hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
損傷中枢神経組織におけるストレス応答メカニズムの検討-microgiaの反応を中心に-

(結果)IT投与群においてF4/80陽性activated microgliaは24時間後には観察されないことを確認した。Neu-N陽性神経細胞数は、IT非投与群において72時間後に有意に減少したが、7日後にはIT投与群においても減少し、両群間で神経損傷に有意差はなかった。また、IT非投与群では投与群に比べ針穿通部位におけるastrogliosisが早期に出現し、その程度も強かった。(結論)脳損傷時神経細胞に対し、保護的/攻撃的2面性を持つとされるmicrogliaは、脳穿通外傷時にはscavengerとしての攻撃的役割が優越していることが示唆された。
体内時計の光位相同調とメラトニン出力系の調節メカニズム

交付申請書に記載の研究実施計画に沿って研究を遂行し、下記の成果を得た。1.光依存的転写調節に関わる遺伝子配列(光応答エレメント)を同定するため、光に応答するピノプシン遺伝子のプロモータの解析を行った。その結果、18塩基からなる光応答エレメントを同定することに成功した。また、ゲルシフト解析の結果、この光エレメントに作用する因子は、肝臓等の種々の臓器に発現する転写抑制因子であることがわかった。2.概日時計発振系におけるMAPキナーゼの生理的役割の解明を目指して、咋年度に続きMAPキナーゼの標的分子を探索した。In vitroでのキナーゼアッセイの結果、BMAL1に加え、クリプトクローム(CRY1およびCRY2)がMAPキナーゼによってリン酸化されることが判明した。転写アッセイに基づく機能解析の結果、MAPキナーゼによるリン酸化に伴ってクリプトクロームの転写抑制能が修飾されることが分かった。そこで、リン酸化部位を特異的に認識する抗体を作製し、このようなリン酸化が生体内でおこっているかどうかを調べた。その結果、培養細胞において強制発現させたCRY1およびCRY2の特定のアミノ酸残基がMAPキナーゼによってリン酸化されることが明らかとなった。3.エクソロドプシンプロモータは、ゼブラフィッシュにおいて松果体特異的な遺伝子発現を誘導する。このプロモータを利用し、概日時計の発振における時計遺伝子産物(BMAL1およびBMAL2)の機能を明らかにすべく、これらBMALのドミナントネガティブ体を松果体特異的に発現するトランスジェニックゼブラフィッシュを複数系統樹立した。現在、これら個体のメラトニンリズムの解析を進めている。これと並行して、エクソロドプシンプロモータにおいて、松果体特異的な遺伝子発現を誘導するエレメントを決定しPIPE(Pineal Expression Promoting Element)と命名した。交付申請書に記載の研究目的に従い本領域では、ニワトリやラットの松果体における体内時計の光入力系・メラトニン出力系についての研究を遂行し下記の成果を得た。(1)ニワトリ松果体において光受容体と連関する2種類のG蛋白質(GtおよびG11)の全長cDNAおよび、時計遺伝子の候補分子群の部分cDNAの単離に成功した。(2)松果体において光刺激に伴いmRNA量が変動する複数の遺伝子を単離した。(3)松果体・網膜においてオプシン型光受容体はG11を介して光情報を概日時計に伝達し、位相同調を担っていることを明らかにした。(4)光による転写活性化の分子解析を進めるため、光依存的な転写誘導に関わるエンハンサー領域を同定した。(5)ラット松果体におけるグルタミン酸を介したメラトニン合成抑制経路の解析を進めるためグルタミン酸受容体を網羅的に検索した。その結果、代謝型受容体mGluR5およびイオン型受容体・AMPA型GluR1が発現していることを突き止めた。(6)グルタミン酸がラット松果体においてNATのみならずHIOMTをも阻害することを見いだした。(7)ラット松果体細胞におけるセロトニンの合成・分泌機構を調べた結果、Vesicular monoamine transporter 1が関与するという証拠を得た。(8)グルタミン酸信号の終止系として機能する形質膜型のNa^+-dependent glutamatetransporterのcDNAをラット松果体より単離した結果、新規のイソフォームであった。以上のように本研究では、脊椎動物の概日時計の入出力系について数多くの知見を得ることができた。今後、発振分子と直接相互作用する入力分子の同定を進めると共に、peripheral glutamatergic systemの全貌解明、未知なるセロトニンの動態解明が大いに期待できる。交付申請書に記載の研究目的に従い、ニワトリやラットの松果体における体内時計の光入力系・メラトニン出力系について研究を遂行し以下の成果を得た。(1)ニワトリ松果体に発現する概日時計遺伝子を単離した。その結果、哺乳類で同定されたBmal1,Clock,Per2の各オルソログに加え、新規Bmal1ホモログを発見しBmal2と命名した。BMAL1と同様、cBMAL2もcCLOCKと会合し、それぞれE-boxを介した転写を活性化するが、cBMAL2-cCLOCK複合体は、cBMAL2の用量依存的に転写活性化とその抑制を引き起こし、E-boxを介した新たな転写の調節メカニズムが示唆された。(2)ニワトリ松果体(あるいはカエル網膜)でMAPキナーゼ(MAPK)活性が明暗・恒暗条件下で日周変動すること、さらに暗期における光刺激により不活性化されることを見出した。MAPKの上流キナーゼであるMEKの活性を一時的に阻害するとメラトニンリズムの位相がシフトすることから、MAPKカスケードが松果体や網膜の概日時計システムにおいて重要な役割を果たすことが明らかになった。また、光によるMAPKの不活性化は、MAPKを脱リン酸化するフォスファターゼの光活性化によることを見出した。(3)ラット松果体に含まれるグルタミン作動系はメラトニン合成の抑制系として機能していると考えられる。このグルタミン作動系の構成因子を解析した。まず、出力系であるシナプス小胞様オルガネラの内部pHを定量すると共に、シナプス小胞様オルガネラに存在する小胞型グルタミン酸輸送体を同定した。また、松果体に発現しているグルタミン酸受容体を同定した。

(4)ラット松果体に存在する新規グルタミン酸輸送体のcDNAをクローン化し、発現系を用いてその性質を解析した。更に、松果体に含まれるDアスパラギン酸の細胞内局在性とメラトニン合成阻害機構を調べた。交付申請書に記載の研究目的に従い、ニワトリ松果体を主たる研究対象として概日時計システムに関する研究を遂行し、以下の成果を得た。(1)概日時計の光位相シフト(前進と後進)に関わる分子実体に迫る目的で、ニワトリ松果体において時刻特異的に光誘導される遺伝子を網羅的に探索した。その結果、位相後退時に特異的に発現誘導されるbZIP型の転写因子cE4BP4を同定した。転写アッセイの結果、cE4BP4は時計遺伝子cPer2の転写を抑制することが判明した。実際、ニワトリ松果体の時計位相が後退する時にはcE4BP4の光誘導と、それに続くcPer2の発現抑制が認められた。以上の結果からcE4BP4は、cPer2の転写を光依存的に抑制して位相後退を誘導する重要因子であると考えられた。(2)ニワトリ松果体に発現する時計遺伝子Cry1・Cry2のcDNAを単離し、培養松果体細胞における両遺伝子のmRNA量を明暗条件および恒暗条件下で調べた。その結果、明暗・恒暗いずれの条件においても両遺伝子のmRNA量には日周変動が観察されたが、両条件下におけるmRNA量が大きく異なり、いずれの遺伝子も明期にmRNA量の顕著な上昇が見られた。このことから、両遺伝子の転写は概日時計のみならず光による制御を受けていると考えられ、光位相シフトにCry1・Cry2遺伝子の光誘導が関与する可能性が示唆された。(3)様々な時計組織においてMAPキナーゼ活性は概日リズムを示すが、本研究において、時計蛋白質BMAL1がMAPキナーゼによってリン酸化されることを見出した。BMAL1分子のリン酸化部位を決定し、そのうちの一カ所のリン酸化に伴って、BMAL1の転写活性化能が低下することを明らかにした。MAPキナーゼ活性の日周変動は、BMAL1のリン酸化を介して概日時計の周期決定に重要な役割を果たすと考えられる。交付申請書に記載の研究実施計画に沿って研究を遂行し、下記の成果を得た。1.光依存的転写調節に関わる遺伝子配列(光応答エレメント)を同定するため、光に応答するピノプシン遺伝子のプロモータの解析を行った。その結果、18塩基からなる光応答エレメントを同定することに成功した。また、ゲルシフト解析の結果、この光エレメントに作用する因子は、肝臓等の種々の臓器に発現する転写抑制因子であることがわかった。2.概日時計発振系におけるMAPキナーゼの生理的役割の解明を目指して、咋年度に続きMAPキナーゼの標的分子を探索した。In vitroでのキナーゼアッセイの結果、BMAL1に加え、クリプトクローム(CRY1およびCRY2)がMAPキナーゼによってリン酸化されることが判明した。転写アッセイに基づく機能解析の結果、MAPキナーゼによるリン酸化に伴ってクリプトクロームの転写抑制能が修飾されることが分かった。そこで、リン酸化部位を特異的に認識する抗体を作製し、このようなリン酸化が生体内でおこっているかどうかを調べた。
トマトの腋芽抑制遺伝子の発現と機能解明

今年度は、abs1及び野生型の全ゲノムリシークエンシングを行った。SNPs全体の9割が集中する12番染色体に対して全染色体をカーバーするようにDNAマーカーを作成し、その他の染色体に短腕と長腕にアンカーマーカーを作成した。作製したマーカーは全ての染色体、特にEMS処理で誘導されたSNPsが集中している場所は全て網羅できる。しかし、脇芽の形質は栽培環境の変化に大きく左右される。より確かな結果を求めるためにF2個体を複数回栽培を行い、QTL解析の結果を比較した。その結果、12番染色体に寄与率が0.7%のマイナーQTL、3番染色体の長腕に表現型と有意に相関する遺伝子座を発見した。更に、3番染色体長腕のアンカーマーカー周辺に多数のDNAマーカーを設計した。QTL解析を行った結果、寄与率が43%のメジャーQTLを発見した。3番染色体長腕の候補領域を詳細に解析した結果、核膜孔構成タンパク質をコードする遺伝子にミスセンス変異が挿入されていることを明らかにした。今後、ファインマッピングなどを行い、表現型と候補遺伝子の遺伝型の相関を確認した上で機能解析へと進めていく予定である。また、abs1と相反表現型を示す脇芽が大きく生長できる変異体Shot Pedicle Length 1(SPL1)を発見した。spl1は単一劣勢遺伝子に支配され、一方でabs1がWTと交配した際に変異型が優性を示したので、spl1とabs1変異体はそれぞれ異なる遺伝子によって支配されていると考えられる。spl1とabs1を交配した二重変異体において、両遺伝子ともに変異アレルがホモ接合の場合は脇芽が大きく成長するspl1の表現型が完全優勢として現れたことから、SPL1はABS1の上流に位置すると考えられる。これらの結果は第14回国際ナス科学会(2017年9月・スペインバレンシア)で発表した。当初予期していないこと3番染色体の長腕に表現型と有意に相関する遺伝子座を発見し、結果を確かめるためにH29年度にF2集団100個体と150個体2回栽培し、再度連鎖解析を行った。いずれも発芽率が悪く、発芽する時間が通常の数倍がかかった。3番染色体長腕のDNAマーカーを用いた遺伝型解析を行い、生き残ったF2個体の多くはabs1変異アレルかヘテロ接合体であることがわかった。カイ二乗検定の結果、期待した分離比から大きく乖離した。他の染色体に座上するDNAマーカーは3:1の分離比に適合する結果となった。WTの脇芽に比べ、abs1とF1の脇芽の長さは有意に短いことが観察された。F2個体の多くは腋芽が小さいabs1変異体の表現型を示し、3番染色体長腕のDNAマーカーで決めた遺伝型と連鎖することが示唆された。また、供試個体の脇芽成長は栽培環境の影響を受けやすく、調査が難航した。マイクロトム野生型は個体差の少ない遺伝的に均一な状態であるはずだが、実際に脇芽サイズのばらつきが大きかった。栽培条件によって遺伝的に均一な状態である系統でも大きくばらつくので、環境による影響を抑えるための努力は欠かせない。これまでに4×4の育成ポットに間引きして8個体を均一に配置して栽培してきた。育苗期間の後により大きいサイズ(直径10 cm)のポットに移植した場合は、WTとabs1表現型の違いは明確であり、根系の発達程度が地上部に大いに影響した結果となった。よって、F2集団栽培する場合には直径10 cmのポットを使用して表現型調査を行う予定。頂芽を切り取るとすぐ下方の側芽が新しい頂芽となり成長し始めることは頂芽優勢として知られている。頂芽優勢のメカニズムにおいては、植物ホルモンのオーキシンが重要な働きを担っていることが知られている。abs1変異体が摘心後に脇芽成長が促進されるので、頂芽に過剰なオーキシン合成されていること考えられる。今後、マイクロトムオーキシン応答性レポーターライン(DR5レポーター)と交配し、GUSの応答パターンからオーキシン分布について調査する予定。また、遺伝型と表現型相関が有意に相関する3番染色体長腕の既存マーカーの近傍に新たなDNAマーカーを開発し、大規模集団を用いて候補領域のファインマッピングして遺伝子を絞り込む。候補遺伝子の機能解析すると共にオーキシン生合成遺伝子の関連について調べる。EMS処理により得られた矮性品種マイクロトム変異集団からドミナントネガティブの性質を示す脇芽抑制型の変異体abs1を選抜した。脇芽抑制の原因遺伝子を同定するため、WTとabs1を交配したF1個体、さらにF2、F3世代を用いた。親系統、F1、F2個体が3回栽培し、F2系統別F3個体は2回栽培した。開花後0日、15日、30日の各個体の全ての脇芽の長さを測定した。脇芽は開花時から開花後15日にかけて顕著に生長したが、開花後15日から30日までは生長が鈍化した。F2集団95個体の1番目の脇芽の長さは連続分布を示した。供試個体の脇芽長が異なる栽培条件下で変動したため、本形質は環境の影響を受けやすいことが示唆された。次世代シーケンサーを用いてWT及びabs1の全ゲノムシーケンスを行い、29,814箇所のSNPsが検出されだが、そのうち約9割に相当する24,463箇所が12番染色体に集中していた。変異が特に集中する12番染色体に対して21箇所のSNP及びINDELを選び、DNAマーカー化した。

遺伝子型を元に連鎖地図を作成し、表現型データと連鎖地図情報を元に、Composite Interval Mapping法でQTL解析を行った。結果、12番染色体の短腕の約9.0cMの位置に寄与率R2=0.08のQTLが検出された。続いて、1から11番染色体のSNPs密度が低く、連鎖地図作成ができないため、短腕と長腕に存在するSNPs各一ヶ所を選んでDNAマーカー化した。F2集団95個体を材料に用いてPCRによりDNAを増幅し、DNAマーカーに応じて制限酵素で処理して各個体の遺伝子型を判別してきた。現在、1から3番染色体は解析中、4から11番染色体に対して遺伝型と表現型の分散分析を行った結果、第5番と6番染色体の長腕にあるマーカーが表現型と有意に(P<0.01水準)相関することが判明した。当初予期していないこと供試個体の脇芽長が異なる栽培条件下で変動したため、本形質は環境の影響を受けやすいことが示唆された。栽培用ポットの大きさ、日照条件、温度条件に大きく左右されることが分かった。WT(脇芽が大きい)脇芽サイズのばらつきが大きいのに対して、abs1変異体(脇芽が小さい)のばらつきはやや小さいことが分かった。WT個体の脇芽が大きく成長できるが、栽培環境によってその能力が発揮できないと考えられる。WTの脇芽に比べ、abs1とF1の脇芽の長さは有意に短いことが観察されたが、F2集団95個体の1番目の脇芽の長さは連続分布となった。また、一般的に全ゲノム当たりにEMS処理によって誘発されるSNPsの数は平均3000から4000個と言われているが、本研究ではNGS解析によりWTとabs1変異体の間には29,814箇所のSNPsが検出され、そのうち約9割に相当する24,463箇所が12番染色体に集中していた。この数のSNPsは単純にEMS処理によるものと説明できなく、実際にF2集団表現型は連続分布に示すなど、複数の遺伝子によって支配される量的形質の可能性が大きいと考えられた。F2分離集団の表現型調査数回実施し、さらに脇芽サイズの値が両極端に示したF2系統由来F3個体(系統別毎に10個体)を2回栽培・評価したが、固体間分散が大きく、非遺伝的要因に影響される結果となった。今年度は、abs1及び野生型の全ゲノムリシークエンシングを行った。SNPs全体の9割が集中する12番染色体に対して全染色体をカーバーするようにDNAマーカーを作成し、その他の染色体に短腕と長腕にアンカーマーカーを作成した。作製したマーカーは全ての染色体、特にEMS処理で誘導されたSNPsが集中している場所は全て網羅できる。しかし、脇芽の形質は栽培環境の変化に大きく左右される。より確かな結果を求めるためにF2個体を複数回栽培を行い、QTL解析の結果を比較した。その結果、12番染色体に寄与率が0.7%のマイナーQTL、3番染色体の長腕に表現型と有意に相関する遺伝子座を発見した。更に、3番染色体長腕のアンカーマーカー周辺に多数のDNAマーカーを設計した。QTL解析を行った結果、寄与率が43%のメジャーQTLを発見した。3番染色体長腕の候補領域を詳細に解析した結果、核膜孔構成タンパク質をコードする遺伝子にミスセンス変異が挿入されていることを明らかにした。
外因による脳神経細胞死のモデルとその応用

本重点領域研究発足から現在までの間にパーキンソン病発症候補化合物として挙げられたものは20数種に及び、それらの候補化合物群から動物個体レベルにおいてもパーキンソン病類似症状を発症させ、かつヒト脳内在性化合物であることが確認されたもの2化合物を選出した。それは1-ベンジル-TIQとβ-カルボリニウムイオンであり、これら2化合物はパーキンソン病患者の脳脊髄液において明らかに増加していた。なおパーキンソン病患者の中にはβ-カルボリニウムイオンの集積が認められない例も存在したが、その際は1-ベンジル-TIQの集積が顕著であり、このことから「発症物質候補の1-ベンジル-TIQあるいはβカルボリニウムイオンのどちらかが蓄積していればパーキンソン病は発症する」という作業仮説をたて例数を増やし妥当性を確認した。更にTIQ骨格を有しており、ドーパミン構造をも備えている3′,4′-ジヒドロキシ-1-ベンジル-TIQを新たなパーキンソニズム発症物質候補として捉え、化学合成し、脳内在性を確認した。更に本化合物はドーパミントランスポーターにより認識され、ミトコンドリア呼吸阻害活性を有しており、連続投与することによりパーキンソニズムを発症した。このことから上記化合物は現在までの所パーキンソン病発症物質の候補として最有力のものであると考えられる。次にパーキンソン病モデル動物を用いた予防・治療法の開発に関して、チロシン水酸化酵素遺伝子と芳香族アミノ酸脱炭酸酵素遺伝子をそれぞれアデノ随伴ウイルスベクターを介して骨髄幹細胞に導入し、それをモデル動物に移植し症状の改善度を検討したところ、長期にわたってパーキンソニズム症状の改善が認められた。本研究の第一目標は真のパーキンソン病発症物質を突き止めることにある。更にその化合物を用いてパーキンソン病モデル動物を作製し、発症機序を明らかにすることにある。またその際、パーキンソン病のearly markerとしての応用に関しても検討する。第二の目標は上記モデルを用いたパーキンソン病の予防・治療法の開発である。本年度は以下に示す結果を得た。1)パーキンソン病患者脳脊髄液中に存在するパーキンソン病発症物質候補である数種の化合物に関して定量法を確立し、これらの化合物とパーキンソン病態との相関を検討したところ明らかなる相関が存在した。このことから、本研究グループによって提案している複数の候補化合物の相加効果によってパーキンソン病が発症する可能性が示唆された。また測定法の改良を検討し少量の脳脊髄液でも定量操作が行える方法を確立し、パーキンソン病診断のためのearly markerとして使用するための準備を完了した。2)パーキンソン病の発症機序の解明のため、これらの候補化合物の神経毒性を検討したところすべてに強い毒性が認められた。そのうち数種の化合物は線条体に多く蓄積することが判明し、また他の数種はドーパミントランスポーターに認識されることが示され、これら候補化合物がドーパミン神経に選択的に毒性を発現する可能性を示唆した。3)パーキンソン病薬の開発を目指し、検討を行い発症物質の類縁体の中に発症防御物質候補を見出した。本化合物は既存の抗パーキンソン病薬と全く異なる作用機作を有しており、現在詳細な薬効メカニズムを検討している。更にその化合物を用いてパーキンソン病モデル動物を作製し、発症機序を明らかにすることも目的としている。その際、パーキンソン病のearlymarkerとしての応用に関しても検討する。このことから、本研究グループによって提案している1-ベンジルTIQとβ-カルボリン類の相加効果によってパーキンソン病が発症する可能性が示唆された。そのうち数種の化合物は線条体に多く蓄積することが判明し、また他の数種はドーパミントランスポーターに認識され、ドーパミン神経に取り込まれることが示され、これら候補化合物がドーパミン神経に選択的に毒性を発現する可能性を示唆した。

更にTIQ骨格を有しており、ドーパミン構造をも備えている3′,4′-ジヒドロキシ-1-ベンジル-TIQを新たなパーキンソニズム発症物質候補として捉え、化学合成し、脳内在性を確認した。更に本化合物はドーパミントランスポーターにより認識され、ミトコンドリア呼吸阻害活性を有しており、連続投与することによりパーキンソニズムを発症した。このことから上記化合物は現在までの所パーキンソン病発症物質の候補として最有力のものであると考えられる。次にパーキンソン病モデル動物を用いた予防・治療法の開発に関して、チロシン水酸化酵素遺伝子と芳香族アミノ酸脱炭酸酵素遺伝子をそれぞれアデノ随伴ウイルスベクターを介して骨髄幹細胞に導入し、それをモデル動物に移植し症状の改善度を検討したところ、長期にわたってパーキンソニズム症状の改善が認められた。
Ｖｉｇｎａ属野生種の栽培化によるストレス耐性作物の開発およびその迅速化

マメ科Vigna属には多様なストレス耐性をもつ野生種が存在し、その一部は食用に採集されている。これらを栽培化すれば、新たなストレス耐性作物として利用できる。この過程をNeo-domesticationと呼ぶ。なお、栽培化形質を支配する遺伝子があらかじめ同定されていれば、変異原処理集団からの選抜過程がさらに容易になる。そこで本研究ではVigna属における栽培化関連遺伝子の単離とVigna属野生種の変異原処理集団の育成を試みた。当該年度はアズキの裂莢性が0%になる栽培化遺伝子(TIP)について、アグロバクテリウム法により栽培アズキに野生アズキのTIP遺伝子を導入した系統の作出に成功した。現在、形質評価のため隔離栽培を行っている。またV. stipulaceaの変異体ライブラリーを充実化させ、新たに種子休眠性と裂莢性に関する変異体を選抜した。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、劣悪環境に生息しているマメ科野生種を栽培化することによって、高いストレス耐性をもつ新型作物を開発することにある。この過程をNeo-domesticationと呼んでいる。当該年度は以下の3つの研究に取り組んだ。1野生種の栽培化病虫害に強く2ヶ月で世代更新できるVignastipulaceaについて、EMS処理後2回自殖して得たM2世代1588系統各6個体を栽培して人為突然変異の表現型選抜を行った。その結果、種子大型化、難裂莢性、わい性、色素変異を選抜できた。この成果はNeo-domesticationの実現可能性を示している。2栽培化遺伝子の同定人為突然変異の表現型選抜は莫大な労力を要するため、逆遺伝学的手法によってNeo-domesticationを達成するために難裂莢性を支配する遺伝子の同定を試みた。アズキと野生種の雑種BC3F3世代4222個体からQTL領域の組み換え個体を選抜した。選抜した個体を栽培して表現型を調査したところ、候補領域を10Kbまで絞り込んだ。この領域には単一の遺伝子が存在しており、現在、企業に委託して、アグロバクテリウム法による相補実験を行っている。3遺伝学研究基盤の構築逆遺伝学的手法によるNeo-domesticationに用いる遺伝子を評価するために簡便な形質転換法が求められる。このため、ウイルス誘導ジーンサイレンシング(VIGS)を外部研究者に委託した。ケツルアズキにおいてリンゴ潜在性ウイルスの感染を確認し、Vigna属でもVIGSが利用可能であることが示された。遺伝資源の導入:多様な環境に適応している野生種はNeo-domesticationの対象と成り得る。このためカンボジア北西部において遺伝資源の探索・収集を行った。その結果、Vigna属とGlycine属を含む6種50点の種子を収集することができた。その中で作物であるツルアズキ(V. umbellata)とV. minimaの雑種と考えられる植物を発見した。V. minimaは乾燥耐性に優れることから、この雑種は乾燥ストレス耐性作物開発の遺伝資源として利用が期待される。Neo-domesticationに用いる遺伝資源の評価:Vigna属の野生種と栽培種を含む71アクセッションについて核DNAのITS領域と葉緑体DNAのatpB-rbcL遺伝子間領域の塩基配列に基づいて分子系統解析を行った。その結果、Vigna属野生種間の系統関係が明らかになり、作物であるモスビーン(V. aconitifolia)の祖先野生種を同定したほか、リョクトウ近縁野生種の分類を改めることができた。また、石灰岩山で発見された野生種が種間雑種に由来することを示唆した。逆遺伝学的手法によるNeo-domestication:病虫害に耐性の野生種V. stipulaceaについて、2度のEMS処理を施したM2M2世代2112系統を得た。M2M1植物において全個体からDNAを抽出し、これを鋳型として、昨年度までに同定した種子大型化遺伝子(MOG)および難裂莢遺伝子(TIP)をPCR増幅し、96系統ごと22のバルクグループに異なるインデックス配列を付与してIllumina社のMiseqで塩基配列を決定した。その結果、MOGの終止コドンが消失した変異アリルおよびTIPの開始コドンが消失した変異アリルを検出することができた。本研究課題の目的は、Neo-domesticationのテストケースを示すことに加え、その迅速化技術を確立することである。

本年はV. stipulaceaのEMS突然変異集団から次世代シークエンサーを用いた逆遺伝学的手法により目的遺伝子の変異を検出することができた。この結果は、Neo-domesticationの迅速化技術として逆遺伝学的手法を利用できる可能性を示唆している。また、選抜された個体が目的の変異を示せばNeo-domesticationのテストケースを示すことが出来る。このため、本年までの研究は順調に進展していると言える。27年度が最終年度であるため、記入しない。現在、これまでに育成したV. stipulaceaのM2M2世代2112系統各6個体を栽培している。これらの中から種子大型化・難裂莢性・非休眠性に変異した個体の選抜を試みる。選抜した個体は後代において詳細な形質評価を行う。Vigna属野生種におけるNeo-domesticationの実現可能性を示した。また、アズキの難裂莢性に関与する候補遺伝子を同定し、逆遺伝学的手法によってNeo-domesticationを行う準備を整えた。この成果はすでに学術論文を投稿するレベルに達しており、当初の計画以上に進展している。ただし、このほかに予定していた配偶体培養による突然変異誘発の効率化への取り組みは遅滞しているため、達成度を上述の区分とした。Neo-domesticationの実現可能性が示されたため、同様の人為突然変異処理を繰り返して、より優良な系統を選抜する。特に、人為交配によって変異を蓄積することで、さらなる種子大型化を目指す。さらに、当該年度に同定したアズキの難裂莢性遺伝子にっいて、逆遺伝学手法を用いてVigna stipulaceaのNeo-domesticationを試みる。このために次世代シークエンサーを用いた突然変異検出法を検討する。
硬組織における一酸化窒素代謝産物の網羅的機能解析

ガス状フリーラジカルの一種である一酸化窒素(NO)は、細胞内、細胞間のシグナル分子として機能する。NOのシグナル伝達機序には、古典的なcGMPを介する系に加え、NOあるいはNO代謝物に依存した生体分子の化学修飾によるシグナル伝達機構が存在することが示唆されている。本研究では、硬組織を構成する細胞の分化および機能発現におけるNOの役割について、NOの代謝、生体分子の化学修飾に着目して解析した。まず、硬組織構成細胞の培養モデルの構築を行った。マウス歯髄細胞の培養系を用いて象牙芽細胞様の分化系を作製した。また、炎症性の破骨細胞分化のモデルとしてTNF-αによるex vivo骨吸収系および破骨細胞分化系でNOの役割を解析するとともに、主週病病原菌構成物質による破骨細胞分化系を作製した。また、炎症性軟骨疾患のモデルとしてIL-1による軟骨細胞のマトリクス代謝解析系を作製した。これらの硬組織構成細胞の分化、培養系を用いてNOおよびその代謝物の役割を解析し、次のような結果を得た。マウスの歯質を非露髄的に切削すると歯髄において誘導型NO合成酵素(iNos)の発現が上昇することを見出した。そこで、歯髄細胞をNOで刺激したところ、象牙芽細胞の分化が進み、石灰化も促進されたことから、切削に伴う第三象牙質形成促進にNOが関与すると考えられた。TNF-α誘導性の骨吸収および破骨細胞形成はiNOS遺伝子欠損マウスでは抑制されたことから、TNF-αによる破骨細胞分化にiNOS由来のNOが関与することが示唆された。破骨細胞分化過程でiNOSの発現誘導とニトロ化核酸代謝物の生成が認められた。最後にIL-1による軟骨細胞の基質代謝を解析したところ、IL-1刺激によりTRAF6、NF-κBを介して食細胞型NADPH-oxidase(NOX-2)の発現および活性化が誘導されることを見出した。NOX-2の活性に依存して細胞内外のpHが低下し、さらにそれが原因でヒアルロニダーゼ活性が上昇し、細胞外基質が減少することが明らかとなった。ガス状ラジカル分子である一酸化窒素(NO)は、細胞内・細胞間の情報伝達物質のひとつであるが、その機能発現は従来のリガンド・レセプターの概念では捉えきれない。我々の報告も含め、NOあるいはNO代謝物による生体構成分子の化学修飾が情報伝達の機序であることを示唆するデータが集まりつつある。本研究は、これまでこのような観点から研究されることがなかった硬組織構成細胞におけるNO依存的な生体分子の化学修飾を明らかにすることを目的としている。解析対象としては、骨芽細胞、破骨細胞、軟骨細胞および象牙芽細胞を用い、種々の刺激前後におけるNO産生およびNO依存的な生体分子修飾を解析する。本年度は、次の3点に関して計画していた実験を実施した。まず、マウス切歯由来の歯随細胞から石灰化能など象牙芽細胞の形質を有する細胞培養系を構築した。すでに切削刺激が歯髄で誘導型NO合成酵素の発現を亢進することを見出していたことから、この歯髄細胞培養系にNOを付加したところ、NOは細胞の増殖を抑制し、石灰化を促進した。これは、切削刺激後の修復象牙質形成にNOが関与することを示唆する。

次に、歯周病において顕著な破骨細胞形成の新たな機序として、歯周病菌由来のプロテアーゼが骨吸収因子に依存した破骨細胞形成を強力に促進することを見出した。最後に、関節疾患のモデルとして用いた炎症性サイトカイン刺激軟骨細胞においてNOと共存することにより生体分子の化学修飾に関わる酸素ラジカルの産生源としてNADPH-oxidaseの発現および活性化機序を明らかにするとともに、酸素ラジカルが細胞内外のpHを調節することによって細胞外マトリクス代謝を調節する機構を発見した。来年度は、これらの細胞培養系においてそれぞれの刺激前後における生体分子のNO依存的な修飾の変化を明らかにし、その生物学的な意義を解明したいと考える。ガス状フリーラジカルの一種である一酸化窒素(NO)は、細胞内、細胞間のシグナル分子として機能する。我々は、硬組織構成細胞におけるNOの役割をNO由来の活性窒素種に依存した生体分子の化学修飾に注目して研究している。本研究遂行の結果、炎症性サイトカインで刺激された軟骨細胞でNO産生とNADPH-oxidase活性に依存したスーパーオキサイドラジカル(02-)産生の両方の亢進が起こり、軟骨細胞死や細胞外基質の異化が亢進することを明らかにした。両ラジカル種の反応産物であるパーオキシナイトライト(ONOO-)は化字的反応性に富む活性窒素種で、ミトコンドリア傷害による細胞死をもたらすことを明らかにした。一方、これまで軟骨細胞におけるNADPH-oxidaseの発現および活性の制御はほとんど不明であった。我々は本年度、インターロイキン-1(IL-1)で刺激された軟骨細胞で、TRAF6を介してNF-κBが活性化されNADPH-ox idaseの触媒ユニットであるNOX-2の発現が誘導されることを明らかにした。さらに、IL-1刺激後のNADPH-oxidase活性に依存したプロテオグリカンの減少は細胞内外のpHの低下によるビアルロニダーゼ活性の上昇が原因であることを突き止めた。種々の阻害剤の検討から、このpHの変化にはモノカルボン酸トフンスポーター(粥CT)が重要な役割を果たしていることが示唆された。MCT阻害によりIL-1刺激後の軟骨細胞死が抑制されたが、興味深いことに、この時、誘導型NO合成酵素およびNOX-2の発現が低下していた。このことは、活性窒素種ならびに活性酸素種を介した細胞機能の調節にpH変化が重要な役割を果たしているばかりではなく、pH変化が活性窒素種ならびに活性酸素種の産生を調節することを示唆する。今後、酸化ストレスとpHの関係をより詳細に解析したい。
補修後のＲＣ部材に生じる再劣化の機構解明と維持管理体系への応用

紫外線環境下におけるシラン系表面含浸工法による補修効果に関して、遮水性は20年間に亘り保持される。一方、遮塩性は10年間に亘り保持されるが、20年目には低下する。ただし、再塗布により回復する。また、型枠面では切断面と比較して、塩化物イオンは吸着しやすい。ただし、高強度のコンクリートでは、その差は小さくなる。さらに、PC桁を断面修復する際、段階的な修復で、プレストレス力の再分配が生じ、断面はつり時のプレストレス力の減少は抑制する。これにより既設コンクリートの応力増加負担が低減し、補修部のひび割れ発生荷重は増加する。この耐荷挙動は、3次元非線形有限要素解析手法によって検証できる。実環境における補修後の構造物では、昼夜の気温変化に伴う寒暖差、晴雨の湿度変化に伴う乾湿差、および日射に伴う紫外線の影響を受けながら、塩分飛来等による塩害が進行する。この環境を模擬し、実時間で20年間相当の湿度変化および紫外線照射を与える供試体の暴露を開始した。平成26年度には、実時間で25年間相当の劣化促進を行い、その後に遮水性や遮塩性を測定した。その結果、現時点では表面含浸材の性能低下は認められなかった。また、補修後に再劣化したプレストレストコンクリート(以下PC)構造物の構造性能を評価可能な解析ツールの開発を行った。まず、腐食PCはりの破壊挙動評価に対するFEMの適用性を確認するため、既往のPCはり曲げ破壊試験による検証解析を実施した。実験は、7本よりPC鋼線を用いたポストテンションPCはりを電食させ、曲げ載荷したものである。その結果、全素線の平均断面の分布を用いると最大荷重を過大評価するため、素線ごとの断面分布、特に破断位置の再現が必要であることなどが明らかになった。さらに、1年間塩水噴霧と乾湿繰返しにより塩分を浸透させた後に、屋外にて約3年間暴露を行い、塩害腐食劣化させたプレテンションPC桁を対象に、断面修復工法による補修を行った。ひずみ計測により補修時の応力解放状況を確認するとともに、載荷試験により補修自体による構造性能の低下を確認した上で、次年度以降に行う再劣化メカニズムの検討に向けて、これら補修試験体の暴露を開始した。また、塩分練混ぜによる塩害促進試験体も別途作製し、半年間の暴露により腐食ひび割れが発生するまで劣化を生じさせた。次年度は、腐食劣化した試験体に断面修復工法を適用し、応力解放を最小限に留めるための施工技術の開発や各種の計測、解析的な評価を行う。鉄筋コンクリートの補修部位で進行する再劣化に関する検討が不十分である。そのため、対策後の性能照査型設計が具体的に行えず、維持管理は非効率である。以上の背景を踏まえて本研究の全体では、1)鉄筋コンクリートの塩害や中性化に対する、補修後の再劣化の進行機構を解明し、2)それを予測する解析モデルを開発し、3)それらを応用して、事後保全や予防保全として対策された後の性能低下を組み入れた設計と維持管理の体系を構築し、4)それらを応用して設計や維持管理に反映する枠組みを提案する。その流れの中で、平成27年度には、表面含浸材を塗布した供試体を用い、乾湿および紫外線による環境作用が再劣化の進行に及ぼす影響の評価、北陸地方における鉄筋コンクリート構造物の補修と再劣化の実態の分析、および補修部位の性能低下が進行する原因を解明した。また、補修された構造物が辿る可能性のあるシナリオのパターンを整理した。さらに、母材部と補修部を区分し、塩化物イオン拡散現象と中性化進行現象を解明した。これに基づき、補修部の物質透過現象を予測する解析モデルを構築した。加えて、補修されたRC(PCを含む)部材における、再劣化も考慮した構造解析を実施し、性能照査型補修設計の可能性を検証した。以上の実験的検討と解析的検討を統合し、補修後の鉄筋コンクリート構造物で取り得るシナリオパターンに対して、解析モデルを用いて、補修後の経過時間と塩分浸透深さおよび腐食量の関係を試算した。これにより、補修後のライフサイクルデザインの一事例を試した。本研究では、3年間の促進劣化で、補修後の耐久性を明らかにする。特に、実換算期間としては補修から数十年間の経時変化を評価する。したがって、研究期間の2年度目に、試験体に対する暴露を順調に継続できたことが重要であるから。また、研究代表者と研究分担者は、土木学会コンクリート委員会内に設置された342委員会の幹事を務め、定期的に顔を合わせながら、実験、解析およびマネジメントに関する打合せを行なったから。本研究では、3年の期間で、鉄筋コンクリートの塩害や中性化に対する補修後の再劣化機構を解明した上で、それを考慮した補修設計方法を構築した。これまでの既往の研究と比べたユニークな特長は、1.対策直後の補修効果が、20年相当後までの期間で維持されるか、あるいはどの様に低下するかを、明らかにしたことである。また、2.プレストレストコンクリートに対する、緊張力が保持される効率的な断面修復工法を、実験的・解析的に明らかにしたことである。この様に、実験と解析を連携させ、また材料と構造を融合させて、老朽化が懸念される社会インフラの保全に寄与する研究を実施した。平成27年度までの研究成果に基づいた、平成28年度の具体的な実績は次の通りである。はじめに1.について説明する。

平成27年度までの2年間では、無色透明なために予防保全後の目視観察が可能な表面含浸工法に着目し、対策から10年後までの乾湿繰返しや紫外線照射に伴う再劣化を実験的に評価した。その継続として平成28年度には、対策から20年相当後の暴露試験を実施した。その結果、10年後までは持続していた補修効果が、20年後には低下することを確認した。次に2.について説明する。実務における対策実績の多い断面修復工法に着目し、平成27年度までの実験では、腐食の著しい部位を一括して断面修復するより、2段階あるいは4段階で実施することで、プレストレスが有効に働くことで構造性能が維持されながら、再劣化を誘発するマクロセル腐食を低減できることについて確認した。その実験事実に対して28年度には、構造解析モデルを用いた検証を行い、補修設計方法を提案した。紫外線環境下におけるシラン系表面含浸工法による補修効果に関して、遮水性は20年間に亘り保持される。一方、遮塩性は10年間に亘り保持されるが、20年目には低下する。ただし、再塗布により回復する。また、型枠面では切断面と比較して、塩化物イオンは吸着しやすい。ただし、高強度のコンクリートでは、その差は小さくなる。さらに、PC桁を断面修復する際、段階的な修復で、プレストレス力の再分配が生じ、断面はつり時のプレストレス力の減少は抑制する。これにより既設コンクリートの応力増加負担が低減し、補修部のひび割れ発生荷重は増加する。この耐荷挙動は、3次元非線形有限要素解析手法によって検証できる。本研究では、3年間の促進劣化で、補修後の耐久性を明らかにする。特に、実換算期間としては補修から数十年間の経時変化を評価する。したがって、研究期間の初年度に、長期間の暴露に供する試験体も作製し、暴露を開始できたことが重要であるから。また、研究代表者と研究分担者は、年度初めに長岡技術科学大学で参集し、科研費の研究計画を立案した。その後は、土木学会コンクリート委員会内に設置された342委員会の場を活用し、定期的(3ヶ月程度毎)に顔を合わせた打合せを行ったから。上述の自己点検のとおり、長期暴露を伴う実験は順調に進展しており、申請書に記載をベースに今後も推進する。一方で、再劣化した鉄筋コンクリート構造物の品質は部材全体で一様では無く、健全な鉄筋コンクリート構造物に対する解析と比べ複雑になることが明らかになった。したがって、研究分担者である高橋准教授ならびに田中准教授が得意とする解析手法に加えて、別の手法でも解析し、再劣化後の部材の力学性能を明らかにする必要が生じた。そのため、富山県立大学の伊藤始教授を平成28年度から研究分担者に加え、推進を図る。なお、伊藤教授も上述の342委員会の主要メンバーのひとりである。28年度が最終年度であるため、記入しない。コンクリート工学上述の自己点検のとおり、研究は順調に進展しており、申請書に記載の通りに今後も推進する。平成27年度に26,117円の端数が残ったが、科研費に関連する出張に充当する旅費としては不足しており、不正使用せずに繰り越したため。平成26年度に1568円の端数が残ったが、科研費に関連する実験消耗品を購入するには不足しており、不正使用せずに繰り越したため。研究分担者との打合せのため、国内出張する。
英文読解に社会環境的要因はどのように影響するか：生態学的アプローチの視座から

本研究課題では,第二言語読解の個人差要因(動機づけ・学習観・方略使用)について,社会環境的要因(家庭・学校・地域社会・社会通念)との関係から考察した。社会環境的要因を分析する枠組みとして生態学的アプローチ(Bronfenbrenner, 1979)を援用したが,人間発達を社会文脈的に階層構造として理解することが提唱された。具体的には,人間発達を4つの生態学的システム(マイクロシステム・メゾシステム・エクソシステム・マクロシステム)の中で捉え,各システムのレベルで起こる発達が相互作用的に影響を及ぼすと仮定した。この仮説を本研究課題に適用すると,マイクロシステムとは,学習者が経験する具体的な行動(方略使用)や学習経験の中で形成される動機づけや学習観と考えられる。メゾシステムは,学習者が直接的にかかわり影響を受ける家庭や学校などの環境を指す。エクソシステムは,学習者を積極的な参加者として含まないが,間接的な影響を与えうる地域社会などの環境を指す。マクロシステムは,社会・文化レベルで共有される認識(社会通念など)や対照的な信念体系で,例えば,共通言語としての英語の必要性や早期英語教育の是非などがこれに当たる。生態学的アプローチを採用することによって,マイクロシステムとしての第二言語読解の諸要因について,社会環境的要因(上位3システム)と統合的に考察できた。質問紙調査で得られたデータは,主に構造方程式モデリング、分散分析,クラスター分析を組み合わせて分析を行った。結果の概要はマイクロシステムとしての第二言語読解は社会的文脈の影響を受け,とりわけ日本社会ではマクロシステムの影響が大きいことが分かった。この結果は,第二言語読解研究に社会的文脈を取り入れることの妥当性,第二言語読解の包括的理解のために社会環境的要因を考慮する必要性を示す。本研究では,第二言語読解の個人差要因について,量的・質的アプローチの併用による数値的・言語的データの比較対照を通して,家庭・学校・地域社会・社会通念との関係から社会文脈的に考察を行う。すなわち,第二言語としての英文読解の動機づけ・学習観・方略使用に社会環境的要因がどのように影響するかという課題(特に因果プロセス的特徴の考察)に取り組み,高等教育レベルでの英文読解指導に資する新たな知見獲得や具体的提言を目指す。初年度前期においては,教育学や心理学を含む文献調査を行い,社会環境的要因の学習者への影響に関する先行研究を整理した。併せて,開発済みの英文読解質問紙(動機づけ・学習観・方略使用の3尺度)の構成概念妥当性の再検討,新たな質問紙(社会環境的要因尺度)の開発を行った。社会環境的要因尺度に関しては,家庭・学校・地域社会・社会通念の4階層レベルを下位尺度とした。初年度後期においては,本調査に向けて英文読解授業の中で質問紙調査(量的尺度)と面接調査(質的・言語的データ)を予備的に実施した。協力者は英文読解授業を履修する大学生100名程度とした。質問紙調査は,各尺度の構成概念妥当性と下位尺度の内的整合性を検証すると共に,尺度間の関係性について精査することを目的とした。面接調査は,面接協力者からの回答と質問紙調査の結果を比較検討することを目的とした。実施後,構造方程式モデリング(SEM)を中心とする分析によって、社会環境的要因と英文読解要因との関係性について検討した。現在,これらの研究成果について論文としてまとめるとともに,海外学会において口頭発表を予定している。交付申請書に記載したとおり,順調に研究が進展している。第二言語読解研究において,学習者個人の動機づけ・学習観・方略使用の関係性については報告が見られるが,家庭や学校などの社会環境的要因との関係性については研究が進んでいない。本研究の目的は,これらの第二言語読解の個人差要因について家庭・学校・地域社会・社会通念との関係から社会文脈的に考察することである。本研究では,量的・質的アプローチの併用による数値的・言語的データの比較対照を通して,第二言語としての英文読解の動機づけ・学習観・方略使用に社会環境的要因がどのように影響するかという課題(特に因果プロセス的特徴の考察)に取り組み,高等教育レベルでの英文読解指導に資する新たな知見獲得や具体的提言を目指す。研究2年目では,英文読解授業において本調査を実施して結果の分析ならびに考察を行った。研究成果の中間報告として,第15回国際語用論学会(英国ベルファスト市,平成29年7月16日21日)における研究発表(「社会的文脈における生態学的システムとして英文読解を研究する妥当性の検討」)等で公表した。ここまでの研究成果は,第2言語読解研究はこれまで認知的側面(読解プロセスなど)の研究中心で、近年情意面(動機づけなど)についても研究が進められているが、社会環境的要因との関係についてはほとんど研究されていない。本研究では生態学的アプローチ(Bronfenbrenner, 1979)に基づき、社会環境的文脈において外国語としての英文読解を研究することの妥当性について検討した。結果の概要として、読解の動機づけと関連するビリーフがマクロシステム(社会通念や対照的信念体系)と関係性があることがわかった。すなわち、社会環境的要因との関係性において英文読解を研究することは、認知的要因および情意的要因の研究について新たな知見を与えるものと考える。交付申請書に記載したとおり、順調に研究が進展している。

本研究課題では,第二言語読解の個人差要因(動機づけ・学習観・方略使用)について,社会環境的要因(家庭・学校・地域社会・社会通念)との関係から考察した。社会環境的要因を分析する枠組みとして生態学的アプローチ(Bronfenbrenner, 1979)を援用したが,人間発達を社会文脈的に階層構造として理解することが提唱された。具体的には,人間発達を4つの生態学的システム(マイクロシステム・メゾシステム・エクソシステム・マクロシステム)の中で捉え,各システムのレベルで起こる発達が相互作用的に影響を及ぼすと仮定した。この仮説を本研究課題に適用すると,マイクロシステムとは,学習者が経験する具体的な行動(方略使用)や学習経験の中で形成される動機づけや学習観と考えられる。メゾシステムは,学習者が直接的にかかわり影響を受ける家庭や学校などの環境を指す。エクソシステムは,学習者を積極的な参加者として含まないが,間接的な影響を与えうる地域社会などの環境を指す。マクロシステムは,社会・文化レベルで共有される認識(社会通念など)や対照的な信念体系で,例えば,共通言語としての英語の必要性や早期英語教育の是非などがこれに当たる。生態学的アプローチを採用することによって,マイクロシステムとしての第二言語読解の諸要因について,社会環境的要因(上位3システム)と統合的に考察できた。質問紙調査で得られたデータは,主に構造方程式モデリング、分散分析,クラスター分析を組み合わせて分析を行った。結果の概要はマイクロシステムとしての第二言語読解は社会的文脈の影響を受け,とりわけ日本社会ではマクロシステムの影響が大きいことが分かった。この結果は,第二言語読解研究に社会的文脈を取り入れることの妥当性,第二言語読解の包括的理解のために社会環境的要因を考慮する必要性を示す。初年度の研究成果を踏まえ,今年度は英文読解要因(動機づけ・学習観・方略使用)に対する社会環境的要因(家庭・学校・地域社会・社会通念)の影響について本調査を行い,より精緻に検証する予定である。すなわち,どのレベルの社会環境的要因の影響が顕著であるのか,どの英文読解要因への影響力が大きいか,どのような因果プロセス的特徴が見られるかなどを明らかにしたい。具体的には,社会環境的要因尺度の回答に対してクラスター分析を行い,グループ化された数類型からそれぞれ45名の面接対象者(合計20名程度)を選抜する。対象者が確定したら個別に半構造化面接を実施するが,質問紙調査の結果に基づき,社会環境的要因と英文読解要因の関係性(例えば,家庭での読書経験と動機づけ)に焦点を当て質問する。使用する分析手法は以下のとおりである。1相関係数(偏相関係数)により各要因の下位尺度の個別的関係性を確認するとともに,構造方程式モデリング(SEM)により全体的関係性について検討する。2分散分析(ANOVA)と多変量分散分析(MANOVA)を併用して,社会環境的要因により英文読解要因に差があるかどうかを検定する。特に交互作用を精緻に見ることによって,社会環境的要因の複合的影響力について精査する。3面接の結果を質的に分析する。4量的分析と質的分析を統合して,結果の類似性や説明力・例示性などを基準に検討する。研究最終年度においては,本研究課題の総括を行う。
ナノプローブを用いたInAs微細構造の表面近傍電子状態評価と電子伝導機構の解明

GaAs(110)面微傾斜基板上巨大ステップステップ端を利用したInAs細線/薄膜構造やGaAs(001)面上自己形成InAs量子ドットを結晶成長によって作製し、それらについて、レーザ光照射下でのSTMや導電性探針AFMなどのナノプローブ法によって評価した。まず、レーザ光照射STMにおいては、通常のトンネル電流制御の状態でバイアスに微小交流電圧を重畳し、微分コンダクタンスの光応答測定を行い、GaAsでは吸収されない長波長のレーザ光を照射した結果、微分コンダクタンスの光応答像においてInAs細線領域を可視化することに成功した。また、同様にレーザ光照射下で導電性探針AFMによる電流計測を行った結果、InAs領域上で光電流が増大することや表面空乏層を介した探針-試料間キャパシタンスカップリングの強さがフォトキャリアによって変調を受けることなどが明かとなり、単一ナノ構造の光吸収特性や表面近傍バンド構造に関する知見が得られた。次いで、導電性探針AFMで探針-試料間に働く静電引力を利用して表面電位を決定する、いわゆるケルビンプローブフォース顕微鏡(KFM)に関して、真空中で動作する非接触モードAFMをベースとするKFMの導入によって、探針に与える機械的励振振幅や探針-試料間の平均距離を大幅に低減することで表面電位計測の信頼性が高まることを二次元電界シミュレータによって示すとともに実験的にもその効果を検証した。その後、実際に自己形成InAs量子ドットの表面電位を計測し、表面電位がドットのサイズに依存すること、またその依存性がInAsへの電子蓄積で説明できることも明らかにした。さらに、InAs細線などのような微細構造中を流れる局所電流の定量評価を目指して電流の作る磁場を磁気力顕微鏡(MFM)によって捕らえる手法の開発に取り組み、数十nA程度の交流電流まで測定することに成功した。ケミカルビームエピタキシ(CBE)法によってGaAs(110)面微傾斜基板上にGaAs巨大ステップ構造を作製した後、この巨大ステツプ端へのInAsの選択的成長を利用してInAs細線および薄膜構造の結晶成長を行った。これらの細線・薄膜構造を導電性探針AFMならびにレーザ光照射下STMなどのナノプローブ法によって評価した。まず、導電性探針AFMによる電流計測の結果、表面がInAsで覆われた領域では下地のGaAsが現れている場所に比べて非常に電流が流れやすくなっていることがわかった。これはInAs/GaAs界面のショットキ障壁の抑制効果によって説明できる。同時にこの手法により、GaAs巨大ステップ構造に沿ってInAs細線構造が制御性よく作製されていることが確認された。次いで、同じ試料に対して、導電性探針AFMで探針試料間に働く静電引力を利用して表面電位を決定する、いわゆるケルビンプローブフォース顕微鏡(KFM)モードでの評価を行った。その結果、InAs細線の電位は周囲のGaAsに比べて負の方向に大きいことがわかった。これは、InAs細線中に電子蓄積が生じていることを示唆しており、この試料で細線に平行な方向に電圧を印加することで、InAs細線による電子伝導が実現できる可能性を示している。一方、レーザ光照射STMにおいては、通常のトンネル電流制御の状態でバイアスに微小交流電圧を重畳し、微分コンダクタンスの光応答測定を行った。この手法により、基板からは電気的に分離している表面1nAs細線/薄膜構造の光吸収特性の測定が可能となった。GaAsでは吸収されない長波長のレーザ光を照射した結果、微分コンダクタンスの光応答像においてInAs細線領域を可視化することに成功した。