hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
くりこみ不動点の安定性解析による力学系の相転移の研究

一方で、相転移と密接な関係がある最大化測度の存在に関する研究で、二つの査読つき国際誌への論文掲載がほぼ決定した。最大化測度に関する成果は、多くの専門家が注目してこなかった現象に焦点を当てた新しい視点の結果を導いたという点で、学術的な価値が高いと思われる。具体的には、最大化測度の一意性に関する研究が有力な中で、「非可算無限個の最大化測度の存在」というそれと対極にある現象が、比較的多くの関数に対して成り立つということを証明した。最大化測度は力学系の相転移を考える上で重要な対象であり、計画時には予期していなかった方向での成果ではあるが、総合的には期待以上の進展があったと判断した。本研究の研究テーマである力学系の相転移は,複数の平衡測度の存在を指す.特に,平衡測度を逆温度でパラメータ化し,温度を零に近づける際に現れる相転移に注目している.温度零の極限では,平衡測度は関数の空間平均を最大化することが知られており,そのような不変測度は最大化測度と呼ばれている.つまり,最大化測度を調べることで,相転移の手がかりを得ることができる.Bruin, Leplaideurらの考察による2つのくりこみ作用素[Comm. Math.Phys. 321, 209-247 (2013)]は,そのような事実に基づいて考察されており,当該年度も昨年度に引き続き,最大化測度に関する研究を重点的に行なった.主な成果としては,区分的に拡大的な一次元力学系のLyapunov最大化測度に関する成果をまとめた論文が,Ergodic Theory and Dynamical Systemsに受理された.さらに,相転移が起こらない,つまり平衡測度の一意性に関する結果も得ることができた.具体的には,(ーβ)-shiftと呼ばれるカオス性の弱い力学系のクラスのfactorに対して,定数関数に対する平衡測度の一意性に関する結果を得た.これは山本謙一郎氏との共同研究であり,結果を論文にまとめ,Nonlinearityに投稿中である.当該年度の研究実施計画通り,台湾で行われた国際研究集会での招待講演をはじめ,国内外の研究集会,セミナーで発表を行なった.また,Jean-Rene Chazottes氏を訪問し,温度零の極限での平衡測度に関する振る舞いについて共同研究を行なった.温度零の極限で,平衡測度が収束するのかという基本的な問題を扱い,1次元の記号力学系とは異なる振る舞いが現れることを証明した.くりこみ作用素に関する具体的な進展は得られなかったものの,それを考察する上で重要な最大化測度や零温度極限問題について研究が進展した.特に,零温度極限問題に関連する成果を出す過程で,記号力学系の部分空間への理解を深めたことは重要な収穫であった.最大化測度の研究に関しては,昨年度投稿した論文の内容を区分的に拡大的な一次元写像に対して応用し,査読つき国際誌への論文掲載が決定した.また,(ーβ)-シフトのfactor上の定数関数に対する平衡測度の一意性に関する結果を論文にまとめ,投稿することができた.
分子認識能を有する無機高分子ゲルを反応メディアとする炭素結合形成反応の制御

目的ゲルの合成の容易さと機能性分子として大きな可能性をもっているポルフィリンを組み合わせる目的で、ポルフィリンに重合基を結合させ、そのゲル化と、ゲル骨格による分子認識の制御を試みた。結果ポルフィリンはゲルにビニル基を通じてラジカル共重合によって結合させることとし、ビニル基を4つ有するポルフィリン誘導体の合成を行った。ジアミンを出発原料に用い、ビニル基を4つ有するポルフィリン1を合成した。ポルフィリン1は、アクリルアミドと過硫酸塩の存在下で少量のDMFを含む水溶液中、ラジカル共重合を行い、透明な高分子ゲルを得た。ゲルにポルフィリンが取り込まれていることは、UV-可視吸収スペクトルにより確認した。ポルフィリンは、その大きな疎水面のために、水などの極性溶媒中ではface to faceの会合体を容易に形成することが知られている。そのような会合体の形成は、分子認識や触媒活性の発現のためにはマイナスに働くことが予想されるので、ゲル中でのポルフィリンの会合形態を、UV-可視吸収スペクトルにより調べた。そのスペクトルの形状から、ポルフィリンが親水的な環境にも関わらず分散して存在していることが示唆された。従って、ポルフィリンの疎水的な骨格が水に露出していることになり、疎水的な分子を強く取り込むことが予想される。考察上で述べたようなラジカル共重合反応を利用することで、ポルフィリンをいろいろな官能基のモノマーと組み合わせて重合させることは容易であり、ポルフィリンの周辺に種々の官能基を3次元的に配置することが可能である。また、高分子ゲルの特徴として、温度、pH、イオン強度などの外的なパラメータによって、ゲルの相転移を誘起させることができ、ポルフィリン周りの空間の大きさが制御できると考えられる。このような、ゲルの骨格の相転移を引き金とする分子認識や触媒反応についても検討していく。
子宮内膜症のエストロゲン関連受容体を介した増殖機構解明と新規分子標的治療の提案

本研究では、子宮内膜症由来初代培養細胞系とマウス子宮内膜症モデルを用い、GPER1アゴニストであるG1が非ゲノミック作用によってアポトーシスを誘導することを明らかにした。さらに、弱いエストロゲン作用を持つアグリコン型イソフラボンが、ERβ-NFκB経路を介して細胞および嚢胞の増殖を抑制し、炎症因子を阻害することを明らかにした。子宮内膜症がエストロゲンの消長とともに増殖・退縮することから、エストロゲン依存性疾患の1つであることは論を待たない。しかし、古典的なエストロゲン受容体(ER) αを介する経路はむしろ少なく、ERβ、オーファン核内受容体であるestrogenrelated receptor (ERR) α、β、γ、細胞膜貫通型受容体であるG protein-coupled estrogen receptor 1 (GPER1)、そしてERRαの代表的共役因子であるPGC-1αを介する経路による、異常なエストロゲン代謝とシグナル伝達機構が主体であると推定される。本研究では、子宮内膜症由来培養細胞系を用いて、これらの分子制御機構を明らかにし、さらに子宮内膜症の新たな分子標的治療の基礎的な戦略を提案する。我々は既に、子宮内膜症性卵巣嚢胞由来の初代培養細胞系を用いて、PGC-1αがアロマターゼ発現を亢進させ局所エストロゲン濃度を上昇させていることを明らかにしてきた。今回そのシグナル伝達経路の分子制御機構をさらに詳細に解析した。アロマターゼ阻害剤以外にこの系を抑制する治療薬の効果を提案しつつある。また、今回、子宮内膜症性卵巣嚢胞由来の初代培養細胞系において、細胞膜貫通型のG蛋白共役受容体であるGPER1が、従来のadenyl cyclase系を活性化する経路を介さずに、非ゲノミック作用によってアポトーシスを誘導することを明らかにした。現在この機構に基づいた新たな治療薬候補について検討を進めている。しかし、古典的なエストロゲン受容体(ER)αを介する経路はむしろ少なく、ERβ、オーファン核内受容体であるestrogenrelated receptor (ERR)α、β、γ、細胞膜貫通型受容体であるG protein-coupled estrogen receptor 1 (GPER1)、そしてERRαの代表的共役因子であるPGC-1αを介する経路による、異常なエストロゲン代謝とシグナル伝達機構が主体であると推定される。本研究では、子宮内膜症由来培養細胞系を用いて、これらの分子制御機構を明らかにし、さらに子宮内膜症の新たな分子標的治療の基礎的な戦略を模索している。本年度は、弱いエストロゲン作用を持ち、胃腸で吸収されやすいアグリコン型イソフラボンであるアグリマックスのヒト子宮内膜症間質細胞および子宮内膜症モデルマウスにおける薬剤効果を検討した。その結果、アグリマックスは子宮内膜症間質細胞の増殖を抑制、サイトカインやプロスタグランジンE2を抑制した。子宮内膜症モデルマウス実験において嚢胞形成を抑制した。アグリマックスはERβ-NF-κB経路を介して子宮内膜症の細胞増殖を抑制する可能性が示された。今後は、PGC-1αのアロマターゼ発現を亢進させる作用や、GPER1の非ゲノミック作用によってアポトーシスを誘導する作用に基づいて、新たな治療薬候補について検討を進めていく。アグリマックスは新たな子宮内膜症治療薬としての有力な候補である。基礎的データを完全なものにするとともに、臨床治験への準備を行う。イソフラボンは弱いエストロゲン作用を持つ植物由来の非ステロイド天然物である。乳癌、前立腺癌、大腸癌を抑制し、更年期症状のホットフラッシュや骨粗鬆症の症状を軽減する。一方でイソフラボンは子宮体癌のようなエストロゲン依存性疾患の発症と関連がある。本年度は、胃腸で吸収されやすいアグリコン型イソフラボンであるアグリマックスのヒト子宮内膜症間質細胞および子宮内膜症モデルマウスにおける薬剤効果を検討した。アグリマックスは子宮内膜症間質細胞の増殖を抑制、サイトカインやプロスタグランジンE2を抑制した。増殖抑制効果は、ERβアンタゴニストであるPHTPPによって阻害された。アグリマックスはTNF-αによって促進されるIκBのリン酸化を抑制し、p65の核内取り込みを阻害した。子宮内膜症モデルマウス実験において、アグリマックスは嚢胞形成を抑制した。これらのことから、アグリマックスはERβ-NF-κB経路を介して子宮内膜症の細胞増殖を抑制する可能性が示された。子宮内膜症は、性成熟期女性に発生し閉経とともに退縮することからエストロゲン依存性疾患の1つである。

しかし、子宮内膜症組織では古典的なestrogen受容体(ER)αの発現よりもERβの発現量の方が高く、さらにオーファン受容体であるestrogen related receptor (ERR)α、β、γ、細胞膜貫通型受容体であるG protein-coupled estrogen receptor 1 (GPER1)の発現がある。これらおよびERRαの代表的共役因子であるPGC-1αを介した、古典的な経路とは異なった機構によるエストロゲンによるシグナル伝達が主体であると考えられる。本研究では、子宮内膜症由来初代培養細胞系を用いて、これらの分子制御機構を明らかにし、さらに子宮内膜症の新たな分子標的治療の基礎的な戦略を模索している。本年度は、弱いエストロゲン作用を持ち、胃腸で吸収されやすいアグリコン型イソフラボンであるアグリマックスのヒト子宮内膜症間質細胞および子宮内膜症モデルマウスに対する効果について追加検討した。アグリマックスは子宮内膜症間質細胞の増殖を抑制し、サイトカイン産生、COX-2活性、プロスタグランジンE2産生、アロマターゼ活性を阻害した。アグリマックス摂取子宮内膜症モデルマウスでは嚢胞形成が抑制された。アグリマックスはERβ-NFκB経路を介して作用していることが明らかとなった(Takaoka O, Kitawaki J et al. J Steroid Biochem Mol Biol, in press)。本剤は既にサプリメントとして販売されており、更年期障害や不妊症への効果が知られている。今後子宮内膜症患者への臨床研究を進めていく予定である。本研究では、子宮内膜症由来初代培養細胞系とマウス子宮内膜症モデルを用い、GPER1アゴニストであるG1が非ゲノミック作用によってアポトーシスを誘導することを明らかにした。さらに、弱いエストロゲン作用を持つアグリコン型イソフラボンが、ERβ-NFκB経路を介して細胞および嚢胞の増殖を抑制し、炎症因子を阻害することを明らかにした。子宮内膜症性卵巣嚢胞由来の初代培養細胞系を用いて、PGC-1αがアロマターゼ発現を亢進させ局所エストロゲン濃度を上昇させている経路を抑制する治療薬の効果を提案していく。また、子宮内膜症性卵巣嚢胞由来の初代培養細胞系においてGPER1が非ゲノミック作用によってアポトーシスを誘導する機構に基づいた新たな治療薬候補について検討を進めていく。子宮内膜症性卵巣嚢胞由来の初代培養細胞系を用いて、PGC-1αがアロマターゼ発現を亢進させ、局所のエストロゲン濃度を上昇させている経路を抑制する治療薬の効果を提案していく。子宮内膜症性卵巣嚢胞由来の初代培養細胞系においてGPER1が非ゲノミック作用によってアポトーシスを誘導する機序に基づいた新たな治療薬候補について検討を進めていく。アグリマックスは新たな子宮内膜症治療薬としての有力な候補である。基礎的データを完全なものにするとともに、臨床治験への準備を行う。産婦人科学
磁気光学効果を用いた非破壊検査技術の開発

本研究は、磁気光学(MO)イメージングを利用して、強磁性金属表面の1 mmから10 mmの欠陥の深さを、ミリメートルオーダの分解能で評価できるMOセンサの開発を行った。欠陥深さに応じて漏洩磁界強度が変化するため、MOイメージの光強度から欠陥深さが評価できる。漏洩磁界をアナログ的な光強度に変換し欠陥深さを定量的に評価するために、多結晶磁性ガーネット膜に着目した。ガーネットの組成からずれた組成のターゲットを利用して、スパッタ法で作製した。この多結晶磁性ガーネット膜は、結晶間での交換相互作用が弱く、結晶粒が独立して磁化反転するため、アナログ的な磁化情報が得られた。しかし、必要な光強度が得られなかった。測定系のノイズレベルと比べて3 dB以上の光強度が要求されるが、厚膜であったため磁性膜が十分に磁化されず、光強度が得られなかった。有限要素法を利用して磁界強度を計算した結果、1 μm以下の薄膜で大きなMO効果を有するMOセンサが必要であることがわかった。そこで、薄膜で大きなMO効果が得られる磁性フォトニック結晶(MPC)に着目した。MPCは、屈折率の異なる2種類の誘電体多層膜中に磁性膜を挿入した構造である。誘電体のペア数が少ないと光共振の効果が低く、得られる光強度が小さい。一方ペア数が多いと厚膜になり光強度が低下する。ペア数を変数に光強度を計算した結果、誘電体が4ペアのとき最大になった。このときの膜厚は600 nmである。磁性層の膜厚も同様に計算した結果、膜厚が351 nmのときに光強度が最大になった。このときの膜厚は951 nmで、目標の1 μm以下である。本MPCはノイズレベルと比べて6 dB以上の光強度が得られた。本MPCで欠陥深さ評価を行った結果、1 mmから10 mmの欠陥深さ評価を達成した。平均の誤差は0.15 mmで、目標のミリメートルオーダの評価ができた。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
行動操作がもたらす相利共生維持機構の解明

相利共生は自然生態系において広く見られる一般的な現象であるが、生物種間の協力関係がどのように維持されているのか、そのメカニズムは不明な点が多い。申請者はこれまでにシジミチョウーアリ相利共生系において報酬を与える側(シジミチョウ)による利己的な行動操作が行われていることを新たに発見してきた。本研究は相利共生関係の実態をパートナーによる行動操作という観点から捉え直すことを目的として、(A)アリの行動を操作する化学物質の化学的・機能的同定、(B)行動操作に関わる遺伝子および神経回路の特定、(C)シジミチョウによる行動操作がアリの適応度に与える影響の3つの実験を行う。(A)シジミチョウの蜜をLC/MS/MSにより分析した結果、複数のペプチドが検出された。また蜜単品をアリに摂食させた結果、摂食7時間後にアリの歩行活動性が有意に低下することがわかった。来年度はペプチドの構造を推定するとともに、それらがアリの歩行活動性に与える影響を調べる予定である。(B)シジミチョウから蜜を摂食した経験アリや蜜の摂食を阻害した未報酬アリの脳を用いてトランスクリプトーム解析を行い、遺伝子のアノテーションを行った。次年度は分析サンプル数を増やし、発現量解析を進める。(C)アリコロニーを様々な栄養条件下で飼育した結果、炭水化物が少なくタンパク質が多い栄養条件下ではワーカーの生存率や次世代生産数が有意に低下することがわかった。次年度は各栄養条件下においてシジミチョウ幼虫を共生させ、シジミチョウがアリの適応度に与える影響を明らかにする。三つの実験計画を並行して効率よく進めることができ、それぞれ次年度に繋がる成果が得られた。初年度は目的達成に必要な予備データや基礎データを順調に得ることができた。次年度は初年度のデータを活かして、それぞれ目的達成のためのコアとなる実験を行う。特に(C)の実験は年間を通した飼育実験であるため入念な準備をもとに実験を開始するよう努めている。
エクスカベート類の微細構造・分子形質比較解析による初期真核生物像の探究

自然界より多数のエクスカベート,新規分類群を含むさまざまなプロティストを単離し,培養株を作成した。作成株を含む多様なプロティストに関して分子系統・微細構造解析を行った結果,エクスカベート類はさまざまな特徴(特に鞭毛根系)を共有するものの,その単系統性は支持されなかった。詳細な比較検討から,このようなエクスカベートの微細構造的特徴は,部分的にさまざまな真核生物にも見られることが判明した。このことはエクスカベートに見られる共通性が多くの真核生物の共通祖先に起因するものであることを示唆しており,原始真核生物はエクスカベート様の細胞構造をもった捕食性鞭毛虫であったと考えられる。海洋および淡水域からさまざまな鞭毛虫および微細藻類を採集し、多数の培養株を確立した。特に貧酸素環境下(底泥など)からは未記載種を含めていくつかのエクスカベート類の培養株を確立することに成功した。これらエクスカベート類のうちいくつかについては、光学顕微鏡、電子顕微鏡および18S rDNA塩基配列に基づく系統解析を行った。この中で、鹿児島県から採集された新属新種エクスカベート、Dysnectes brevis(記載予定)は、微細構造および分子形質から、真核生物における大系統群の一つであるフォルニカータ(ディプロモナス類+レトルタモナス類+Carpediemonas)の初期分岐生物であることが示された。また分子系統解析からは、Dysnectesの進化速度がフォルニカータ類の中では異例に遅いことが示唆された。これらの結果は、ヒト寄生虫(Giardiaなど)を含む重要な生物群であるフォルニカータ類の進化、真核生物におけるフォルニカータの系統的位置、および真核生物の初期進化を考える上で重要な極めて興味深い知見である。また褐藻などを含むストラメノパイルの中で、無色鞭毛虫であるビコソエカ類に属するBicosoeca sp.およびCafeteria dimorpha sp.nov.(記載予定)の微細構造を調査した。その結果、鞭毛装置を中心としてエクスカベート類との間に多くの類似性が見られた。このことは、エクスカベート類の特徴とされている多くの微細構造学的形質は、エクスカベート類の固有派生形質ではなく、多くの真核生物に共通する共有原始形質であることを示唆している。またこのことは、エクスカベート類の単系統性が分子形質からは支持されない結果と整合的である。この中でエクスカベート類を含むいくつかのプロティストについては、光学顕微鏡、電子顕微鏡および18S rDNA塩基配列に基づく系統解析を行った。鹿児島県や相模湾からはDysnectes brevisを含む複数の新規エクスカベートが得られた。微細構造調査・分子系統解析の結果、これらはフォルニカータ(ディプロモナス類+レトルタモナス類+Carpediemonas)の初期分岐生物であることが示された。Giardiaなどフォルニカータ類は多くが寄生性であるが、DysnectesやCarpediemonasなど初期分岐群が自由生活性であることは、この系統群が原始的状態としては自由生活性であったことを示唆している。また二次共生の中間段階を示すHatenaを含むカタブレファリス類、特異な鱗片を持ったハプト植物であるHyalolithusの微細構造を調査した。このことは昨年度に調査したストラメノパイル類と同様であり、エクスカベート類の特徴とされている多くの微細構造学的形質は、エクスカベート類の固有派生形質ではなく、多くの真核生物に共通する共有原始形質であることを示唆している。海洋および淡水域からさまざまな鞭毛虫および微細藻類を採集し、多数の培養株を確立、いくつかについては微細構造観察および分子系統解析を行った。微細構造観察および分子系統解析をもとに新規エクスカベートである新属新種Dysnectesbrevisを記載した(Yubuki et al. 2007)。さまざまな遺伝子を用いた分子系統解析の結果から、本生物はディプロモナス類やレトルタモナス類を含む真核生物の一群であるフォルニカータにおける初期分岐生物であることが示された。特に自由生活性でありながら典型的なミトコンドリアを欠き、遺伝子の進化速度が平均的であったことから、本生物はフォルニカータ生物群の進化を考える際に極めて重要な存在であると考えられる。またエクスカベート以外の生物群としては緑色植物であるNephroselmis、ストラメノパイルであるSpumellaおよびAurearenaについて微細構造および分子形質を調査した。

特に和歌山県磯ノ浦海岸などから発見されたAurearenaは綱レベルで新規の不等毛藻類であることが判明し、新綱の新属新種として記載した(Kai et al. 2008)。これら生物を含め真核生物全体の分子系統解析を行ったところ、エクスカベート類の単系統性について明瞭な支持は得られなかった。微細構造形質、特に鞭毛装置に見られるエクスカベートと他の真核生物との共通性から考えると、エクスカベートの共通点と考えられている形質は真核生物の大部分(もしくは全体)の共有原始形質ではないかと思われる。つまりエクスカベートの細胞形態は真核生物の原始形を色濃く残しているものと考えられる。本研究では、真核生物の基本形・原始系を探るという目的の下、その鍵となるエクスカベート類を中心に微細構造や生活様式、分子系統解析を行った当該年度にはエクスカベート類を含むいくつかの新規プロチスト培養株を作成し、これまでのものと併せて選抜し、国立環境研バイオリソースセンターに寄託した。さらに発展的な研究を行う株に関しては現在筑波大学において維持している。本課題で単離したエクスカベート類のユーグレノゾア、ペルコロゾア、ロウコゾアからなる系統群に属する新規鞭毛虫について、鞭毛装置を含む微細構造の観察を行った。その結果、生活様式など新奇な特徴も見られたが、腹溝の存在や鞭毛装置の特徴では典型的エクスカベート類の特徴を示し、本課題で掲げた仮説によく合致していた。またSSU rDNA、アクチン、βチューブリンなどの複数遺伝子に基づく系統解析を行った。その結果、リザリアなどのスーパーグループの単系統性は支持されたが、エクスカベート類の単系統性は支持されなかった。典型的エクスカベート類(Desnectesなど)の細胞構造(特に鞭毛装置)には、真核生物の他のスーパーグループと共通する特徴が数多く存在した(細胞骨格微小管形成中心が付随したR3,分岐するR2など)。分子系統解析からはエクスカベートとこれら他のスーパーグループとの際だった類縁性は示されておらず、このことはこの類似性が多くの真核生物の共通祖先に由来するものであることを示唆している。特にこの類似性の一部はアメーボゾアにも見られることから、ある程度は真核生物全体の共通祖先に由来すると考えることができる。
複雑な生物活性天然物の高効率合成を基盤とした新規医薬リード中分子の創製

Palau'amineの短段階全合成を目指し、前年度までにC環グアニジノ基を導入した前駆体でのD/E環構築に成功していた。今年度ではAB環の基となるピロールアミド部位を導入した前駆体でのD/E環構築を検討し、CDE環を一挙に構築する手法を確立した。すなわち、ピロールアミドを導入した前駆体ではD/E環形成体が不安定であったため、反応系中でC環構築まで一挙に進行させる必要があった。C環形成体はレトロ反応が進行するため、塩基性条件下の反応系中でC環形成体のみを酸でクエンチすることが求められた。そこで、酸と塩基の両方として機能するアミンを探索した結果、再現性良くCDE環を与える条件を確立した。ついでB環を4工程で構築し、palau'amineのABCDE環をわずか12工程で構築することに成功した。これにより、palau'amineの全ての環構造を15工程前後で構築することが可能となった。また、複雑な生物活性天然物の多環性骨格を一段階で構築する種々の新たな手法を確立した。すなわち、多環性トロパン骨格の一段階構築およびキノリジジン骨格の不斉一段階構築法を確立した。これにより、種々の複雑な生物活性天然物の高効率全合成が可能となり、これらの手法を適用した医薬品リード化合物の提供が期待できる。さらに、作用機序解明に有効な蛍光分子の開発を行い、1,3a,6a-トリアザペンタレンを連結させた分子がメカノクロミック蛍光を示すことを見出した。本蛍光分子は機械的刺激を検知できるプローブとしての利用が期待できる。以上の成果を基に、国内学会発表31件、国際学会発表2件、招待講演8件の成果を得ると共に、査読付き国際論文6報、総説2報、著書2冊(和書1冊、洋書1冊)を発表し、特許2件を出願した。本研究課題では複雑な天然中分子化合物であるpalau'amineの鏡像異性体の生物活性を明らかにすることを目的としている。2018年度ではpalau'amineのABCDE環をわずか12工程で再現性よく構築する経路を確立できたことから、研究期間内にABCDEF環全ての環構造の構築と生物活性の解明が可能と期待できる。また、複雑な天然有機化合物の高効率合成を可能にするための種々の多環式骨格の一段階構築法を確立した。これにより、(+)-epilupinineの三段階不斉全合成を達成し、StemofolineおよびHimandrineの高効率合成へと展開可能な多環性トロパン骨格の短段階合成を達成した。現在までに、palau'amineのABCDE環の構築を達成していることから、残る課題はF環のみである。ABCDE環の構築は、わずか12工程で再現性よく行えることから、2019年度中にF環の構築が達成可能と考えられる。具体的には、D環上アミノ基へのグアニジノ基の導入とシアノ基の還元によってF環が構築できることから、15工程前後での全ての環構造が構築できると期待できる。これにより、palau'amineのアミノメチル基とクロル基が除去された誘導体が得られることから、この誘導体の光学分割とそれぞれの鏡像異性体の免疫抑制活性を調査する。この誘導体でpalau'amineと同等の免疫抑制活性が得られなかった場合には、アミノメチル基とクロル基を導入した原料を用いて同様の合成法を適用し、20工程前後でのpalau'amineの全合成を達成する。誘導体で活性が得られた場合には、種々のプローブを導入し、標的タンパクの同定へと展開する。また、多環式トロパン環の一段階構築反応を適用したStemofolineの全合成を期間内に達成する予定である。

以上の成果を基に、国内学会発表31件、国際学会発表2件、招待講演8件の成果を得ると共に、査読付き国際論文6報、総説2報、著書2冊(和書1冊、洋書1冊)を発表し、特許2件を出願した。本研究課題では複雑な天然中分子化合物であるpalau'amineの鏡像異性体の生物活性を明らかにすることを目的としている。2018年度ではpalau'amineのABCDE環をわずか12工程で再現性よく構築する経路を確立できたことから、研究期間内にABCDEF環全ての環構造の構築と生物活性の解明が可能と期待できる。また、複雑な天然有機化合物の高効率合成を可能にするための種々の多環式骨格の一段階構築法を確立した。これにより、(+)-epilupinineの三段階不斉全合成を達成し、StemofolineおよびHimandrineの高効率合成へと展開可能な多環性トロパン骨格の短段階合成を達成した。現在までに、palau'amineのABCDE環の構築を達成していることから、残る課題はF環のみである。ABCDE環の構築は、わずか12工程で再現性よく行えることから、2019年度中にF環の構築が達成可能と考えられる。具体的には、D環上アミノ基へのグアニジノ基の導入とシアノ基の還元によってF環が構築できることから、15工程前後での全ての環構造が構築できると期待できる。これにより、palau'amineのアミノメチル基とクロル基が除去された誘導体が得られることから、この誘導体の光学分割とそれぞれの鏡像異性体の免疫抑制活性を調査する。この誘導体でpalau'amineと同等の免疫抑制活性が得られなかった場合には、アミノメチル基とクロル基を導入した原料を用いて同様の合成法を適用し、20工程前後でのpalau'amineの全合成を達成する。誘導体で活性が得られた場合には、種々のプローブを導入し、標的タンパクの同定へと展開する。また、多環式トロパン環の一段階構築反応を適用したStemofolineの全合成を期間内に達成する予定である。
配位結合を利用した自発的組織化による分子情報の転写・増幅システムの構築

相補的な多点相互作用は、生体内にみられる遺伝情報の伝達・複製に代表されるように、生物や化学の領域までまたがって、その特異性と機能に大きな注目が集まっている。本研究では、配位結合による自己組織化を用いることにより、金属イオンを介した配位子間の相補的な多点錯形成について検討を行った。昨年度まで、ビピリジン骨格からPd(II)と錯形成することにより,2:1錯体が形成し,メチル基の立体障害によりanti体が選択的に生成することをみいだしている。また、ビピリジンユニットをブチレン基で連結した新規な2種類のビピリジン二量体を合成し,多点相補的錯形成を検討した結果、メチル基の位置が外_外のダイマーと内_内のダイマーからの自己集合では、収束した1:1錯体が生成した。一方、外_外のダイマー同士からでは,メチル基の立体障害により5:5錯体までの発散したオリゴマーの生成を確認した。今年度はさらにビピリジン骨格や連結ユニットの長さ・柔軟性の組み合わせをかえることにより多点錯形成能の評価を行った。外_外、内_内の他に内_外という配位子、また3つのビピリジンユニットからなるトリマーの配位子、リンカーをジエチニル基にしたダイマーの配位子、を分子設計した。その結果、剛直なリンカー(ジエチニル基)より柔軟なリンカー(ブチレン基)のほうがこのシステムに適していることが分かった。また、ダイマーとそれに相補的なモノマーを錯形成したのちに、連結反応を行うことができれば、鋳型となる情報が分子レベルで転写できる可能性がある。実際に錯形成を行ったところ、相補的に三元錯体が形成していることが示唆された。このように配位結合による相補的多点錯形成は、錯体化学の分野だけでなく、材料化学・分子認識化学等の分野に大きな波及効果を与えると期待される。相補的な非共有結合相互作用は、分子レベルでの情報伝達・複製に重要な役割を果たしている。本研究では、配位結合による自己集合を利用することで、金属イオンを介したリガンド間の相補的な多点錯形成について検討している。昨年度まで、ビピリジン骨格からPd(II)と錯形成することにより,2:1錯体が形成し,メチル基の立体障害によりanti体が選択的に生成することを見出している。また、ピリジンユニットをブチル基で連結した2種類のビピリジンダイマーを分子設計し,その多点相補的錯形成を検討したところ、メチル基が外-外のダイマーと内-内のダイマーからの自己集合では、収束した1:1錯体が生成した。これに対し、外-外のダイマー同士で錯形成させると,メチル基の立体障害により5:5錯体までの発散したオリゴマーの生成を確認した。今年度はさらにビピリジンユニットやリンカーの長さ・自由度の組み合わせを増加さることによって多点錯形成能の評価を行った。外-外、内-内の他に内-外という配位子、また3つのビピリジンユニットからなるトリマーの配位子、リンカーをオクチル基またはジエチニル基にしたダイマーの配位子、を分子設計した。現在、様々な組み合わせより高効率な相補的多点錯形成能を有するユニットを探索している。また、このシステムにおいて自己集合反応・構造の評価を行うにあたって、CSI-MSが非常に有用であることが分かった。すなわち発散した構造は従来混合物して扱われており、評価することが困難であったが、今回オリゴマーのサイズや分布を詳細に解析することが可能となった。
非線形力学系における分岐解の構造に関する大域的研究

数理生態学に関するモデルとなる拡散項を含むLotka、Volterra、Gauseの方程式の解について検討してきた。この方程式から得られる定常方程式のパラメータが0に近付くとき、この方程式の近似解は解の漸近的性質は既にMimura氏や、Fife等の方法をもちいて解明している。その結果として、この方程式の解が内部遷移層を含む極めて複雑な振る舞いをすることがつきとめられたが、この方程式の真の解の存在や安定性に関しては十分に研究が深められていないので、この問題を一貫して追求してきた。上記の近似解の興味ある振る舞いから、定常方程式の真の解も又極めて興味ある振る舞いを呈するものと考えられる。本年も、この定常方程式の真の解の存在を考察し、その性質を、より具体的に取り出すために数値計算等をもちいてこれを表現する準備をするとともに、Nishiura氏やFujii氏等によるSLEP法やSingular Perturbation法を導入して、上記の定常解の存在を示すとともに、それがLotka、Volterra Gauseの方程式の解として安定か、否かを解析する準備ができた。そのことをとおして、何種類かの生物の空間分布を明らかにしたい。
シロイヌナズナ突然変異体を用いた光合成遺伝子発現の制御遺伝子の解析

光合成遺伝子の発現制御系を解析するためには,突然変異体を用いた方法論が有効であると考えられる.分子遺伝学的解析に必要ないくつかの条件を満たしているシロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)を実験に供した.1.光合成突然変異体の生育条件および赤色螢光による一次選抜法の確立ブドウ糖あるいはショ糖を含む寒天培地(Gamborg B5)を用い,3ー(3,4ーdichlorophenyl)ー1,1ーdimethylurea(DCMU)により光合成電子伝達系を阻害したA.thalianaが生育することを見いだした.これら光成成活性低下植物体は,長波長紫外線照射により強い赤色螢光を発した.2.レポ-タ-遺伝子および自殺遺伝子のA.thalianaへの導入と変異原処理光合成遺伝子の発現制御系を解析するためには,突然変異体を用いた方法論が有効であると考えられる.分子遺伝学的解析に必要ないくつかの条件を満たしているシロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)を実験に供した.1.光合成突然変異体の生育条件および赤色螢光による一次選抜法の確立ブドウ糖あるいはショ糖を含む寒天培地(Gamborg B5)を用い,3ー(3,4ーdichlorophenyl)ー1,1ーdimethylurea(DCMU)により光合成電子伝達系を阻害したA.thalianaが生育することを見いだした.これら光成成活性低下植物体は,長波長紫外線照射により強い赤色螢光を発した.2.レポ-タ-遺伝子および自殺遺伝子のA.thalianaへの導入と変異原処理光合成遺伝子の発現制御系を解析するためには,突然変異体を用いた方法論が有効であると考えられる.分子遺伝学的解析に必要ないくつかの条件を満たしているシロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)を実験に供した.1.光合成突然変異体の生育条件および赤色螢光による一次選抜法の確立ブドウ糖あるいはショ糖を含む寒天培地(Gamborg B5)を用い、,3ー(3,4ーdichlorophenyl)ー1,1ーdimethylurea(DCMU)により光合成電子伝達系を阻害したA.thalianaが生育することを見いだした.これら光合成活性低下植物体は,長波長紫外線照射により強い赤色螢光を発した.2.二次選抜のためのレポ-タ-遺伝子のA.Thalianaへの導入赤色螢光により選抜される光合成突然変異体の中から光合成遺伝子発現の制御遺伝子の突然変異体を効率よく選抜するために,A.thalianaの変異原処理に先立ち,レポ-タ-遺伝子のA.thalianaへの導入を試みた.光合成遺伝子としてリブロ-スー1,5ー二リン酸カルボキシラ-ゼ/オキシゲナ-ゼ(RuBisCO)遺伝子(rbcS)およびクロロフィルa/b結合タンパク質遺伝子(cab)に着目した.A.thaliana ecotype Columbia(Somerville)の葉DNAを鋳型として,クロ-ニングのための制限酵素部位を導入した合成プライマ-および校正活性3′→5′proofreading exonuclease activity)を有するVent DNAポリメラ-ゼ(New England BioLabs)を用い,rbcSー3Bおよびcablのプロモ-タ-とその上流を含むDNA断片(それぞれ約1.5kbp)をDNAポリメラ-ゼ増幅法(PCR)により調製した.これらDNA断片の下流にレポ-タ-遺伝子としてβーglucuronidase(GUS)あるいはchloramphenicol acetyltransferase(CAT)遺伝子を置き,A.thalianaへの導入を試みた.光合成遺伝子の発現制御系を解析するためには,突然変異体を用いた方法論が有効であると考えられる.分子遺伝学的解析に必要ないくつかの条件を満たしているモデル植物シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)を実験に供した.1.選抜のための遺伝子の植物体への導入リブロ-スー1,5ー二リン酸カルボキシラ-ゼ/オキシゲナ-ゼ(RuBisCO)のSサブユニット遺伝子(rbcS)およびクロロフィルa/b結合タンパク質遺伝子(cab)のうち,シロイヌナズナrbcSー3Bおよびcab1のプロモ-タ-とそれらの上流を含むそれぞれ約1,500ヌクレオチドからなる領域,またアルコ-ル脱水素酵素遺伝子(adh)コ-ド領域を校正活性を有するDNAポリメラ-ゼを用いたDNAポリメラ-ゼ増幅法(PCR)により作製した.rbcSー3Bプロモ-タ-領域の下流にadh遺伝子を繋ぎ,シロイヌナズナ(Bensheim,adh^-)への導入を試みた.2.突然変異体の作製と選抜シロイヌナズナ種子を突然変異原ethylmethansulfonate(EMS)により処理し,得られるM_1個体の自家受粉によるM_2個体のうち,光合成突然変異体が長波長紫外光の照射により赤色螢光を発することを確認した.また,adh遺伝子発現が低下している植物体は,allyl alcoholを毒性アルデヒドacroleinに変換できないためallyl alcohol耐性であった.既に作製を試みたβーglucuronidase(GUS)およびchloramphenicol acetyltransferase(CAT)遺伝子形質転換値物体を含め,光合成突然変異体の選抜を開始した.
量子力学の諸解釈の比較検討による実在主義の追究

量子力学は,その創出の頃より,それが扱う対象世界の描像をどのように与えればいいのかについての論争を伴っていた.最も有名な例はEinstein-Bohr論争である.この論争は現在でも決着の段階にいたらず,多くの解釈が試みられている.本研究は,これら諸解釈を吟味することによって,実在主義的な描像を探ろうとするものである.Bub(1997)^*は,量子力学の諸解釈が「特定オブザーバブル(preferred observable)」の選択として特徴づけられることを示し,量子力学的確率は,特定部分ブール束の真理値付値集合上の古典的確率として解釈できると主張した.このように量子力学的確率を古典的確率として解釈できるという主張は,CliftonやDicksonも共有している.しかし,本研究で明らかにしたように,(可算)無限次元ヒルベルト空間の場合には,σ加法性に関係する特有の状況が現われてくる.量子力学的確率も古典的確率もσ加法的であり,ヒルベルト空間の部分空間からなる束は(σ)完備である.したがって,σ加法性とσ完備性をどのように解釈に取り入れるかは,重要な問題である.本研究では,命題の真偽が確定するという意味での確定性,物理量の値が確定するという意味での確定性,および古典的確率としての解釈可能性という3者の両立可能性を,σ加法性とσ完備性と関係させて調べ,連続スペクトルをもつ物理量の観測命題の真偽がω矛盾することを指摘し,観測命題の置き換えが必要になるという結論を導いた.これらの結果は,実在主義にとって必ずしも好都合ではなく,場の量子論をも視野に入れた実在主義の研究が今後の課題である.量子力学は,その創出の頃より,それが扱う対象世界の描像をどのように与えればいいのかについての論争を伴っていた.最も有名な例はEinstein-Bohr論争である.この論争は現在でも決着の段階にいたらず,多くの解釈が試みられている.本研究は,これら諸解釈を吟味することによって,実在主義的な描像を探ろうとするものである.Bub(1997)^*は,量子力学の諸解釈が「特定オブザーバブル(preferred observable)」の選択として特徴づけられることを示し,量子力学的確率は,特定部分ブール束の真理値付値集合上の古典的確率として解釈できると主張した.このように量子力学的確率を古典的確率として解釈できるという主張は,CliftonやDicksonも共有している.しかし,本研究で明らかにしたように,(可算)無限次元ヒルベルト空間の場合には,σ加法性に関係する特有の状況が現われてくる.量子力学的確率も古典的確率もσ加法的であり,ヒルベルト空間の部分空間からなる束は(σ)完備である.したがって,σ加法性とσ完備性をどのように解釈に取り入れるかは,重要な問題である.本研究では,命題の真偽が確定するという意味での確定性,物理量の値が確定するという意味での確定性,および古典的確率としての解釈可能性という3者の両立可能性を,σ加法性とσ完備性と関係させて調べ,連続スペクトルをもつ物理量の観測命題の真偽がω矛盾することを指摘し,観測命題の置き換えが必要になるという結論を導いた.これらの結果は,実在主義にとって必ずしも好都合ではなく,場の量子論をも視野に入れた実在主義の研究が今後の課題である.量子力学の解釈問題において実在主義的な描像を得るためには,古典論理が成立するような解釈を試みる必要がある.量子力学の観測命題全体はブール束を構成しないが,1つのオブザーバブルの観測命題全体はブール束を構成する.したがって,あるオブザーバブルを指定すると1つのブール束が指定されることになり,これに属する観測命題の確率は古典的確率として扱うことができ,確率の「無知解釈」が可能になると見なされている.本研究では,オブザーバブルが連続スペクトルをもつ場合,対応するブール束は原子的束とならず,観測命題の1つが真となることは確定的世界の1つの集合が指定されることを意味しないことが明らかにされ,ここから,量子力学においては,観測によって観測命題の1つが真であると確定することを,世界が何らかの仕方で確定していることとしては解釈できないことが導かれた.これは,古典統計力学との際立った違いである.ボームの隠れた変数理論は,バブによって,指定オブザーバブル(preferred observable)を「位置」とする解釈と見なされた.しかし,本研究が明らかにしたように,ボーム理論は,さらに,位置に関する観測命題からなる非原子的ブール束を確定的命題からなる原始的ブール束に置き換えることによって,確率の「無知解釈」を導入した,と見なされる.しかし,このとき,確定的命題の集合は確定的世界の集合と1対1に対応するが,確定的命題と観測命題との間に真偽に関する対応関係はないこと,よって,連続スペクトルをもつオブザーバブルの確率命題の確率を,確定的世界の集合族の上の古典的確率とは見なしえないことが明らかにされた.現代物理学の最も基本的な理論は場の量子論であるから,上のような量子力学特有の特徴が場の量子論の中にどのように入り込んでいるかを調べ,実在主義が維持できるかどうかを検討するのがこれからの課題である.Bub(1997)は,量子力学諸解釈が「特定オブザーバブル(preferred observable)」の選択として特徴づけられることを示した.しかし,彼の研究では,ヒルベルト空間が(可算)無限次元となる場合に生じるσ加法性に関係する問題が十分考察されていない.すなわち,この場合に生じるσ選言,σ完備

2値準同形写像,σ加法的確率測度に対する考察が抜け落ちている.本年度の研究においては,特に,連続スペクトルをもつオブザーバブル観測命題に関する問題が考察され,観測命題の真偽が確定するという意味での確定的世界(「真偽確定世界」)物理量の値が確定するという意味での確定的世界「値確定世界」),観測命題についての量子的確率を古典的確率とする表現(「古典的確率としての表現」),これら3者の間の関係が研究された.それにより,連続スペクトルをもつオブザーバブルの観測命題については,σ完備な真偽確定世界は存在し得ないことが導がれた.これは,連続スペクトルをもつオブザーバブルの観測命題がなすブール束が必然的にω矛盾することを,意味する.一方,量子的確率はσ加法的であるから,その古典的確率による表現もσ加法でなければならない.したがって,古典的確率による表現を成立させるためには,観測命題をσ完備2値準同形が定義できる命題の束に置き換えることが要請される.この要請から,観測命題を実数のボレル集合と見なすことが導かれ,値確定世界と,古典的確率としての表現の両立することが結論された.この観点から,Bohmの確定的解釈を見直すことが試みられた.
ジグザグ型カーボンナノチューブの有機化学合成

我々はペリレンビスイミドをチューブ構造の“壁"を構成するユニットとして用いることで、有機合成化学的にカーボンナノチューブを合成しようと考えた。モデル基質として単量体を用いて反応条件の検討を行った結果、メタフェニレン架橋ペリレンビスイミド2量体が高収率で得られた。得られた2量体について、さまざまな酸化的縮環反応の検討を行った。最終的には酸化剤とプロトン酸を混合して用い、低収率ながら完全縮環ペリレンビスイミド2量体の合成に成功した。単結晶X線結晶構造解析の結果から分子全体の平面性が極めて高いことが明らかとなり、多量体をチューブ状構造にできた場合には滑らかな壁を構築できることが強く期待できた。本研究課題では、シクラセン骨格の設計指針と合成方法を確立し、またその材料の特長を活かした素子の開発および高効率の近赤外発光材料の合成を目指す。アームチェア型カーボンナノチューブ(CNT)の部分構造であるシクロパラフェニレン(CPP)は最近盛んに研究されているが、ジグザグ型CNTの部分構造はこれまでに磯部らによる一例しか合成例がない。さらに、共役の繋がったシクラセンはどのような系においてもいまだ合成の達成されていない夢の化合物である。母核のシクラセンは、閉殻表記では構造中にベンゼン環(sextet)を一つも描けず、「末端」がないため完全な無限構造をとっており、π電子共役は分子全体に拡がっている。本年度は、ペリレンのベイエリアの修飾、鈴木-宮浦カップリングを経て、効率よくフェニレン架橋2量体を合成する条件を確立し、またそれを条件を変えて酸化することで、モノ縮環体とビス縮環体の両方を得た。ここで、鍵となるのは化合物の溶解性・反応性(化学的安定性)である。特に溶解性は化合物の同定にも影響するので非常に重要である。安定性に関しては今のところ問題は無い。溶解性は徐々に低下しているので、今後の工夫を要する。フェニレン架橋2量体と完全縮環2量体に関しては、単結晶のエックス線構造解析に成功した。また、環状縮環体合成に向けて、ビス臭素化体とビスホウ素化ベンゼンとの1:1カップリング反応に挑戦し、8量体までの生成をMALDI-TOF質量分析装置で確認した。今後、曲面状の化合物を合成するためには、どの段階で環状化して芳香族化するかが極めて重要である。炭素原子だけから構成されているフラーレンやカーボンナノチューブは、ベンゼン環という「ブロック」を何枚も貼り合わせた形をしている。本研究課題ではこれまでの合成経験を活かし、堅牢な骨格であるベンゼン環とペリレンビスイミドを組み上げることでカーボンナノチューブの部分構造を有機合成化学的に構築することを目指した。カーボンナノチューブの部分構造の構築に成功すれば、今後のカーボンナノチューブの反応性やテンプレート合成、ピーポッド構造の構築など様々な応用が期待される。ペリレンビスイミドはペリレンの上下にイミド(OC-NH-CO部)をもつ平面性の高い多環芳香族炭化水素であり、近年ではn型の有機半導体材料として盛んに研究されている。まずはモデル基質を用いて反応条件の検討を行った。検討の結果、メタフェニレン架橋ペリレンビスイミド2量体が高収率で得られた。これは単結晶X線構造解析により構造決定した。その結果、酸化剤とプロトン酸を混合して用い、低収率ながら完全縮環ペリレンビスイミド2量体の合成に成功した。次に、同条件を用いてベリレンビスイミドオリゴマーの合成を行った。反応生成物の質量分析の結果により8量体に相当するピークまでを確認でき、2量体から4量体までの化合物の単離を行った。現在、分子内環化による環状化合物の単離を目指し研究を続けている。有機合成基本となる分子設計としてπ共役系化合物を単結合という「線」でつなぐのではなく、2箇所以上の結合で繋いで「面」を作るためにペリレンを選択し、更に大気化でも安定に取り扱えるようにビスイミドを導入した。まずはペリレンのフェニレン架橋2量化が収率良く進む反応条件を確立し、さらに強い酸化的条件によって完全縮環体になることを突き止めた。どちらの化合物もエックス線結晶構造解析によって分子構造を明確にしている。このように部分ユニットの反応は完全に制御できた。

次にビス臭素化体とビスホウ素化体の鈴木ー宮浦カップリングによって、8量体の生成まで確認し、基本ユニットのオリゴマー化に対する反応性に問題が無いことを確かめた。詳細な質量分析によって、末端部分がフェニル基で反応ストップしていることを明らかにし、現在はホウ素部分が還元されて終わる反応を、いかにして環状化へ導くか、最後に残る関門である環状化の条件検討に進んでいる。これらの結果・進捗状況は、おおむね研究計画通りであり、申請者の設定したゴールに向かって一歩一歩着実に近づいている状況にある。従って、区分として(2)おおむね順調に進んでいるを選択した。ジグザグ型カーボンナノチューブの部分ユニットは不安定で単離できないと思われがちであるが、適切な置換基の導入などで克服できると考える。すでに十分に電子求引性の置換基を導入して化合物の酸化に対する安定性を確保しており、ベルト状化合物を経由して最後は酸化によって共役系を完成させる目標に変わりは無い。リング状分子から、より「壁」のある分子の合成を達成するところが研究の肝である。最後の酸化によって共役系を完成させる反応は、新反応の開発も含めて精査する。「壁」ができることでより内部空間が有効に利用できるようになり、フラーレン類との錯形成能も探索する。新しい有機色素化合物の創製によりその特異な物性が明らかになれば、その高次化(集積化)によって化合物の持つ個々の能力を最大限に発揮できるのみならず、複合化による電子状態の変化や新たな機能の創出も期待できる。ペリレンビスイミドは加水分解によりカルボン酸となるため、多点水素結合を利用した集積化を検討し、真のチューブ構造の創成に取り組む。ジグザグ型CNTは単体としての性質のみならず、単層CNTとして内包分子と相互作用することや、ジグザグ型CNTの完全合成のテンプレートとしても期待される。新規化合物の同定に予想よりも時間がかかり、その間に使用予定であった試薬等を次年度に利用することになった。試薬等の消耗品に使用する。
キメラオリゴヌクレオチドを用いたイネにおける遺伝子ターゲッティング法の開発

キメラRNA/DNAオリゴヌクレオチドは、RNAとDNAからなる合成オリゴヌクレオチドであり、ゲノム中の標的遺伝子を部位特異的に1塩基置換する方法が哺乳類において開発されている。我々は、キメラRNA/DNAオリゴヌクレオチドを胚盤由来の2倍体カルスにパーティクルガンで導入することにより、標的塩基に1塩基置換を起こすことがイネにおいて可能であることを明らかにした。塩基置換を起こす頻度を調査した結果、胚盤由来のカルスの場合、導入細胞あたり3.3x10-5であった。コケなどの半数性植物では相同組み換えを起こしやすいことが知られているので、葯培養由来のカルスを用いて、半数性細胞と2倍体細胞において塩基置換を起こす頻度を比較した。その結果、葯培養由来のカルスはおよそ60%が半数性であること。葯培養由来のカルスは胚盤由来のカルスに比べ塩基置換の頻度は10倍高いが、自然突然変異の頻度も高くアルビノが多いこと。半数性の細胞と2倍体の細胞で塩基置換の頻度に差が見られないことがわかった。通常のco-transformationでは選抜マーカーと非選抜マーカーの両方の遺伝子が導入される確率はおよそ50%である。同様に、2種類、あるいは3種類のキメラRNA/DNAオリゴヌクレオチドを混合して導入した場合、2カ所同時に塩基置換が可能かどうか検討した。しかし、2箇所で同時に塩基置換したものは得られなかった。この技術を実用化するためには、2箇所の異なる遺伝子に同時に塩基置換を誘導する条件検討する必要がある。本研究では、キメラRNA/DNAオリゴヌクレオチドを用いた遺伝子ターゲッティング法をイネにおいて確立することを目的とした。標的遺伝子としてアセト乳酸合成酵素(ALS)を用いた。ALSの特定部位に1アミノ酸塩基を起こした植物はスルフォニルウレア系除草剤に耐性を示す。除草剤耐性となるように塩基置換を設計したキメラRNA/DNAオリゴヌクレオチド(Ch-P171A,Ch-W548L,Ch-S627I)を、パーティクルガンを用いてイネカルスに導入して除草剤を用いて選抜した。胚盤由来カルス20シャーレへCh-W548LとCh-S627Iを導入した結果、得られた除草剤耐性のイネ3系統のALSにW548L置換をもたらす1塩基置換が起きていた。培養変異によると考えられる塩基置換も同頻度で得られた。コケなどの半数性植物では相同組換えが起こりやすいことが知られているので、葯培養由来のカルスも材料とした。葯培養由来カルス8シャーレへオリゴヌクレオチドを導入した結果、得られたW548L置換カルスの頻度は1個/シャーレとなり、Ch-W548Lを導入しない場合の3倍となった。また、Ch-P171Aを4シャーレに導入したところ、狙った通りの塩基置換を起こした植物体が1個体得られた。このような植物はCh-P171Aを導入しないカルスからは得られなかった。以上の結果から、キメラRNA/DNAオリゴヌクレオチドを用いて標的塩基に1塩基置換を起こすことがイネにおいて可能であることを明らかにした。