hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
有機電界効果トランジスターの作製と評価

有機半導体薄膜を利用した電界効果トランジスター(FET)や電界光学素子(EL)といった「有機薄膜デバイス」も実用化に向けた研究が盛んである。しかしながら、金属電極から有機半導体へのキャリア注入機構や有機半導体内のキャリア輸送機構に関する基礎的知見は著しく不足している。本研究では有機半導体の電気的特性に関し、特に界面構造に焦点をあてて詳細に解明し、高効率有機トランジスター作製指針を導出することを目的とし、下記の研究を行った。(1)仕事関数の異なる電極を用いたトランジスターの作製(2)原子間力顕微鏡を用いた任意形状電極の描画手法の確立(1)に関しては、仕事関数の比較的高い「金」と低い「アルミニウム」を用いることにより、正孔と電子を効率よく注入することが可能となり、キャリアノ再結合による発光を確認した。(2)に関しては、電気化学的手法を用いた描画を行い、探針表面状態、溶液濃度、湿度、描画速度、印加電圧などの条件を最適化し、導電性基板表面での白金電極の作製を行うとともに、絶縁性基板への引き出しを行えることを見出した。最小の電極幅は1ミクロン程度であり、長さは3ミクロンであった。より細く、任意形状の電極を作製するために、描画用のプログラムの作成を行っている。有機電界効果トランジスター(OFET)は有機発光ダイオードや有機太陽電池とともに、21世紀のユビキタス社会の一翼を担うデバイスとして期待が寄せられている。OFETは、1990年代後半にペンタセン蒸着膜がアモルファスシリコンに匹敵する1cm^2/Vs程度の正孔移動度を示したことや、大気中でも安定なN型半導体特性を示す材料が見出されたこと、インクジェットプリントやスクリーン印刷のような簡便な手法で作製できることが示されたことにより、実用化への期待が高まり、国内外で開発競争が活発化している。本研究では、特に電極/有機半導体の界面の制御を行い、OFETの高性能化と新しい機能の付与を目指している。一般にOFETは、p型あるいはn型のunipolarな特性を示す素子が多いが、ドレインおよびソース電極に仕事関数の異なる金属を用いることにより、正孔と電子の両方の注入効率を高め、キャリアの再結合による発光を確認した。この発光型トランジスター(light-emitting FET)は、スイッチング機能とともに発光機能を有する。材料探索および素子構造の改良により、発光効率を高めることにより、有機レーザーなどへの応用を目指す。また、現状のOFETは多結晶体を含むため、グレイン境界の存在が、キャリア輸送を制限し、性能を悪くしている。最近、単結晶を用いたOFETも作製され性能の向上が示されている。微結晶に対し、自由に配線を行う方法として、原子間力顕微鏡を用いたディップペンリソグラフィーを適用し、絶縁体基板上への白金線の描画を行った。現在、線幅は数百nmであるが、条件を最適化することにより、数十から数nmの線幅で、微結晶に自由にアクセスする手法を確立する。
出産と労働に関する不確実性が存在する下での最適なライフデザインモデルの構築と応用

本科研の研究テーマは「出生行動や労働に関する不確実性が存在する下で、出生行動と労働に関する意思決定がなされるライフデザインモデルの構築とその応用」である。本年度は家族介護と家庭内育児、労働時間と人口に関して内生化した分析を中心に研究発表をすることができた。この論文により、家族内介護時間を増加させることが人口成長、つまり出生についてマイナスである暫定的な結論を導くことが出来た。出生行動あるいは介護については、市場で供給されている一般的なサービスでこれらの行為を家庭内から市場へと代替できる。この育児・介護サービスを利用する外部サービスと家族が時間を使って行う家族内育児・家族内介護のバランスがとることが困難な場合、問題が生じる。家庭内の育児・介護を中心に育児・介護がなされるのであれば、若年世代が労働時間を減らして育児・介護に従事することになる。しかしながら、労働時間を減らすことは希望する所得が得られないという状況を生み出し、希望するライフサイクルの達成が困難になる可能性が高まる。また、昨今の雇用形態の変動という不確実性の増大が出生行動と労働の関係をより複雑にしている。この不確実性が存在する下での出生(人口成長率)を内生化したライフデザインモデルを構築し、そのモデルに動学的比較優位を取り込むモデルを構築する。その後、出生と労働の両立に資する経済政策は何かを明示的に分析し、研究を完結させる予定である。大学の異動による準備および育児等で十分な時間を割くことが出来なかった。2019年度においては、これまでの理論研究に加えて、様々な分野における研究手法に基づいた研究にも挑戦することで問題の解決を図る。具体的に、2018年度において執筆中の理論研究に加えて、アンケート調査の手法に基づいて、中小企業における自己負担割合の変化が地域経済にどのような影響を与えるのかを考察する予定である。2つ目は、本モデル研究の結論を用いて出産支援策が家計の経済厚生に如何なる影響を及ぼすかなどに関するパラメータを用いたシミュレーションを行なう、数値計算を使った研究である。これにより理論研究の現実妥当性を確認する。この数値計算のためには実証的手法などに基づいたパラメータの設定が必要であるが、パラメータが現実のデータをもとにしているため、政策インプリケーションは非常に意味のあるものになると思われる。この研究も2019年度では引き続き進めて行く。これらの研究は1人による単独研究では不可能なため、これまでと同様、引き続き、共同研究を積極的に進めて、分析を進めて行く予定である。平成28年度計画は、今後2年間の研究を進捗させるために必要な基本モデルの作成に充てるものであった。本年度計画の第1段階では,これまで申請者が研究してきた異なる出産タイミングを導入した2期間世代重複モデルに2部門労働市場を統合する予定であった。このモデルによって出生行動と労働選択が同時に決定されるライフデザインモデルを構築することであった。これまでに得られた暫定的な知見は,出産タイミング遅延や2部門市場の存在が,家計貯蓄を増加させ資本蓄積の増加を通じて経済厚生に正の影響を及ぼす可能性があることである。今後さらにこの基礎モデルを精緻化し出生行動に適切な不確実性の導入を検討している。この出生行動に関する不確実性のモデルへの導入をしっかり検討したのち、基礎モデルに不確実性を取り込んだモデルにおける安定性および解の存在,比較静学等のモデル分析の基礎を完成させる。その後、出生支援政策や労働支援政策を取り込んだ拡張モデルに関しても同様に分析し,解析的にどこまで分析可能かを考察する予定となっている。現在は、第1段階での基礎モデルが概ね完成しつつある段階であり、今後は,第2段階の不確実性を導入したケースの分析を行い、解析的な分析が困難な場合の対応策を検討する。くわえて、本モデル研究の結論を用いて出産支援策が家計の経済厚生に如何なる影響を及ぼすかなどに関するパラメータを用いたシミュレーションを行ない、理論研究の現実妥当性を確認する。来年度、再来年度に向けて着実な成果を出すために基礎モデルを慎重に検討している。本年度は、当初予定していた学務に加えて、本務校における複数の臨時的な学務を行わなければならない状況が生じた。このため、当初の予想以上に学務に時間を取られたため本年度の本研究計画に割くべき時間が十分に取れない状況が生じることとなった。ただし、今年度はこの遅れを生じさせた臨時的な学務に関しては概ねその問題は解消されたため、予定通り本研究課題に時間を割くことでその遅れを取り返す目途がついている。今年度は今後の研究についての道筋をつけた。これまで申請者は介護保険制度を中心に,世代間の所得移転の仕組みや社会保障制度維持のための世代ごとの望ましい費用負担の在り方などを考察してきた。これらの研究に従事する過程で出生を内生化し、世代ごとの利他性(上の世代、下の世代の双方の厚生に関心をもって自己の意思決定をする)をもつ効用関数の下で、世代間、世代内の利益が対立する状況が存在する中での様々な経済政策の分析が行える理論モデルを構築した。この社会保険に関する研究で得られた理論モデル(日本経済政策学会編『経済政策ジャーナル』第13巻に掲載される)に出産行動と労働に関する不確実性のある状況を組み込み、出生行動と労働に関する同時決定できるライフサイクルの基礎モデルを構築した。今後、基礎モデルにさまざまな政策諸変数を盛り込み、当初の研究目的である、ナイト流不確実性のある状況における出生行動を捉えることを完遂する予定である。

出生に関しては、晩産化による妊娠可能性に関する不確実性(加齢による予期できない不妊)が出現し、雇用における不確実性の高まり(グローバル化による確率的に予期困難なリストラなど)によって従来の出生行動理論と異なる理論の展開が必要な状況が生じている。本研究は、この社会の変化を捉えるモデルの構築を目指す。少子化問題は、新たな不確実性の発生による出生行動と労働の両立困難から結婚や出産が先送りされ、結果的に家計の望む出生行動が行えないことから生じており、本研究成果によって問題解決の一助としたい。前年度、校務等の時間調整がうまくいかず当初の予定通りに進まなかった研究を当初のエフォートに基づき投入する事で、予定の計画に近づきつつある。残りの遅れの部分についても可能な限りエフォートを投入し取り戻す予定である。本科研の研究テーマは「出生行動や労働に関する不確実性が存在する下で、出生行動と労働に関する意思決定がなされるライフデザインモデルの構築とその応用」である。本年度は家族介護と家庭内育児、労働時間と人口に関して内生化した分析を中心に研究発表をすることができた。この論文により、家族内介護時間を増加させることが人口成長、つまり出生についてマイナスである暫定的な結論を導くことが出来た。出生行動あるいは介護については、市場で供給されている一般的なサービスでこれらの行為を家庭内から市場へと代替できる。この育児・介護サービスを利用する外部サービスと家族が時間を使って行う家族内育児・家族内介護のバランスがとることが困難な場合、問題が生じる。家庭内の育児・介護を中心に育児・介護がなされるのであれば、若年世代が労働時間を減らして育児・介護に従事することになる。しかしながら、労働時間を減らすことは希望する所得が得られないという状況を生み出し、希望するライフサイクルの達成が困難になる可能性が高まる。また、昨今の雇用形態の変動という不確実性の増大が出生行動と労働の関係をより複雑にしている。この不確実性が存在する下での出生(人口成長率)を内生化したライフデザインモデルを構築し、そのモデルに動学的比較優位を取り込むモデルを構築する。その後、出生と労働の両立に資する経済政策は何かを明示的に分析し、研究を完結させる予定である。大学の異動による準備および育児等で十分な時間を割くことが出来なかった。本年度かなり時間を割く必要が生じた学務は概ね終了し、今後は予定通りに本研究課題に関する研究時間を割くことが出来る目算がたった状況である。くわえて、申請者が研究分担者としてかかわっているその他科学研究費課題によって得られた知見のいくつかを本研究課題に応用できる目途が付きつつあるためこの遅れを取り返せる素地が出来つつある。基礎モデルを概ね完成させたので、今後は予定通り、不確実性を導入する事で新たな研究を進めていく予定である。2019年度においては、これまでの理論研究に加えて、様々な分野における研究手法に基づいた研究にも挑戦することで問題の解決を図る。具体的に、2018年度において執筆中の理論研究に加えて、アンケート調査の手法に基づいて、中小企業における自己負担割合の変化が地域経済にどのような影響を与えるのかを考察する予定である。
原子オーダ平坦な界面を有する３次元立体構造トランジスタの製造プロセスに関する研究

本研究では、任意のシリコン表面を原子スケールで平坦化するシリコン表面平坦化技術の開発に成功し、MOSデバイスの信頼性を劇的に向上させた。本技術により、ゲート絶縁膜とシリコンの界面が原子オーダで平坦になされた3次元立体構造MOSトランジスタ製造への道が拓けた。本研究の成果は、シリコン結晶の有する全性能を駆使した、超低消費電力・超高速動作CMOSシリコンLSIの創出に大きく貢献するものである。任意のシリコン表面上に、ゲート絶縁膜とシリコンの界面が原子オーダで平坦になされた3次元立体構造MOSトランジスタを製造するプロセス技術を創出して、シリコン結晶の有する全性能を駆使することにより、超低消費電力で文字通り超高速動作するバランスドCMOSシリコン集積回路(LSI)を創出することが本研究の目的である。平成22年度は、Si表面の原子オーダ平坦化の実現に必要な熱処理温度を800°C程度の温度まで低温化することに成功し、従来の高温処理ではきわめて困難であったLSI製造への適応化が容易になった。また、従来の熱酸化に比べラジカル酸化で形成した酸化膜は非常に高い信頼性を有するが、測定サンプルの面積が4mm×4mmと大きくなると著しく信頼性が劣化することが明らかとなった。しかし、本研究で実現した原子オーダ平坦Si表面とラジカル酸化を組み合わせることにより、測定サンプルの面積を4mm×4mmと大きくしても全く電気的特性がばらつかなくなり、さらなる信頼性の向上を実現した。さらに、従来の極めて厳しい汚染とダメージを与えるイオン注入プロセスに替えて、915MHz金属表面波励起高密度プラズマ装置を応用したダメージフリーのプラズマイオン注入装置を新たに導入した。平成22年度は、同装置を用いたイオン注入条件をシミュレーションと合わせて最適化を行った。イオン注入ではBF3ガスやPF3ガスを導入したプラズマを用いるが、従来のプラズマ装置では全く不可能であったフッ素100%の雰囲気でも、安定なプラズマを維持できることを確認した。申請者はこれまでに、ウルトラクリーン技術を導入した熱処理炉を用いてSi基板を超高純度Ar雰囲気中800°C以上で熱処理することにより、Si(100)表面の原子オーダ平坦化に成功している。平成23年度には、本技術をSi(551)面に適用し、600°C程度の低温でもSi(551)表面の平坦性が向上することを見出した。すなわち、Si(551)表面はSi(100)表面と比較し、より低温でシリコン表面の平坦化が進行し易いことを意味している。この結果から、これまでに得られた高温熱処理におけるシリコン表面の平坦化技術に対して、プラズマを用いてシリコン表面を活性化させることにより、低温でもシリコン表面の平坦化が実現可能であると考えられる。平成23年度は、プラズマプロセスを用いたシリコン表面の平坦化を行うために、915MHz金属表面波励起ダメージフリー高密度プラズマ装置を導入し、安定なプラズマ条件を探索した。また、915MHz金属表面波励起ダメージフリー高密度プラズマ装置を用いて、プラズマイオン注入を行った。ソースガスはPF_3ガスを使用し、活性化のアニールは550°Cで行った。550°Cの低温アニールでも逆方向電流が2x10^<-9>cm^<-2>であることを実証した。すなわち550°Cの活性化アニールにおいても、従来のイオン注入装置でイオン注入し高温アニールで作製したPN接合と同程度の生成ライフタイムと、再結合ライフタイムを実現できることを見出した。(100)面では原子オーダで平坦化された高純度Ar雰囲気中の熱処理において、Si(551)表面に対しては、平坦化温度を低温にしていくに従い、表面平坦性が向上し、超高純度Ar雰囲気中600°Cの熱処理において、平均表面粗さRaが0.04nm以下まで平坦化されることを見出した。この結果から、Si(551)表面はSi(100)表面と比較し、より低温でシリコン表面の平坦化が進行し易いことが示唆されたため、本年度はプラズマを用いてシリコン表面を活性化させることによるシリコン表面の平坦化の実現を試みた。

マイクロ波励起高密度プラズマ装置を用いて、Xe/H2プラズマによるシリコン表面の平坦化を行った結果、H2濃度が10%、プロセス圧力が266Paにおいて、Si(100)表面が平均粗さで0.039nmまで平坦化された。さらに同条件において、Si(551)表面は平均粗さで0.068nmまで平坦化されたことを確認した。任意のシリコン表面上に、ゲート絶縁膜とシリコンの界面が原子オーダで平坦になされた3次元立体構造MOSトランジスタを製造するプロセス技術を創出して、シリコン結晶の有する全性能を駆使することにより、超低消費電力で文字通り超高速動作するバランスドCMOSシリコン集積回路を創出することが本研究の目的である。これまでに、Si基板を超高純度Ar雰囲気中800°C以上で熱処理することにより、Si(100)表面の原子オーダ平坦化に成功している。(100)面では原子オーダで平坦化された超高純度Ar雰囲気中850°Cの熱処理において、(551)面では極めて凹凸の激しい表面が形成された。平坦化温度を低温にしていくに従い、表面平坦性が向上し、超高純度Ar雰囲気中600°Cの熱処理において、平均表面粗さRaが0.04 nm以下まで平坦化されることを見出した。すなわち、Si(551)表面はSi(100)表面と比較し、より低温でシリコン表面の平坦化が進行し易いことを意味しており、プラズマを用いてシリコン表面を活性化させることにより、低温でもシリコン表面の平坦化が実現可能であると考えられ、プラズマプロセスを用いたシリコン表面の平坦化のためのプラズマ条件を探索中である。また、超高速動作するバランスドCMOSシリコンLSIを実現するために、MOSトランジスタのソース/ドレイン電極におけるコンタクト抵抗を可能な限り小さくする必要がある。これまでに(100)面上には良好なシリサイドが形成され、10-10Ωcm2台の接触抵抗を実現しており、平成24年度は(551)面上における良好なシリサイド形成条件を探索した。その結果、特にシリサイド形成が困難であるn+領域において、Erと下地Siとの反応によって形成するErSixの組成が、Si(551)面上ではSi(100)面上よりSi密度が高いErSixが形成されている事を見出した。任意のシリコン表面上に、ゲート絶縁膜とシリコンの界面が原子オーダで平坦になされた3次元立体構造MOSトランジスタを製造するプロセス技術を創出して、シリコン結晶の有する全性能を駆使することにより、超低消費電力で文字通り超高速動作するバランスドCMOSシリコン集積回路(LSI)を創出することが本研究の目的である。平成25年度までに、マイクロ波励起高密度プラズマ装置を用いて、Xe/H2プラズマによるシリコン表面の平坦化を行い、H2濃度が10%、プロセス圧力が266Paにおいて、Si(100)表面では平均粗さで0.039nmまで平坦化され、Si(551)表面では平均粗さで0.068nmまで平坦化されることを実証した。平成26年度は、MOSデバイスに対してXe/H2プラズマによるシリコン表面平坦化の効果を検証した。Si(100)基板に対して、素子分離形成後、ゲート酸化膜形成直前にXe/H2プラズマ平坦化を行い、そのままKr/O2
自己啓発重点校における物理工作の教育効果の研究

○研究員的:教科書と問題集では充分な教育効果を期待できない自己啓発重点校でJSTのサイエンスレンジャー、ガリレオ工房、放射線教育フォーラムなどの活動で得た物理工作を物理教育に効果的に活用するための研究である。○研究方法:具体的には光について学習するときに万華鏡やワンダーボックスなど光関係の工作をさせる。エネルギーについて学習するときにスターリングエンジンやくるくるモーターの工作をしながらエネルギー問題につて学ぶ。原子につて学ぶときに放射線関係の観測装置の自作と観測をして、放射線に対する正しい認識を持たせる。進度に合わせて物理工作を導入し、その効果について質問用紙で調べるものである。○研究成果:ワンダーボックス万華鏡については93%の生徒が完成した。光について反射、透過、屈折の原理がよくわかったと答えた生徒は86%である。物理工作は特に完成することによって教育効果が大きいとわかった。音の教材カリンバは完成が75%、音についてよくわかったが69%であった。風独楽ミニは完成が92%であるが作用・反作用の法則、慣性、揚力など扱う物理の法則が多いためよくわかったは63%であった。松風独楽については完成したのが47%でよくわかったは54%であった。分光筒工作は完成が24%、よくわかったが20%であった。完成が少ないと理解もすすまないということが判明した。半分以上の生徒が来年度以降も実施した方がよいと答えた物理工作は次のものである()の数字は答えた生徒の人数%である。CD風独楽(54)、偏光万華鏡工作(75)、静電モーター(54)、ムーアのモーター(51)、放電箱(60)、蝙蝠探知機(50)、ダイナモ(56)、回折シート(64)、加法混色説明器(57)、電気で加熱(47)、電気ソーセージ(89)であった。
グラフ理論・組合せ可換代数を用いたグラフィカルモデルの統計的推測に関する研究

本研究はグラフィカルモデルの統計的推測問題における、マルコフ基底を用いた正確検定アルゴリズムの開発、大規模モデルの推測アルゴリズムの開発、パラメータのベイズ推定という3つの問題に焦点を当てて行った。その結果多くの実用的モデルにおけるマルコフ基底の導出・構造解析、ガウスグラフィカルモデルの共分散行列の最尤推定量計算のコーダルグラフ拡張を用いた局所化アルゴリズムの開発、ポアソングラフィカルモデルのパラメータのベイズ推定量の提案を行うとともに、提案手法の実用性を数値実験を用いて確認した。1.Poisson分解可能モデルにおけるパラメータ推定の決定理論的考察:多変量Poisson分布の縮小推定の議論を分解可能モデルに拡張し、最尤推定量を一様に改良する推定量のクラスの導出に成功した。また改良型推定量に基づいて構成されたBootstrap同時信頼領域が、最尤推定量に基づくものよりも包含確率、領域の体積の両面において優れていることを数値実験により示した(Hara and Takemura (2007))。またこの問題をベイズ推定の観点から考察し、許容的でかつ最尤推定量を一様に改良する推定量の導出にも成功した。この成果については現在投稿中の段階である。2.2標本間のスワップの可能性に関する数学的考察と実用的スワップアルゴリズムの提案:個票データ秘匿の問題に関し、いくつかの周辺頻度が既に公表済みという状況下における2標本間スワップの問題の数学的考察を行った。スワップは常に可能であるわけでは必ずしもなく、その可能性は公表されている周辺に対応する変数集合に依存する。ここではこの問題をグラフ理論の立場から整理し、2標本間のスワップを可能にするための必要十分条件が、周辺の変数集合がなすある種のグラフの分離性を用いて表されることを示した。また2標本間スワップを行うための効率的アルゴリズムを提案した(Takemura and Hara (2007))。3.Subtablesum problemのマルコフ基底:2元分割表において、部分的なセルにのみ2因子交互作用が存在するようなモデルを考える。このモデルは、例えば水準に順序が存在する場合の変化点モデル(ブロック交互作用モデル,Hirotsu (1997))や、2変数の対角成分にのみ交互作用が存在する準完全独立モデル(厳密にはその部分モデル)などを含む。このモデルの場合、十分統計量は行和・列和に加え、交互作用が存在する部分表に関する頻度の和(subtable sum)で与えられる。このモデルを正確検定によって適合度検定する場合のマルコフ基底を求める問題をsubtable sum problem呼ぶことにして、これについて統計学・組合せ論・代数的な視点から考察を行った。一般には交互作用が存在する部分表をどのように取るかによって、マルコフ基底は複雑にもなりえるが、完全独立モデルと同様に2次のmoveのみからなるマルコフ基底を持つモデルも存在する。ここでは2次のmoveからなるマルコフ基底を持っための部分表に関する必要十分条件を導出した。その結果、変化点モデルはこのクラスに属することを示した(Hara, et. al.(2008))。また準完全独立モデルはこのクラスに属さないが、4次のmoveまで用いることでマルコフ基底を構成することを示し、実例を通じてマルコフ基底を用いた適合度検定の有用性を示した。後者の結果に関しては現在投稿中である。本年度は主として(i)Poisson分解可能モデルにおける最尤推定量の改良、(ii)ガウスグラフィカルモデルの共分散行列の最尤推定量計算の局所化、(iii)分割表のsubtable sum problemにおけるMarkov基底の導出の3つの課題について研究を行った。(i)では、飽和モデルにおけるClevenson and Zidek(1976)が提案したBayes推定の議論を分解可能モデルに拡張し、2乗損失関数の下でMLEを改良し、かつ許容的なBayes推定量を導出した。さらに実データに適用し、小標本の場合の有効性を確認した。(ii)では、Badsberg and Malvestuto(2002)、Jirousek and Preucil(1995)らによる分割表の階層モデルにおけるMLE計算の局所化のアイディアをガウスグラフィカルモデルの共分散行列のMLE計算に応用し、計算量の意味で従来のアルゴリズムが繰り返し計算1回あたりモデルの次元の3乗のオーダーであるのに対し、疎なモデルにおいては線形のオーダーで計算可能なアルゴリズムを提案した。そして数値実験により、とくにモデルの次元が100を超える場合には提案手法が著しく有効であることを確認した。(iii)では、2元分割表の変化点モデル(Hirotsu(1997))や疑似独立モデルのように、2因子交互作用が部分的にしか存在しないようないくつかのモデルにおけるMarkov基底の導出を行った。実データを用いてMCMC法による正確検定を行いその有用性を確認した。本年度は主として、トーリックモデルのマルコフ基底の導出、グラフィカルモデル推測の局所計算アルゴリズム、グラフィカルモデルのベイズ推定に焦点を当てて研究を行った。

まずトーリックモデルのマルコフ基底に関しては、部分和モデル(subtable sum model)、commondiagonal effect modelなどの、いくつかの実川的な統計モデルにおけるマルコフ基底の導出を行い、それらを用いた正確検定アルゴリズムの導出を行った。また離散ロジスティック回帰モデルの場合は、マルコフ基底の構造が複雑で、一般には導出が困難であるこどが知られているが、各説明変数の組に対する試行回数が正であるという現実的な制約を満たすファイバー要素のみを連結に結ぶには、単純な構造のマルコフ基底の部分集合だけで十分であることを示し、それらを用いた正確検定アルゴリズムの導出も行った。またガウスグラフィカルモデルの共分散行列の最尤推定量の計算における標準的な繰り返し計算アルゴリズムである例反復法を、コーダルグラフ拡張を用いることによりアルゴリムを局所化し、従来のアルゴリズムより計算量の意味で優れたアルゴリズムの導出に成功し、計算機実験により実用性を確認した。さらに、ポアソングラフィカルモデルのセル確率の推定問題に関し、最尤推定量を二乗誤差の意味で優越するベイズ推定量を導出した。またいくつかの提案型推定量に関しては、許容的であることも証明した。
堕胎牛皮コラーゲン及びサケ白子DNAを資源に用いた複合型新素材の開発

コラーゲンをDNA存在下で線維化させると、従来のコラーゲン線維とはまったく形状や物理化学的性質が異なる新しいタイプの線維が形成することを見出した。コラーグンのみの線維に比べ非常に太く、しかも規則的な横紋構造を持つ驚異的な線維が再現性よく形成する。この現象の一つの応用として、コラーゲン溶液をノズルを通してDNA水溶液中に押し出すと、規則的な横紋構造を持つコラーゲンを含むDNA-コラーゲン複合繊維が得られ、これらからDNA-コラーゲン複合体繊維膜が調製できる。現段階では現象が確認されているにすぎないが、この現象の機構を解明し、またコラーゲン線維に新しい機能を付与した画期的素材として利用する道を拓くのがこの研究の目的である。上記の技術・知見を基礎にして、DNA-コラーゲン複合体の医用材料としての利用に関する研究を行った。最適条件で調製したDNA-コラーゲン糸およびフィルムの生体親和性を細胞培養法により検討した。すなわち、これらの素材を細胞外マトリックスとして繊維芽細胞を培養したところ、コラーゲンのみの場合と大きく異なり、繊維芽細胞の増殖が大きく抑制されることがわかった。また、このDNA-コラーゲン複合体フィルムは、抗DNA抗体を選択的に吸着し、ELISA法(酵素免疫吸着法)による抗DNA抗体の検出に用い得ることがわかった。さらに動物モデル系に導入した場合において、これらの材料の安全性、炎症の有無、治癒効果などについて検討を行った。コラーゲンのみの線維に比べ非常に太く、しかも規則的な横紋構造をもつ驚異的な線維が再現性よく形成する。これらの実験データをもとに、最終的には、このDNA-コラーゲンからなる線維やフィルムを医用材料として実用化し、廃棄されている堕胎牛の皮やサケ白子を新しい高度機能性素材として利用する道を拓くための研究を進めた。1.DNA-コラーゲン複合体の構造解析コラーゲンの線維化を各種DNA存在下で行い、目的に適したDNA-コラーゲン複合体の調製のための最適条件を模索した。具体的には線維化に伴う濁度の変化を測定し形成した線維の微細構造を電子顕微鏡などにより調べた。さらにDNA-コラーゲン複合体の分子レベルでの構造解析をX線散乱を用いて行う予定である。2.DNA-コラーゲン糸、フィルムの調製とその物性の研究紡糸機を用いてDNA-コラーゲン糸を作成し、さらにこれを用いてDNA-コラーゲンシートを調製した。またスキャット法によりフィルムを調製した。調製した糸およびフィルムについてその引っ張り強度、pH、温度に対する安定性などの物理化学的な性質を調べる予定である。
不活性結合変換を活用する錯体触媒反応の集積化

マイクロリアクターを用いた複雑なジアリールアミン合成を検討した。その結果、バッチ反応では純粋には合成困難なケイ素とホウ素を持つジアリールアミンがマイクロリアクターを用いることにより合成可能であることを明らかにた。すなわち、2-ブロモ-N-メチル-N-(2-(トリメチルシリル)フェニル)アニリンに対して、ブチルリチウムとクロロボランを順次、マイクロリアクター中で反応させることで、望まない分子内環化反応を抑制し、目的とするジアリールアミンを合成することができた。さらに、安定な炭素ーリン結合の切断反応によるホスホール合成反応を利用する錯体触媒反応の集積化を行った。その結果、鈴木宮浦反応により合成可能なビアリールホスフィンを精製することなく、酢酸パラジウム触媒で処理すると、ジベンゾホスホールが得られることがわかった。この連続的な触媒反応により、従来、カルボアニオンを用いる手法では合成できない、反応性の官能基を持つ多様なジベンソホスホールを合成することができた。また、この炭素ーリン結合の切断を経るホスホール合成法のπ共役構造の集積化戦略としての可能性を探るために、ホスホール環の共役拡張を検討した。すなわち、本手法により合成可能な、ブロモホスホールに対して、鈴木宮浦反応により2ーアミノフェニル基を導入した後、パラジウム触媒による分子内の酸化的アミノ化を行うことにより、5環性のラダー型縮環ホスホールを簡便に合成することができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。安定な炭素ーケイ素結合の切断反応を、他の変換反応と組み合わせ集積化することにより、複雑な環状ケイ素化合物の効率合成を目指した。一つは、ロジウム触媒によるシロール環構築反応の集積化により、非対称縮環型シロールの合成を行った。さらに、ジリチウム種とクロロシランとのワンポットシリル化・環化反応による6員環シラサイクル合成を検討した。1,4ージブロモベンゼンを出発原料とし、2回のロジウム触媒を用いるシロール環形成反応を繰り返すことにより、左右に異なる置換基を持つ縮環型のシロールの合成を達成した。反応集積化の鍵は、環化前駆体調製の段階で損なわれない安定なトリメチルシリル基をケイ素源として利用した点である。用いるアルキンの構造を変えることで、自在に置換基を導入できる自由度の高い合成法である。また,ジフェニルエーテル及びジフェニルアミンの2位および2'位のジアニオンとトリオルガノクロロシランとの反応により、ケイ素化と炭素ーケイ素結合切断をともなった環化がワンポットで進行し、6員環環状ケイ素化合物が得られる反応を見出した。当初計画していたのは、不活性結合切断反応と従来の錯体触媒反応の集積化であり、不活性結合は従来の触媒反応条件下では損なわれないという予測をしていた。今年度は、不活性結合変換反応として、炭素ーケイ素結合切断反応を選択し、検討したところ実際にハロゲン化アリールの変換反応などと集積化可能であることがわかった。さらに、この集積化により有機エレクトロニクス分野で重要な縮環型シロールの合成も達成できた。以上の理由により、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。炭素ーケイ素結合切断反応の開発では、カルバニオンの反応と触媒反応の制御がともに必要であり、特に前者ではバッチ反応では制御できない反応にしばしば直面する。マイクロリアクターの活用により、この問題を解決し、新反応開発につなげたい。実際、A01班吉田研究室と検討を開始した。
豊富な遺伝資源を活用した機能性成分の探索および生産性に関与する遺伝子の探索

桑葉に含まれるα-グルコシダーゼ(αGL)阻害物質の多様性を調査したところ、1-DNJはラット由来のαGLに対して強い阻害作用を示し、D-AB1は酵母由来のαGLに対して強い阻害を示した。国産品種91品種からαGL阻害活性と1-DNJおよびD-AB1の相関を調査したところ、酵母由来αGLとラット由来αGLの阻害活性に相関が見られないことから、ファミリーの異なる酵素でヒトへの効果を評価することは難しいと示唆された。窒素肥料の投与における桑葉中αGL阻害物質の変動を調査したところ、施肥後の桑葉試料ではより強いαGL阻害活性を示し、1-DNJ量とD-AB1量は増加していた。桑葉には1-deoxynojirimycin(1-DNJ)や1,4-dideoxy-1,4-imino-D- arabinitol(D-AB1)などのイミノ糖類が豊富に含まれている。これらのイミノ糖類は、α-グルコシダーゼ阻害活性(αGI活性)を有するため、機能性食品分野への応用が期待されている。これまでに、桑葉のαGI活性が桑品種や気温により変動することを明らかにした。また、桑品種ごとのイミノ糖類の組成についても調査してきた。しかし、桑葉のαGI活性含有量は実用に供するに充分とは言い難い。桑の栽培条件を工夫することで桑葉αGI活性を向上させることができれば、桑葉の産業的な利用価値向上につながると考え、植物栄養素の一つである窒素に着目し、窒素肥料投与によるαGI活性の影響を調査した。尿素投与前の滞在ライ品種の葉(施肥前)と投与後の葉(施肥後)の抽出液を用いて、酵母由来およびラット消化管由来のα-グルコシダーゼに対するαGI活性を測定した。いずれのα-グルコシダーゼを用いた場合でも施肥後の葉中には、より強いαGI活性を観測することができた。それぞれの桑葉抽出液をLC-MSで定量分析したところ、1-DNJとD-AB1は投与前と投与後で増加していた。施肥前、施肥後についてはフラクション分取しαGI活性を測定した。いくつかのフラクションで施肥前と施肥後の活性に有意な差がみられた。有意差がみられたフラクションをLC-MSで定性分析したところ、1-DNJやD-AB1とは異なる質量電荷比(m/z)の物質が見つかった。以上の結果から、窒素肥料投与はαGI活性増加に寄与し、特にD-AB1量増加に強い影響を示すと考えられる。αグルコシダーゼ(αGL)は糖代謝において重要な役割を担っており、糖代謝の異常の1つに糖尿病が挙げられる。糖尿病患者及びその予備群は2,050万人と推計され、年々増加傾向にあり、その対策が求められている。桑に含まれる1-DNJおよびD-AB1はαGL阻害活性を有し、急激な血糖値の上昇を抑えると言われている。これまでに酵母由来αGLに対する阻害活性が網羅的に調べられた。しかし、αGLには大きく2つのファミリーが存在し、ファミリーIには酵母、昆虫、細菌が、ファミリーIIには動物、植物、糸状菌が含まれることから、酵母由来の酵素でヒトに対する影響を言及することに疑問を感じた。そこで、同じファミリーのラット由来αGLに対する阻害活性を調べることで、ヒトに対して効果の高い品種の探索を試みた。信州大学繊維学部附属農場で管理されている91品種から採取した葉を乾燥・粉末化・抽出・ろ過した桑抽出液を測定試料として用いた。酵母由来およびラット消化管由来の酵素と、p-Nitrophenyl-α-D-Glucopyranoside(pNPG)を基質に用いてαGL阻害活性を測定した。桑葉抽出液に含まれる1-DNJとD-AB1の定量は、親水性相互作用クロマトカラムを備えた液体クロマトグラフィー質量分析(LC-MS)で定量した。酵母由来αGL阻害活性とD-AB1の相関関係から、酵母由来の酵素の阻害活性はD-AB1量に強く依存することが分かった。また、酵母由来酵素とラット由来酵素の阻害活性に相関が見られなかったことから、それぞれのαGLの阻害に有効な品種が異なることが示された。桑葉にはデオキシノジリマイシン(1-DNJ)に代表される、イミノ糖と称される糖類似物質が豊富に含まれている。1-DNJにはα-グルコシダーゼ(αGL)阻害効果があり、機能性食品などの分野への応用が期待されている。これまでに、多くの品種の桑葉抽出液のαGL阻害活性および1-DNJ含量を調べており、品種によっては1-DNJだけでは説明できない強い阻害力価を示すことを見出した。その要因として1,4- dideoxy-1,4-imino-D-arabinitol (D-AB1)という別のイミノ糖の影響が考えられた。

しかし、桑品種ごとの阻害物質の組成は詳細に調べられていない。そこで桑をイミノ糖の組成によって分類することができないかと考え、桑に含まれるイミノ糖のうち1-DNJとD-AB1について、国産品種とタイ在来品種における組成を定量的に求め、桑品種におけるイミノ糖の組成の多様性を検証した。酵素と阻害物質の特異性を調べるため、酵母由来とラット消化管由来のαGL、および、標準品の1-DNJとD-AB1をそれぞれ組み合わせた4通りのαGL阻害活性を比較した。その結果、酵母由来のαGLはD-AB1に強く阻害され、ラット由来のαGLは1-DNJに強く阻害された。桑葉抽出液においても酵母由来とラット由来の酵素で異なる阻害活性が見られた。そこで、LC-MSにより1-DNJおよびD-AB1の定量を行ったところ、酵母由来のαGL阻害活性にはD-AB1量が大きく影響することが分かった。また、ラット由来のαGL阻害活性には1-DNJが大きく影響するものの、他の物質の関与の可能性が示唆された。さらに、国産品種とタイ在来品種でαGL阻害活性を比較すると、タイ在来品種の方がより強い阻害活性を示すことが分かった。これらの結果は桑が植生する風土や、それに伴う食害虫の多様性が影響するものと示唆された。本研究では漢方薬の原料として用いられる桑の機能性成分に注目し、豊富な桑の遺伝資源を用いたα-グルコシダーゼ阻害物質の多様性について調査した。当初の計画では信州大学繊維学部附属農場が保有する品種間で遺伝子発現解析をする予定であったが、品種の選定が予定よりも捗らず実施できていない点で研究に遅れが生じた。しかし、品種間ではなく、窒素肥料の投与により、α-グルコシダーゼ阻害物質の量に差が生じることが明らかになったため、比較条件の選定が明確になったため、遅れを取り戻しつつある。当初の計画では信州大学繊維学部付属農場が保有する国産品種の桑から探索する予定であったが、タイ産品種が高いα-グルコシダーゼ阻害活性を示したことから、温室栽培しているタイ産品種の桑についても調査対象とした。その結果、α-グルコシダーゼ阻害物質の多様性を知る結果に結びついた。一方で、今年度に遺伝子発現解析を行う予定であったが、実施には至らなかった点で研究に遅れが生じた。また、8月に助教に就任したことから、研究以外の業務が増えたことも研究が進展しなかった原因の1つである。窒素肥料投与はαGI活性増加に寄与し、1-DNJおよびD-AB1量増加に強い影響を示すと考えられることから、投与前後の遺伝子発現量の比較をすることで、1-DNJおよびD-AB1の生合成に関する遺伝子の探索に取りかかる。遺伝子発現解析の方法として、次世代シーケンサーを用いた方法を実施する。品種間の比較と比べて、同じバックグラウンドの遺伝子背景を持つ個体の、環境に対する応答になるので、調査効率が格段に上がると考えられる。一方で、窒素投与してもαGI活性が増加しない品種をコントロールにすることで、窒素投与による他の環境応答遺伝子を排除することができると考えられることから、多くの品種におけるαGI活性の評価を引き続き行う。α-グルコシダーゼ(αGL)は大きく2つのグループに分類される。
統合失調症発端者・両親のエクソーム解析に基づくリスク遺伝子確定と死後脳発現解析

【目的】統合失調症発端者・両親トリオのエクソーム解析に基づいてリスク遺伝子を確定し、死後脳研究によりリスク遺伝子の脳内発現異常を明らかにすることが本研究の目的である。【方法】本研究は、新潟大学および共同研究機関の遺伝子倫理審査委員会で承認されている。対象者(必要に応じて代諾者)からは書面にて研究参加の同意を得た。トリオサンプルの収集を進め計131家系とした。前年度までに15家系、今年度は9家系、計24家系についてエクソーム・シーケンスを外部委託により実施した。はじめにエクソーム解析した2家系のデータにより候補リスク遺伝子としてFBXO18遺伝子を選択した。統合失調症患者96人を対象として、そのコード領域をシーケンスし、稀な非同義変異を検索した。統合失調症患者1,376人と対照者1,496人を対象として、FBXO18遺伝子の稀な非同義変異と統合失調症との関連解析を行った。なお、シーケンスデータを自施設で解析できるシステムを構築し、de novo変異の同定を試みている。【結果】2家系のエクソーム解析では、両家系に共通する候補リスク変異としてFBXO18遺伝子の稀なフレームシフト変異(L116fsX)を同定した。FBXO18遺伝子のシーケンスにより、3個の稀な非同義変異(V15L、L116fsX、V1006I)を検出した。しかし関連解析では、これらの変異と統合失調症との有意な関連は認められなかった。【結論】FBXO18遺伝子の稀な変異が統合失調症の病因に関与することを示す根拠は得られなかった。今後もトリオサンプルのエクソーム解析をさらに進め、de novo変異に着目したリスク遺伝子の同定を目指す。【目的】統合失調症患者・両親トリオのエクソーム解析に基づいてリスク遺伝子を確定し、死後脳研究によりリスク遺伝子の脳内発現異常を明らかにすることが本研究の目的である。【方法】本研究は、新潟大学医学部および各共同研究機関の遺伝子倫理審査委員会で承認されている。はじめに、統合失調症患者・両親トリオ2家系の6人を対象として、ゲノムDNAから作製されたエクソームライブラリーをHiSeq2000システムでシークエンスした。検出された変異をフィルタリングし、候補リスク変異を選択した。候補リスク変異が存在する遺伝子のうち、2家系に共通するものを候補リスク遺伝子とした。次に、統合失調症患者96人を対象として、FBXO18遺伝子のタンパク質コード領域をリシークエンスし、稀な非同義変異を検索した。さらに、統合失調症患者1376人と対照者1496人を対象として、FBXO18遺伝子の稀な非同義変異を統合失調症との関連解析を行った。【結果】エクソーム解析により、2家系に共通する候補リスク変異としてFBXO18遺伝子の稀なフレームシフト変異(L116fsX)を同定した。FBXO18遺伝子のリシークエンスにより、3個の稀な非同義変異(V15L、L116fsX、V1006I)を検出した。【結論】FBXO18遺伝子の稀な非同義変異が統合失調症の発症に関与している可能性は支持されなかった。現在までに統合失調症患者・両親トリオ127家系のゲノムDNAサンプルを収集し、11家系についてエクソーム・シークエンスを終えている。その中でも2家系の解析を優先し、その成果を国際誌に報告した。しかし、残る家系のエクソーム・シークエンスやデータ解析ができていないことから、やや遅れていると判断した。【方法】本研究は、新潟大学および各共同研究機関の遺伝子倫理審査委員会で承認されている。現在までに統合失調症患者・両親トリオ128家系のゲノムDNAサンプルを収集している。前年度までに11家系、今年度は4家系、計15家系についてエクソーム・シークエンスを外部委託により実施した。具体的には、ゲノムDNAから作製されたエクソームライブラリーをHiSeq2000システムでシークエンスした。1) FBXO18遺伝子:2家系のエクソーム・シークエンスでFBXO18遺伝子を候補リスク遺伝子として選択した。さらに、統合失調症患者1376人と対照者1496人を対象として、FBXO18遺伝子の稀な非同義変異と統合失調症との関連解析を行った。2)データ解析:これまでエクソーム・シークエンスのデータ解析も外部委託していたが、これを自施設で行うために必要なシステムの導入を試みた。【結果】1) FBXO18遺伝子:エクソーム解析により、2家系に共通する候補リスク変異としてFBXO18遺伝子の稀なフレームシフト変異(L116fsX)を同定した。

しかし関連解析では、これらの変異と統合失調症との有意な関連は認められなかった。2)データ解析:データ解析を行うためのシステムを導入した。しかし、出力データに不備があることが判明し、ソフトを追加するなどによる修正を図った。エクソーム・シークエンスはこれまでに15家系を終えている。しかし、システムをスムーズに導入できなかったため、データ解析が滞っており、やや遅れていると判断した。【目的】統合失調症発端者・両親トリオのエクソーム解析に基づいてリスク遺伝子を確定し、死後脳研究によりリスク遺伝子の脳内発現異常を明らかにすることが本研究の目的である。【方法】本研究は、新潟大学および共同研究機関の遺伝子倫理審査委員会で承認されている。対象者(必要に応じて代諾者)からは書面にて研究参加の同意を得た。トリオサンプルの収集を進め計131家系とした。前年度までに15家系、今年度は9家系、計24家系についてエクソーム・シーケンスを外部委託により実施した。はじめにエクソーム解析した2家系のデータにより候補リスク遺伝子としてFBXO18遺伝子を選択した。統合失調症患者96人を対象として、そのコード領域をシーケンスし、稀な非同義変異を検索した。統合失調症患者1,376人と対照者1,496人を対象として、FBXO18遺伝子の稀な非同義変異と統合失調症との関連解析を行った。なお、シーケンスデータを自施設で解析できるシステムを構築し、de novo変異の同定を試みている。【結果】2家系のエクソーム解析では、両家系に共通する候補リスク変異としてFBXO18遺伝子の稀なフレームシフト変異(L116fsX)を同定した。FBXO18遺伝子のシーケンスにより、3個の稀な非同義変異(V15L、L116fsX、V1006I)を検出した。【結論】FBXO18遺伝子の稀な変異が統合失調症の病因に関与することを示す根拠は得られなかった。今後もトリオサンプルのエクソーム解析をさらに進め、de novo変異に着目したリスク遺伝子の同定を目指す。統合失調症患者・両親トリオのゲノムDNAサンプルをさらに収集する。残る家系のエクソーム・シークエンスやデータ解析を進めていく。統合失調症患者・両親トリオ2家系の解析と論文発表を優先させ、残る家系のエクソーム・シークエンスやデータ解析を平成28年度内に行うことができなかったため。データ解析が行えず、新たな候補リスク遺伝子の同定に至らなかったため。残る家系のエクソーム・シークエンスやデータ解析を行うとともに、新たな候補リスク遺伝子が同定されればリシークエンスを行う。残る家系のエクソーム・シークエンスやデータ解析を行うとともに、候補遺伝子が同定されればリシークエンスを行う。
スマート発酵工学によるバイオブタノールの生産

1.カタボライト抑制(CCR)を回避したブタノール発酵:グルコース(G)とキシロース(X)から成る混合糖(GX混合糖)を用いた場合、CCRが生じる。そこで、Gの代わりに二糖であるセロビオース(C)から成る混合糖(CX混合糖)を用いて回分培養を行った結果、CXが同時に消費され、CCRが回避された。回避機構について、転写解析の結果、Cの非PTS系輸送体であるpermeaseと菌体内β-glucosidase(βG)を介したバイパス経路の利用、そしてCCRのキー酵素遺伝子hprKの発現抑制が重要な要因であった。また、CX混合糖を用いてcell recyclingによる高密度菌体の連続発酵系の構築を検討した。その結果、約0.7 h-1の高希釈率でも混合糖の高い利用率とブタノール高生産性を達成した。実際に、稲わらを原料とした場合、そのSemi-hydrolysateはCCRを回避すると共に、稲わらの糖化に使用する酵素当たりのブタノール収率やブタノール生産性を高め、費用対効果の高い適応型発酵プロセスが構築できた。2.発酵プロセス適応型イネの育種:老化誘導プロモーターによりβG、cellobiohydrolase(CH)、endo-glucanase(EG)およびCHとEGの融合タンパク質(ハイブリッドセルラーゼ)をそれぞれ発現するイネを作出し、稲わらの酵素糖化性を調べた。その結果、老化前(出穂期)には糖化性の向上は見られなかったが、老化後(収穫期)には、CHおよびEGを導入したイネで糖化性の向上が見られた。その他の遺伝子導入イネでは糖化性の向上は見られなかった。導入遺伝子は、いずれも老化期特異的に発現することを確認した。稲わらは、葉身、葉鞘、茎で糖化性が大きく異なる。そこで、糖化性の向上した稲わらは、各部位に分別して糖化性の測定を行うことにし、新たにイネの育成と稲わらの採取を行った。本研究は、Clostridium saccharoperbutylacetonicum N1-4を用いて、1.混合糖を用いたカタボライト抑制(CCR)がかからない高効率ブタノール発酵、2.発酵プロセス適応型イネの育種、について検討した。1.グルコースとキシロースから成る混合糖(GX混合糖)を用いた場合、CCRが生じる。そこで、グルコースの代わりに二糖であるセロビオースとキシロースから成る混合糖(CX混合糖)を用いた回分培養を検討した。その結果、セロビオースとキシロースが同時に消費されると共に、効率よくブタノールが生産され、CCRの回避に成功した。また、混合糖中のキシロース濃度の増加(10-30 g L-1)に伴ってブタノール収率が増加(0.38-0.40 C-mol/C-mol)することを明らかにした。さらに、CX混合糖を培養中に添加する流加培養にも成功した。一方、連続発酵でCCRが起こると、ブタノール生産性が低下するだけでなく、消費されない糖の廃棄率が高くなる。そこで、CX混合糖を用いてcell recyclingによる高密度菌体の連続発酵系の構築を検討した。2.老化誘導プロモーターによりβ-glucosidase、cellobiohydrolase、endo-glucanaseをそれぞれ発現するイネを作製し、稲ワラの酵素糖化性を調べた。その結果、老化前(出穂期)には糖化性の向上は見られなかったが、老化後(収穫期)には、cellobiohydrolaseおよびendo-glucanaseを導入したイネで糖化性の向上が見られた。ただし、作製できた形質転換体の系統数が少ないため、系統数を増やし、導入した遺伝子の効果であることを明確にする必要がある。計画書の作成段階で、予想される問題点を明確にしていたことと、数値目標を定め多方面からの検討を柔軟に行ったことが順調に進展する結果となった。また、研究代表者と分担者が互いの専門領域で柔軟に対処したことも大きな要因と言える。しかし、本研究は3つの研究項目、1混合糖を用いたカタボライト抑制(CCR)がかからない高効率ブタノール発酵、2CCR機構の解明および高収率・非CCR菌株の育種、3発酵プロセス適応型イネの育種、に絞り、専門分野が異なる研究者が連携して並行複式型研究(分野をまたぐフィードフォワードとフィードバック)を行っているため、各研究項目ですれが生じている部分がある。その点を次年度の研究計画に反映したい(次項の「12.今後の研究の推進方策」を参照してほしい)。1.混合糖を用いたブタノール発酵におけるカタボライト抑制(CCR)機構の解明:先ず、CCR条件(グルコースとキシロースから成る混合糖、GX混合糖)と非CCR条件(セロビオースとキシロースから成る混合糖、CX混合糖)のキシロース代謝の初発酵素Xylose isomeraseの活性は、後者が約3倍高いことを見いだした。グラム陽性細菌のCCRでは、GX混合糖の場合、Phosphotransferase system(PTS)がグルコース輸送時にグルコースをリン酸化し、Histidine-containing protein kinase(HPrK)によるHPrのリン酸化を誘起し、リン酸化HPrがCatabolite control protein A(CcpA)と複合体を形成してキシロース代謝に関わる酵素遺伝子の転写調節を行うことが報告されている。また、リン酸化HPrがキシロースの輸送を阻害することもある。