにするために、昨年度は計算機実験によりこのモデルを調べたが、平衡状態の性質としては確定的な結果を得るには至らなかった。一方、四次元±Jイジングモデルに対しては、強磁性ボンドの割合が0.5の場合に低温相がParisi相であることを支持する結果が最近幾つか提出されている。もし低温相がParisi相ならば、多重臨界点近傍でオーダーパラメーター分布関数P(q)に混合相の徴候を見ることができるはずである。さらに、四次元系は三次元系に比べてSG転移温度が高いので、混合相転移温度も高くなり、MCシミュレーションによる研究がより容易になると思われる。このような動機により四次元系を調べた結果、多重臨界点近傍の強磁性側でのP(q)は、温度の低下とともに、まず常磁性-強磁性転移によるピークの移動を示し、さらに低温で、2ピーク構造への変化が見られた。これは混合相転移を示している。サイズ依存性の点から、熱力学的極限でこの相転移を明確にすることが今後の課題である。上で述べたモデルはボンドモデルと呼ばれるものだが、サイトモデルを考えると、フラストレーションのはいり方が異なり、ボンドモデルとは定性的に異なる結果が得られることがわかった。具体的に調べたモデルは、二次元イジングモデルである。ボンドモデルのときには有限温度でSG転移がないことは良く知られた事実であったが、サイトモデルでは有限温度でSG転移をすることを、計算機シミュレーションにより始めて確かめることができた。現実の物質はボンドモデルよりサイトモデルのほうがはるかに多く、三次元系などでどのようになっているのかなど、大変興味深い問題が多く残されており、今後それらを検討してゆきたい。
Noise-Adaptive Statistical Speech Synthesis in Varying Acoustic Environments

近年研究開発が積極的になされている統計モデルに基づく音声合成は、クリーン環境下において、人間の自然音声と同レベルの明瞭性を実現できるようになってきている。本研究では、環境ノイズが人間の音声生成および聴覚に与える影響を調べ、その知見をもとに、様々な騒音下で音声合成システムの明瞭性を自動的かつ適応的に改善する手法の実現を目指した。この目的のため、騒音下で見られるロンバード効果を伴った音声を収録した。また騒音下でノイズによるマスキング効果等を考慮し、明瞭性を自動予測するGlimpseという聴覚モデルを導入し、音声合成システムのスペクトルパラメータを、この聴覚モデルに基づき、自動的かつ適応的に変化させる手法を提案し、音声合成システムの明瞭性が改善することを確かめた。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
遺構調査を軸とした初期産業建造物についての調査研究

本研究は申請時の研究計画では,実施年を3年としたが,単年度採用のため若干の変更を行った。交付申請書に記した如く,本年度の研究の基本目的は,民部・大蔵・内務・工部といった,我が国の近代産業移植に中心的な役割を果たした各寮司が設立(建設)した産業施設の現在遺構調査である。調査を行った遺構は全国に及ぶが,その主たるものを挙げれば,工部省ー・旧佐渡鉱山・旧生野鉱山三池炭鉱旧中小坂鉱山大蔵省ー旧富岡製糸所,内務省ー旧新町屑糸紡績所旧下総種畜場陸軍ー旧岩鼻火薬製造所等がある。これ等については遺構の実測調査,資料の所在確認等を行った。成果の一例を挙げれば,旧工部省系の現存遺構については,生野鉱山等でこれまで知られぬものを確認でき,富岡製糸所では初期の建設された横須賀製鉄所製の貯水漕等の実測を行なった。また新町屑糸紡績所では,明治10年の当初遺構の現存を確認した。これ等の成果の一部はすでに学会にて発表し,また一部地域ではリストも作製し発表している。概して言えば,明治期(特に明治初期)に設立された官営産業施設の遺構は初期に想定していた数よりもきわめて多く現存しており、また我が国の西欧建築技術導入史上看過できぬ貴重な遺構も数多いことが判明した。現在,その状況に関する現存遺構のリスト化を計画に従って作製中である。しかし,遺構の重要性より考え,より詳細な調査研究が必要であると考える。なぜならば,今年度の研究では,これまでなされなかった,何がどこにどのように残っているかという概要は把握したが,その中には重要遺構として調査が必要なものが,数多いからである。今後,建築史を軸とし他の技術分野とも共議を行ない我が国の技術導入史について分析を深めていきたいと考えている。
非還元型卵子を用いたクローン魚生産に関する研究

自然4nドジョウの精子と通常2nの卵子の受精に以来する2n×4n交配群の3n中,大型卵と小型卵を産することが判明している雌親魚を選び,成熟卵を得た。そして,3nの大型卵をUV照射精子で受精し,雌性発生を誘起した群(3n×UV)と受精後5分に,750kg/cm^2の圧力処理を1分間加え,極体放出阻止を行った群れ(3n×UV・PS)を作出した。染色体観察と赤血球長径測定より前者は3n,後者の一部は6nであることが判明した。これらの魚よりDNAを抽出し,HaeIII,HinfI,あるいはDraIIで切断後,33.6(セルマーク社製)をプローブとしてDNAフィンガープリント分析を行ったところ,雌性発生3n(3n×UV)供試魚の80%は雌親魚と同一のフィンガープリント像を示し,クローン固体となっていることが判明した。同じ雌に由来する雌性発生6n(3n×UV・PS)も同一のフィンガープリント像を示すことから,大型卵の形成にはApomixisが関与することが推察された。3n×UV群中,クローンとわずかに異なるフィンガープリント像を示す残り20%は,組換えにより生じるものと考えられる。雌性発生3n14個体中,12個体が雌親と同じAATアイソザイム表現型を示すのに対し,2個体が異なる表現型を示した事実も組換えの存在を示唆した。以上の研究より,2n×4nの交配に由来する3nは非還元的に卵を形成し,これら卵より生じる雌性発生3nの多数と,雌性発生6nの全個体は,遺伝的に同一のクローンであることが判明した。これらは新たな実験魚として広汎な応用が考えられるが,3nの卵形成において遺伝的組換えが生じる機構は不詳であった。今後,この点を含め研究をすすめることにより,減数分裂によらず配偶子形成が生じる機構解明を行う必要がある。
揺動散逸定理に基づく時系列データの非線形解析技術の統合化システムの開発

計量ベクトル空間内の流れに対するKM_2O-ランジュヴァン方程式論を構築し,流れの定常性を揺動散逸定理の形で完全に特徴づける特徴付け定理,定常流の構成定理と延長定理,非負定符号関数の延長定理を示した.さらに,退化した流れを扱うために,ウェイト変換の理論と離散時間局所的確率過程に対する非線形情報解析を展開した.それらの結果を用いて,マサニ・ウイーナーの研究以後永年懸案であった一次元強定常過程に対する非線形予測問題を解決した.さらに,多次元の局所的な確率過程に対する非線形情報解析を展開し,退化した流れに対するKM_2O-ランジュヴァン方程式論における線形予測理論を用いて,多次元の局所的な確率過程に対する非線形予測問題と非線形フィルタリング問題を解決した.カオス的時系列解析で用いられている動径基底関数系による近似定理を用いて,上記の非線形情報空間の別の生成系を構成した.さらに,定常性・因果性・決定性・カオス性を判定するソフト,ダイナミクスを導くモデルソフトと予測ソフトを統合するソフトを開発した.これによって,KM_2O-ランジュヴァン方程式論による因果解析・決定解析・モデリシグ解析・予測解析の複雑系時系列データへの適用が幅広く行われるようになった.計量ベクトル空間内の流れに対するKM_2O-ランジュヴァン方程式論を構築し,流れの定常性を揺動散逸定理の形で完全に特徴づける特徴付け定理,定常流の構成定理と延長定理,非負定符号関数の延長定理を示した.さらに,退化した流れを扱うために,ウェイト変換の理論と離散時間局所的確率過程に対する非線形情報解析を展開した.それらの結果を用いて,マサニ・ウイーナーの研究以後永年懸案であった一次元強定常過程に対する非線形予測問題を解決した.さらに,多次元の局所的な確率過程に対する非線形情報解析を展開し,退化した流れに対するKM_2O-ランジュヴァン方程式論における線形予測理論を用いて,多次元の局所的な確率過程に対する非線形予測問題と非線形フィルタリング問題を解決した.カオス的時系列解析で用いられている動径基底関数系による近似定理を用いて,上記の非線形情報空間の別の生成系を構成した.さらに,定常性・因果性・決定性・カオス性を判定するソフト,ダイナミクスを導くモデルソフトと予測ソフトを統合するソフトを開発した.これによって,KM_2O-ランジュヴァン方程式論による因果解析・決定解析・モデリシグ解析・予測解析の複雑系時系列データへの適用が幅広く行われるようになった.これまで,ウイーナー・マサニ以後未解決であった非線形予測問題を彼らと同じ条件:(1)確率過程は大域的で強定常性をもつ(2)確率過程の道(サンプル)の有界性(3)任意の有限次元分布の支えのルベーグ測度は正である(4)確率過程の平均はゼロであるの下で,KM_2O-ランジュヴアン方程式論に基づき計算できる非線形予測子のアルゴリズムを求めた.そこで用いたKM_2O-ランジュヴァン方程式論は計量ベクトル空間内の局所的な流れが一次独立所謂非退化な流れを扱っていた.実際の時系列データの因果解析・決定解析を行うときは,一次独立性が成り立たない退化した流れを扱う必要があった.退化したデータに対しては,定常解析における定常テストをも通過しないことがあった.後半の問題を克服するために,時系列データにそれとは独立な物理乱数を付加して,非退化な場合に帰着する手順を用いてきた.今年度はこの手順の理論的構造を調べ,ホワイトノイズ添加流の概念を導入し,もとの流れにウエイトをもったホワイトノイズ添加流を加えることによって非退化な流れに帰着し,ウエイトをゼロにするとき,非退化な流れに付随するKM_2O-ランジュヴアン行列が収束することを証明し,退化した流れに付随するKM_2O-ランジュヴアン行列を一意的に求めた.その応用として局所的な有界な確率過程に対する非線形情報解析を整備した.さらなる応用として,ウイーナー・マサニの非線形予測理論における前提条件の(1),(3)が完全に必要がなくなり,さらに,ウイーナー・マサニの理論を局所化し,非定常な局所的な確率過程に対する非線形予測問題を完全に解決した.さらに前に述べた前半の問題であった因果解析・決定解析を退化した流れにも適用できる理論的側面を整備した.昨年度は退化した流れに対するKM_2O-ランジュヴァン方程式論を三つの方向(局所的な非線形情報空間の解析,ウエイト変換の解析と線形予測理論)で展開し,それらの結果を用いて,マサニ・ウイーナーの研究以後永年懸案であった一次元強定常過程に対する非線形予測問題を解決した.今年度は多次元の局所的な確率過程に対する非線形情報解析を展開し,その結果と昨年展開した退化した流れに対するKM_2O-ランジュヴァン方程式論における線形予測理論を用いることによって,多次元の局所的な確率過程に対する非線形予測問題を解決した.連続関数の多項式近似を用いて上記の非線形情報解析の生成系を構成したが,カオス的時系列解析で用いられている動径基底関数系による近似定理をKM_2O-ランジュヴァン方程式論の枠組みで議論できることを証明した.これによって,KM_2O-ランジュヴァン方程式論による因果解析・決定解析・モデリング解析・予測解析の複雑系時系列データへの適用範囲が広がってきた.昨年度は多次元の局所的な確率過程に対する非線形情報解析を展開し,多次元の局所的な確率過程に対する非線形予測問題を解決すると共に,従来調べてきた因果性の概念より弱い意味の因果性の概念を導入し,それを調べた.

さらに,定常性・因果性・決定性・カオス性を判定するソフト,ダイナミクスを導くモデルソフト・予測ソフトを統合するソフトを開発した.これによって,KM_2O-ランジュヴァン方程式論による因果解析・決定解析・モデリング解析・予測解析の複雑系時系列データへの適用が幅広く自由に行われるようになった.
日本先史時代幼児骨格の形態学的研究

日本先史時代として、縄文時代と弥生時代を対象とし、幼児骨格(未成人骨格)の形態データから日本先史時代集団の成長の一端を説き明かすことを目標とした。以下のテーマに沿い研究を実施した。1.縄文時代人、弥生時代人未成人骨格のデータベース作成日本全国で行われてきた考古学調査の発掘報告書を検索し、縄文時代人、弥生時代人の未成人骨格のデータベースを構築した。入手困難な報告書がまだあるものの、前年までの作業で一通りのベースとなるものは整ったと考えた。予想以上に未成人骨格出土の遺跡による偏りが強い。すなわち特定の遺跡で幼児骨の出土が多くみられ、発掘調査によるバイアスが強いと考えられた。したがって現時点ではこのデータベースをもとに人口分布等の生物学的な情報を引き出すことは難しいと思われる。2.縄文時代人・弥生時代人未成人骨格の計測データ収集弥生時代未成人骨格は九州大学所蔵の資料を、縄文人骨に関しては東京大学、国立科学博物館、京都大学に所蔵されている資料を観察、データ収集を行った。3.頭蓋3次元座標データの収集購入した3次元ディジタイザを用いて、頭蓋の解剖学的特徴点の3次元座標を取り込み、このデータをもとに成長を分析する方法について、試みを始めた。また、実際の縄文・弥生時代未成人頭蓋のデータを収集した。比較資料として現代日本人幼児頭蓋若干例と江戸時代人幼児頭蓋のデータの収集を行った。日本先史時代として、縄文時代と弥生時代を対象とし、幼児骨格(未成人骨格)の形態データから日本先史時代集団の成長の一端を説き明かそうという目的で研究を始めた。今年度は研究計画にもとづき、以下のことを実行した。まだ完全に網羅できてはいないが、来年度以降の資料調査のベースとなるものは整った。また、報告書レベルで計測値データの記載のあるものをコンパイルした。2.縄文時代人・弥生時代人未成人骨格の計測データ収集弥生時代未成人骨格は九州大学所蔵の資料を、縄文人骨に関しては京都大学に所蔵されている資料を観察、データ収集を行った。来年度以降、データ量を増やすと共に、本年度1,2で得られたデータを分析し、全身的な成長(大腿骨長、上腕骨長)から身体各部位のプロポーション、頭蓋の形態変化などについて結果を報告していく予定である。日本先史時代として、縄文時代と弥生時代を対象とし、幼児骨格(未成人骨格)の形態データから日本先史時代集団の成長の一端を説き明かすことを目標としている。今年度は前年度から継続の以下のテーマに沿った研究を行った。入手困難な報告書がまだあるものの一通りのベースとなるものは整ったと考え、四肢骨データにつき以下のデータも加え分析を行った。2.縄文時代人・弥生時代人未成人骨格の計測データ収集弥生時代未成人骨格は九州大学所蔵の資料(追加資料)を、縄文人骨に関しては東京大学、国立科学博物館、京都大学(前年度の追加)に所蔵されている資料を観察、データ収集を行った。3.頭蓋3次元座標データの収集初年度に購入した3次元ディジタイザを用いて、頭蓋の解剖学的特徴点の3次元座標を取り込み、このデータをもとに成長を分析する方法について、試みを始めた。現在、四肢骨のデータを分析し、結果のまとめを進めている。

来年度は、比較データとして江戸時代の資料へのアクセスを考慮しつつ頭蓋の形態変化の分析における線計測データと3次元座標データの比較を行う予定である。日本先史時代として、縄文時代と弥生時代を対象とし、幼児骨格(未成人骨格)の形態データから日本先史時代集団の成長の一端を説き明かすことを目標ーとした。今年度は前年度から継続している以下のテーマに沿い研究を実施した。1.縄文時代人、弥生時代人未成人骨格のデータベース作成日本全国で行われてきた考古学調査の発掘報告書を検索し、縄文時代人、弥生時代人の未成人骨格のデータベースを構築した。入手困難な報告書がまだあるものの、前年までの作業で一通りのベースとなるものは整ったと考えた。一予想以上に未成人骨格出土の遣跡による偏りが強い。すなわち特定の遺跡で幼児骨の出土が多くみられ、発掘調査によるバイアスが強いと考えられた。したがって現時点ではこのデータベースをもとに人口分布等の生物学的な情報を引き出すことは難しいと思われる。2.縄文時代人・弥生時代人未成人骨格の計測データ収集弥生時代未成人骨格は九州大学所蔵の資料を、縄文人骨に関しては東京大学、国立科学博物館、京都大学に所蔵されている資料を観察、データ取集を行った。3.頭蓋3次元座標データの収集購入した3次元ディジタイザを用いて、頭蓋の解剖学的特徴点の3次元座標を取り込み、このデータをもとに成唱長を分析する方法について、試みを始めた。また、実際の縄文・弥生時代未成人頭蓋のデータを収集した。比較資料として現代日本人幼児頭蓋若干例と江戸時代人幼児頭蓋のデータの収集を行った。上記2と3のデータ収集に時間がかかり、分析はまだ終わっていないため、研究成果報告が完了していない。来年度1年かけて成果報告を完了させる予定である。
Endoポリガラクツロナーゼ機構解明を目指したオリゴチオガラクツロン酸の合成研究

昨年までに、5-チオガラクツロン酸の5位のエピメリ化が非常に早い事が判明した。従って、オリゴチオガラクツロン酸を合成するには、解決しなければならない問題点が複数あることが明かとなった。それらの問題点を解決するモデルとしてオリゴ-5-チオグルコースの合成を計画した。5-チオグルコースは文献に従い調整した。通常の糖化学ではベンジルエーテルが保護基として用いられるが、本目的の場合、分子内の硫黄原子が触媒毒となる事から最終段階で問題となることが予想された。そこでトリフェニルホスフィンによる還元反応で容易に除去可能な2-(azidomethyl)benzoateエステルが有効であることを明らかとした。この保護基は2001年関根らによって報告されたが、申請者も独自に合成法、応用法を開発した。チオピラノースのグリコシル化は、いくつか報告があるが、収率、選択性等に問題が残っていた。種々検討した結果、2位保護基にベンジル基や、p-メトキシベンジル基を持つドナーは多くのアクセプター良好な収率で且つ高いα選択性でグリコシル化が進行することが解かった。また、p-メトキシベンジルエーテルはDDQ酸化により硫黄原子を損ねることなく脱保護可能である事が判明した。これらを応用して、硫黄置換α-1,6-、及び1,4-グルカンを4量体としての合成を行った。一方、チオピラノース型のβ選択的グリコシル化反応はこれまで報告が無かった。条件を検討した結果、2位にベンゾイル基或いはピバロイル基を有するドナーは6位が遊離したアクセプターと高選択的にβ付加体を与える事が判明した。この知見を基に5'-チオゲンチオビオシドの合成に成功した。オリゴ糖の全てのテトラヒドロピラン環内酸素を硫黄原子で置換したオリゴ糖誘導体は、酸素原子と硫黄原子の類似性と、硫黄原子を含むアセタールは加水分解反応に対して安定である観点から、これまで詳細な反応メカニズムの解析が困難であったエンド型グリコシダーゼの優れた機能解明ツールになりうると期待できる。以上の背景から本研究を開始した。しかしながら、合成の困難さ故か5-チオ糖を構成糖とした多糖の合成例は非常に少なく、現在までチオ糖をグリコシルアクセプターとして用いた例はない。そこで、チオ糖の一定の位置を区別してグリコシル化できるように、選択的脱保護をも考慮したチオ糖の合成を検討した。予備実験から本研究の最終目的である5-チオガラクツロン酸は硫黄原子のもつ性質ゆえ、非常に脱水を起こしやすいことが判明したため本研究の第一段階として、5-チオグルコースを構成糖とするオリゴマーの合成を検討する事とした。チオグルコース合成はいくつか報告されているが、オリゴマー合成を目指した場合、保護基の選択など、全体の合成ルートを通して新たに検討する必要があった。グルクロノラクトンを出発物質に用い、既知の方法を参考に5位に硫黄官能基を導入した。さらに合成工程中、トリクロロアセタートエステルや、新たに開発した2-(アジドメチル)ベンゾアートエステルなどを必要に応じ任意の位置に他の保護基と区別で来得る保護基を導入し、1-3、1-4、1-6オリゴ合成ユニット糖の合成法に成功した。さらに、グリコシル化反応も検討しα体が優先的に生成する事を明らかにした。
強誘電体/半導体ハイブリッド格子界面の作成と評価

本研究は、酸化物(強誘電体)/半導体ハイブリット格子界面を作製し、それを有するヘテロ構造の性質を明らかにすることを目的としている。研究の結果得られた成果を以下にまとめる。1)水素終端化処理したシリコン(111)基板上に、酸化ストロンチウムを分子線エピタキシ-(MBE)法で蒸着し、エピタキシャル成長に成功するとともに、水素終端化の有効性を明らかにした。2)成膜プロセスを完全に自動化したMBE成膜システムを構築し、1原子層以下での原子層制御エピタキシ-を実現した。このシステムを用いて、半導性を有するチタン酸ストロンチウム(STO)基板上に、チタン酸バリウム(BTO)--チタン酸ストロンチウム(STO)の人工超格子および化学組成が連続的に変化する人工変調構造を作製した。その結果、半導体/誘電体で完全に格子が整合した理想的界面が得られ、誘電体層の物性を精度良く評価することが可能となった。BTO-STO人工変調構造は、両者が単に混合した固溶体とは異なる物性を示し、特に強誘電性ヒステリシス曲線の形が大きく異なることを明らかにした。3)サファイア基板上に半導体の酸化亜鉛を蒸着し、さらにその上に強誘電体であるタンタル酸リチウムを蒸着して半導体/強誘電体の積層構造を作製した。この薄膜について、分光エリプソメトリーにより光学物性の評価を行った。透明酸化物のヘテロ薄膜のエリプソメトリーに関しては従来までいくつかの問題があったが、本研究ではそれらをほぼ全て解決し、精度良く光学定数をきめることができた。得られた値はバルク単結晶と非常に良く一致した。本研究は、酸化物/半導体界面の構造、物性制御と理想的界面を形成することを目的としている。平成8年度の検討項目と研究の結果得られた成果を以下にまとめる。1)シリコン基板の水素終端化処理:シリコン基板上に酸化物を堆積する際、基板への酸素の拡散は大きな障害となる。そこでシリコン基板上の最表面のダングリングボンドを水素で終端化処理して耐酸化性の向上を試みた。基板を高純度HFおよびHF-NH4F混合溶液で処理することにより、大気中での表面酸化物形成を阻止することができた。2)シリコン基板上へのチタン酸ストロンチウム薄膜の作製:水素終端化処理したシリコン基板上に、まず、ストロンチウム金属を原子層エピタキシ-法で蒸着した。その結果、数原子層まではエピタキシャル成長が確認された。チタン酸ストロンチウムの成長には至っていないが、ストロンチウムとチタンの交互蒸着により、最終条件を設定すれば十分成長が可能であると考えられた。3)酸化亜鉛薄膜上への強誘電体薄膜の作製:サファイア基板上に半導体の酸化亜鉛を蒸着し、さらにその上に強誘導体であるタンタル酸リチウムを蒸着してMFS構造を作製した。イオンビームスパッタ法により、基板から超誘電体までが結晶学的方位関係を維持したヘテロ構造を作製することができた。その電気特性について検討したところ、MFS構造の特有の静電容量のバイアス電圧依存性を示すことが明らかとなった。15EA05:平成9年度は、シリコン基板上へのチタン酸ストロンチウム薄膜の形成と界面構造、物性の評価、さらに、酸化亜鉛/タンタル酸リチウム/サファイアの特性評価とトランジスタへの応用について検討する予定である。平成9年度の検討項目と研究の結果得られた成果を以下にまとめる。

水素終端化処理したシリコン基板上に、チタン酸ストロンチウム(STO)結晶を成長することを目的として、まずストロンチウム金属を原子層エピタキシ-法で蒸着し、エピタキシャル成長に成功した。しかし、チタンの蒸着により結晶性が著しく低下することが判明した。そこで基板を半導性のSTOとして以下の研究を行った。まず、分子線エピタキシ-技術を大幅に改良し、従来よりも約百倍精度の向上した完全自動化成膜システムを構築した。これを用いて、チタン酸バリウム(BTO)-チタン酸ストロンチウム(STO)の人工超格子および化学組成が連続的に変化する人工変調構造を作製した。その結果、半導体/誘電体で完全に格子が整合した理想的界面が得られ、誘電体層の物性を精度良く評価することが可能となった。BTO-STO人工変調構造は、両者が単に混合した固溶体とは異なる物性を示し、特に強誘電性ヒステリシス曲線の形が大きく異なることを明らかにした。酸化亜鉛薄膜上への強誘電体薄膜の作製と物性評価に関しては、サファイア基板上に半導体の酸化亜鉛を蒸着し、さらにその上に強誘電体であるタンタル酸リチウムを蒸着してMFS構造を作製した。この薄膜について、本年度は分光エリプソメトリーにより光学物性の評価を行った。透明酸化物のヘテロ薄膜のエリプソメトリーに関しては従来までいくつかの問題があったが、本研究ではそれらをほぼ全て解決し、精度良く光学定数を決めることができた。得られた値はバルク単結晶と非常に良く一致した。
祖先酵素復元実験に基づく真核生物祖先の生育酸素濃度の制約

本研究課題の目的は、酸素発生型光合成生物の祖先型Fe-SOD(Fe-superoxide dismutase)酵素を復元し、その活性を測定することである。祖先生物が保持していたFe- SODの活性から、地球史を通じた大気酸素濃度変動と生物の抗酸化システムの進化の関連性を解明することを目指した。研究1年目および2年目に、Fe-SODの過去の発現量推定・分子系統解析・祖先配列推定を完了し、約27億年前及ひ23-21億年前のものとされる、2種の祖先型シアノバクテリアFe-SOD遺伝子を合成した。さらに、シアノバクテリアNDK (nucleoside diphosphate kinase)を用いた祖先酵素復元実験も行い、シアノバクテリアの祖先が現在よりも高い温度環境に生息していたことを示した。今年度はこれらの成果を論文としてまとめ、その一部を国際学術雑誌に投稿中である。これに伴い、古細菌と真正細菌のFe-SODとMn-SOD(Mn-superoxide dismutase)について分子系統の再解析を行った。その結果、Fe-SODがシアノバクテリアの誕生以前に存在したという昨年度の結果に加えて、Fe-SODがMn-SODから進化したという新しい進化の描像が提示する計算結果が得られた。また、これら金属選択性の高いSOD(Fe-SODやMn-SOD)は、活性中心としてFeとMnの両方を用いることのできる金属選択性が低いSOD(cambialistic SOD)を起源とする可能性が示された。合成の完了した祖先型遺伝子について、これらを大腸菌内で発現・精製するための実験を開始した。発現用ベクターへの載せ替えの段階で困難が生じたため祖先型遺伝子を再設計したこと、研究代表者が異動したこと等に伴い、当初の実験計画には遅れが生じたが、今後も引き続き実験を遂行可能な状態にある。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。地球史における大気中酸素濃度の変遷とその生物進化への寄与を解明することは,地球史における最重要課題の一つである.本研究課題は、緑藻およびシアノバクテリアの祖先型Fe-SOD(Fe-superoxide dismutase)酵素を復元し、活性を測定することを目的とする。そして、祖先生物が保持していたFe-SODの活性と、地球史における大気酸素濃度変動との関連性を解明することを目指す。さらに、Fe-SODの活性から祖先生物の生育環境での酸素濃度を推定することで、酸素濃度上昇が生物進化、特に真核生物誕生に与えた影響を解明する。研究1年目である平成28年度は、祖先型酵素復元の前段階として、シアノバクテリアFe-SODの発現量の地球史的変動を推定した。また、祖先型酵素復元の第一段階として、シアノバクテリアFe-SODの祖先型アミノ酸配列を推定することを目指した。シアノバクテリアは20億年前の海洋表層に既に生息しており、大気酸素濃度変動の影響を直接的に受けて進化したと予想される。祖先型酵素復元に先立ち、シアノバクテリアFe-SODの発現量の地球史的変動を推定した。タンパク質の発現量は、祖先型プロモーター配列解析により推定した。解析の結果、Fe-SODは、シアノバクテリアと外群が分岐した約30億年前からある程度高発現していたことが示唆された。発現量は25-20億年前に生じた大気酸素濃度の上昇イベント付近で再度上昇していた。これは、大気酸素濃度の上昇に対する適応進化の痕跡である可能性がある。また、祖先型酵素復元に用いる祖先型アミノ酸配列を推定するため、現存のシアノバクテリアFe-SODのアミノ酸配列をデータベースから収集した。収集した配列に対しマルチプルアラインメントを行ない、配列に種間で高い相同性があることを確認した。これは、Fe-SODが祖先酵素復元に適していることを示している。本年度(平成28年度)に計画していたシアノバクテリアFe-SODの発現量推定は、計画通り完了した。シアノバクテリアの祖先型プロモーター配列解析は過去にも研究実績があったが、本年度はさらに、分子進化モデル、系統樹形、配列アラインメントに対する結果の依存性を解析することによって、結果の信頼性を検証した。また、プロモーターの配列相同性に加えてプロモーターの塩基数(-10および-35保存配列間塩基数)の解析を行い、総合的な議論を行った。これらの詳細な解析により、シアノバクテリアFe-SODは約30億年前から高発現していたという新たな結果が得られた。また、発現量が25-20億年前で再上昇していた可能性も示唆された。これらの成果の一部をまとめた論文を現在執筆中である。また、来年度(平成29年度)以降に予定していたシアノバクテリア祖先型Fe-SODの復元について、現存のアミノ酸配列の収集およびマルチプルアラインメントを既に完了した。マルチプルアラインメントの結果、配列に種間で高い相同性があることを確認することができた。祖先配列推定に用いる系統樹形も既に作成が完了している。これにより、来年度以降に行う祖先配列復元の準備が整ったといえる。本年度はさらに、受け入れ研究室で過去に復元実績のある他材料[祖先型シアノバクテリアNDK (nucleoside diphosphate kinase) ]を用いた実験を行うことで、タンパク質発現・精製・活性測定を行う実験技術を習得した。以上から、本年度までの本研究課題の進捗状況は良好であり、おおむね順調に進展しているといえる。

地球史における大気中酸素濃度の変遷と、その生物進化への寄与を解明することは、生命進化史を議論するための最重要課題の一つである。本研究課題は、緑藻およびシアノバクテリアの祖先型Fe-SOD(Fe-superoxide dismutase)酵素を復元し、活性を測定することを目的とする。そして、祖先生物が保持していたFe-SODの活性と、地球史を通じた大気酸素濃度変動との関連性を解明することを目指す。研究1年目であった昨年度(平成28年度)は、シアノバクテリアFe-SODの祖先型アミノ酸配列を推定するため、現存のシアノバクテリアFe-SODの配列をデータベースから収集し、マルチプルアラインメントを行なった。研究2年目である今年度(平成29年度)は、まず、研究1年目に作成したマルチプルアラインメントの改良を行った。具体的には、シアノバクテリアの外群となる真正細菌や古細菌の配列データを加え、手作業でアラインメントの正確性を確認し、修正を加えた。修正後のマルチプルアラインメントをもとに分子系統解析を行い、Fe-SODの起源が、原生代初期の大気酸素濃度上昇(大酸化イベント)やシアノバクテリアの誕生よりも古いことを確認した。さらに、修正後のマルチプルアラインメントに基づいて祖先配列推定を行い、約27億年前及び23-21億年前のものとされる、2種の祖先型シアノバクテリアFe-SODの遺伝子を合成した。今年度はこれらに加えて、シアノバクテリアNDK (nucleoside diphosphate kinase)を用いた祖先酵素復元実験も行い、シアノバクテリアの祖先が現在よりも高い温度環境で生息していたことを示した。これらにより、今後行う人工遺伝子の大腸菌内での発現・精製、及び酵素活性測定の準備が整った。今年度(平成29年度)に計画していた、シアノバクテリアFe-SODの祖先型アミノ酸配列の推定、及びその人工遺伝子合成に関しては、予定通り完了した。祖先配列推定に使用したFe-SODのマルチプルアラインメントは、昨年度の成果をもとにさらに改良を加えたものであり、より正確な祖先配列推定と分子系統解析が可能にするものである。分子系統解析の結果からは、Fe-SODがMn-SODとの遺伝子重複によって誕生したこと、遺伝子重複が起こったのは真正細菌と古細菌の分岐よりも後であるが、大酸化イベントやシアノバクテリアの誕生よりは前であったことを示している。この結果はFe-SODの進化についての新しい知見をもたらすとともに、祖先型Fe-SODの活性の進化が大酸化イベントを反映している可能性が高いことを示唆している。なお、本年度は祖先型Fe-SODの発現・精製法を確立することも目標の一つとしていたが、これに関しては、シアノバクテリアFe-SODを大腸菌内で発現・精製した先行研究の手法を踏襲する予定である。今年度はさらに、シアノバクテリアNDKを用いた祖先酵素復元実験を昨年度に引き続き行った。本実験からは、シアノバクテリアの祖先が現在よりも高い温度環境で生息していたことが示唆された。
多環式複合糖質プルラマイシン類の実践的合成法の開発

本研究は、多環性複合糖質であるプルラマイシン類を合成標的とした全合成研究である。プルラマイシン類の合成化学的問題点を解決し初の全合成を達成することで、有機合成化学の発展に貢献することを目的とする。さらに、より活性の優れた誘導体や標識化合物合成を視野に入れた実践的な合成経路を開発することで、生命科学分野への貢献を目指すものである。当該年度では、プルラマイシン類の部分構造となるC-グリコシド結合を持つナフトキノンの合成を目指した。その結果、ナフタレンの酸化の段階で予想外の反応が進行することが見出された。すなわち、目的とするナフトキノンではなく糖のベンジルイ位が酸化されたスピロアセタールが生成した。これはナフトキノンのカルボニル基が光を吸収して励起され、反応性の高いベンジル位の水素原子を引き抜いて進行していると推測された。そこで、カルボニル基を保護したナフトキノン、すなわちナフトキノンモノアセタールの合成を行ったところ収率よく目的物を得ることに成功した。合成したナフトキノンモノアセタールは後の骨格変換へと利用することが可能であり、プルラマイシン類合成のための重要な中間体として期待できる。現在、2つの糖が導入された基質に対して本変換反応の適用を検討し、プルラマイシン類合成に向けて鋭意検討中である。さらに、見出したスピロアセタール合成法についても知見を集め、汎用性の高い新反応の開発を検討している。
高等植物細胞の増殖制御への分子機構

本研究では、高等植物における細胞周期の制御機構を理解する試みとして、リン酸飢餓処理によるニチニチソウ同調培養系、およびオ-キシン飢餓、再添加によって誘導する同調培養系を用い解析を行なった。この結果、平成2年度、3年度において、以下の知見を得た。1.リン酸飢餓処理によるニチニチソウ同調培養系においては、(1)S期特異的遺伝子として単離したcyc07は、増殖の盛んな細胞においてのみ発現する。(2)cyc07に相同な遺伝子が、多くの種の高等植物、および酵母に存在する。(3)cyc07プロモ-タ-は、増殖の盛んな組織において特異的に発現を指令する。(4)出芽酵母においては、cyc07相同遺伝子は細胞増殖に必須の機能を果たしている。(5)cyc07は、増殖中の細胞に特異的に存在する非ヒストン核タンパク質をコ-ドしている。(4)動物細胞において細胞周期の進行に重要な機能を持っているとされるPCNAおよびサイクリンをニチニチソウからクロ-ニングし、塩基配列およびその細胞周期依存的な発現パタ-ンを明らかにした。2.オ-キシン飢餓、再添加によって誘導する同調培養系においては、(1)オ-キシンの添加によって発現が誘導される遺伝子を、無細胞翻訳系の産物として同定した。(2)オ-キシンの刺激により、発現が誘導される遺伝子をcDNAとしてクロ-ニングした。(3)これらcDNAの塩基配列を決定し、その構造を明らかにしたところ、ヒ-トショックプロティン90やparと相同な構造を有することが明らかになった。今回の研究によって得られたこれらの結果は、いずれも高等植物の細胞周期の研究に新しい知見を与えるものであり、本研究を継続することによって、更に興味深い新知見が得られると期待できる。本研究では高等植物の細胞増殖の制御機構を明らかにするために、リン酸飢餓処理によるニチニチソウ同調培養系、及びオ-キシン飢餓、再添加によるニチニチソウの増殖誘導系を用い解析を行なった。この結果本年度は以下に挙げる成果を得た。1.リン酸飢餓処理によって誘導される同調培養系においては、(1)細胞周期のS期に特異的に発現するcDNAをすでに数種類クロ-ニングしているが、このうちcyc07と名づけた遺伝子は、培地中の種々の栄養系を除去、あるいは量的に制限することによって飢餓処理を行い、細胞増殖を停止させると、極めて低いレベルに発現が抑えられる。(2)このcyc07はインタクトなニチニチソウ幼植物体では分裂の盛んな根端に特異的に発現が認められた。(3)cyc07に相同な酵母(S.cerevisiae)遺伝子を、PCR法によりクロ-ニングすることができた。(4)DNA複製に関与することが知られているPCNA遺伝子のニチニチソウにおけるcDNAを単離した。また、この単離したcDNAをプロ-ブとすることにより、細胞周期中の発現を調べたところ、S期に特異的に発現が認められた。2.オ-キシンに応答する増殖誘導系においては、(1)オ-キシン添加に伴い発現する転写産物を、in vitro translationの翻訳産物の電気泳動により検出することができた。(2)オ-キシン添加により誘導を受ける遺伝子のcDNAと数種類単離することができた。以上挙げたように、細胞周期の進行やその制御、及びこれらとオ-キシンとの関係において重要な機能を持つと考えられる遺伝子を複数個単離することができた。特にcyc07に関しては、高等植物のみならず広い範囲の生物一般の細胞増殖に関与するのではないかと期待される。今後、これらの遺伝子を解析していくことにより、細胞周期の分子レベルでの理解に寄与するものであると考えられる。

本研究では、高等植物の細胞周期の制御機構の解明に向け、リン酸飢餓処理によるニチニチソウ同調培養系、およびオ-キシン飢餓、再添加による同調培養系を用い解析を進めた。その結果、本年度は、以下の成果をあげることができた。1.リン酸飢餓処理における同調培養系を用いた解析においては(1)既に単離したS期特異的遺伝子cyc07のコ-ドするタンパク質に対する抗血清を調整した。この血清を用いて解析した結果、cyc07は非ヒストン核タンパク質をコ-ドしており、このタンパク質は増殖の盛んな細胞の核にのみ存在することを明らかにした。(2)このcyc07に相同な遺伝子が調べたすべての植物種および出芽酵母においても存在し、これらは増殖の盛んな細胞に特異的に発現する。(3)出芽酵母においては相同遺伝子が半数体ゲノム当たり2コピ-存在する。遺伝子破壊によってnull mutationを作製し、その表現系を解析した結果、1コピ-のみの破壊で、増殖の遅延を引き起こし、2コピ-同時に破壊すると致死となることを明らかにした。(4)ニチニチソウのcyc07ゲノムクロ-ンを単離し、プロモ-タ-領域の塩基配列を決定した。また、このプロモ-タ-をレポ-タ-遺伝子と融合させ、アラビドプシスに導入し、トランスジェニック植物を作製した。レポ-タ-の活性を測定することになって、cyc07プロモ-タ-の機能を解析した結果、細胞増殖の盛んな組織においてのみ機能することを確認した。2.オ-キシン飢餓、再添加による同調培養系においては、(1)オ-キシン添加にともなって発現する遺伝子のcDNAクロ-ニングを行なった。これら単離したcDNAの塩基配列を決定したところ、ヒ-トショックプロテイン90に相同な遺伝子、および既にオ-キシンに発現が誘導される遺伝子として、タバコから単離されているparと相同な遺伝子が得られたことが明らかになった。これら単離した遺伝子について更に解析を進めることによって、高等植物における細胞周期の制御機構の解明に寄与し得るものであると考えられる。