hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
急進的環境適応の遺伝基盤を解明する野外・室内実験進化オミックス

台湾から日本に急速に分布を広げたアカショウジョウバエは、低温順化による低温耐性の向上がより顕著になっているが、低温順化に伴って発現量が変化する遺伝子は、種間、種内系統間でかなり異なることが先行研究で分かった。そこで本研究では、本種の急進的な温度適応は、(1)特定の限られた遺伝子の発現の変化によるものか、それとも多様な遺伝子が原因となりえるのか、(2)近年、急進的適応進化のモデルとして注目される“soft selective sweepfrom standing genetic variation"にあてはまるのか、の二つの疑問を解明することを目的とする。そのため、台湾と日本の集団の間でゲノム配列データを比較し、台湾から日本への分布拡大に伴うアレル頻度の変化を明らかにするとともに、研究室内の実験集団で低温耐性の人為選択を行い、ゲノムの変化を調べる“Evolve & Resequence"によって、その再現性を検証する。本年度は、実験集団を用いた低温耐性による人為選択実験が25世代まで完了し、11世代目、21世代目において、人為選択集団、対照実験集団それぞれ5集団ずつ合計10集団について、100G塩基対スケールのゲノム配列データをPool-seq法によって得た。現在、配列データの解析中で、21世代目までに人為選択によってどのようなアレル頻度の変化が生じたのかは明らかになっていないが、13代目以降、人為選択集団は対照実験集団に比較して統計学的に有意な低温耐性の向上が、1°Cにおける生存時間の差として検出された。一方、野外集団の調査に関しては、昨年同様、初夏の集団の採集は成功しなかったが、秋の集団については十分な個体数を採集し、合計70単一雌系統の確立に成功した。その中50系統について系統ごとに10G塩基対スケールのゲノムリシーケンスを行った。研究室内の実験集団を用いた人為選択実験に関しては、予定通り、選択実験集団、対照実験集団それぞれ5集団とも順調に世代交代を続けることができた。また、13世代目以降、人為選択による低温耐性の向上の効果を確認することができた。さらに、11世代目、21世代目の集団に関しては、Pool-seqによって予定量のゲノム配列データの獲得に成功した。一方、昨年度同様、本年度も初夏の集団の採集は失敗した。しかし、代替実験として、台湾と日本の集団間でアレル頻度、連鎖不平衡をゲノムスケールで比較するための準備として、日本集団由来の単一雌系統を70系統確立し、その中の50系統について系統ごとに10G塩基対スケールのゲノムリシーケンスを行うことができた。得られたデータは次年度以降に詳細に解析する予定である。研究室内の実験集団を用いた人為選択実験については、2018年度末に25世代目に達し、年度内に11世代目および21世代目のゲノム配列をPool-seqによって集団単位で決定した。2019年度は、これらの配列データの解析を行い、31世代目のデータも得る。そして、今後も人為選択実験は予定通り進め、最終的に50世代までは世代交代毎に親となる成虫で低温選択を続け、それに伴うアレル頻度の変化を10世代毎にPool-seqによって調べる予定である。また、低温選択に際して、集団毎の低温耐性も毎世代測定し、人為選択を行わない対照実験集団と比較する。昨年度失敗に終わった初夏の日本集団の採集については、今年度も挑戦してみたが、初夏に十分量のハエを採集することはできなかった。そこで、本年度は、その場合の代替案として、昨年度計画したように秋の集団をターゲットに採集を行い、約70系統の単一雌系統を確立し、その中の50系統について系統ごとに10G塩基対スケールのゲノムリシーケンスを行った。今後は、これらのゲノム配列データを用いて集団遺伝学的解析を行い、台湾から日本への分布拡大に伴った遺伝的構成の変化を明らかにし、その原動力として自然選択が関与したかどうかの検証をゲノム規模で行う。台湾から日本に急速に分布を広げたアカショウジョウバエは、低温順化による低温耐性の向上がより顕著になっているが、低温順化に伴って発現量が変化する遺伝子は、種間、種内系統間でかなり異なることが分かっている。そのため、野外で実際に気候の変化によるアレル頻度の変化を調査する“in natura"ゲノム解析、研究室内の実験集団で低温耐性の人為選択を行い、ゲノムの変化を調べる“Evolve & Resequence"の、2種類の実験的手法を組み合わせて検証する。初年度である本年度は、研究室内の実験集団と、低温耐性による人為選択の実験手法を確立した。まず、台湾で採集した250系統を混合し、世代毎に約1000個体を次世代のための親として6世代、任意交配させた。得られた集団から選択実験集団、対照実験集団それぞれ5集団ずつ、集団毎に雌雄合わせて約1000個体を無作為抽出して作製した。選択実験集団については、約2000個体ずつ1°C、1622時間の間で3段階の時間区分を設けて低温処理を行い、約半数が死亡した集団を中心に約1000個体を次世代の親として抽出し、本年度中に7世代、世代交代した。対照実験集団は、低温処理を行うこと無しにその他の条件は選択実験集団と同一として世代交代した。

野外集団の調査に関しては、秋の集団については十分な個体数が採集できたが、初夏の集団については試みたがほとんど採集できなかったため、比較解析はできなかった。研究室内の実験集団を用いた人為選択実験に関しては、予定通り、選択実験集団、対照実験集団それぞれ5集団とも順調に世代交代を続けることができた。また、人為選択実験においては、最初の数世代は温度の制御が思うようにいかなかったが、最終的に正確に制御する方法を確立することができた。一方、本年度は初夏の集団の採集は完全に失敗した。これまでの採集記録から、あまり多く採集できるとは期待されなかったが、期待を大きく下回る結果となり、次年度に大きな課題を残す結果となった。また、それに伴い日本集団、台湾集団のPool-seqによる遺伝的構成の解析は次年度に繰り越した。台湾から日本に急速に分布を広げたアカショウジョウバエは、低温順化による低温耐性の向上がより顕著になっているが、低温順化に伴って発現量が変化する遺伝子は、種間、種内系統間でかなり異なることが先行研究で分かった。そこで本研究では、本種の急進的な温度適応は、(1)特定の限られた遺伝子の発現の変化によるものか、それとも多様な遺伝子が原因となりえるのか、(2)近年、急進的適応進化のモデルとして注目される“soft selective sweepfrom standing genetic variation"にあてはまるのか、の二つの疑問を解明することを目的とする。そのため、台湾と日本の集団の間でゲノム配列データを比較し、台湾から日本への分布拡大に伴うアレル頻度の変化を明らかにするとともに、研究室内の実験集団で低温耐性の人為選択を行い、ゲノムの変化を調べる“Evolve & Resequence"によって、その再現性を検証する。本年度は、実験集団を用いた低温耐性による人為選択実験が25世代まで完了し、11世代目、21世代目において、人為選択集団、対照実験集団それぞれ5集団ずつ合計10集団について、100G塩基対スケールのゲノム配列データをPool-seq法によって得た。現在、配列データの解析中で、21世代目までに人為選択によってどのようなアレル頻度の変化が生じたのかは明らかになっていないが、13代目以降、人為選択集団は対照実験集団に比較して統計学的に有意な低温耐性の向上が、1°Cにおける生存時間の差として検出された。一方、野外集団の調査に関しては、昨年同様、初夏の集団の採集は成功しなかったが、秋の集団については十分な個体数を採集し、合計70単一雌系統の確立に成功した。その中50系統について系統ごとに10G塩基対スケールのゲノムリシーケンスを行った。また、13世代目以降、人為選択による低温耐性の向上の効果を確認することができた。さらに、11世代目、21世代目の集団に関しては、Pool-seqによって予定量のゲノム配列データの獲得に成功した。一方、昨年度同様、本年度も初夏の集団の採集は失敗した。
海洋草食性ほ乳類ジュゴンの栄養生態と下部消化管機能に関する研究

ジュゴンは草食性で、盲腸内で繊維を消化する後腸発酵動物である。ジュゴンの飼料の利用性や大腸での発酵様式を、同じ後腸発酵動物であるマナティーやウマと比較するために、動物種(ジュゴン、マナティーやウマ)と飼料(アマモ、オーチャードグラス、アルファルファ)を要因とし、嫌気状態で腸内細菌を用いてバッチ培養を行った。発酵様式については発行後の細菌重量、ガス放出、短鎖脂肪酸組成、基質の消失率で評価した。基質の消失率はウマでもっとも高く、ガス放出量はジュゴンが高いことが認められた。短鎖脂肪酸組成に関しては動物種間に大きな違いはなかった。飼料間ではガスや短鎖脂肪酸総量でアルファルファ>オーチャードグラス>アマモの順であった。このことから、飼料を大腸で発酵すると、海牛類と陸生ほ乳動物との間に違いは認められなかったが、ジュゴンはガス放出が多いことで他の動物種とは異なることが示唆された。また、大腸内の発酵性に動物種の間に大きな違いが認められなかったことから、盲腸が発達しているモデル動物としてモルモットやラットを用いて、盲腸内の環境を明らかにするために、細菌叢の分布や撹拌について実験を行った。モルモット大腸内容を部位ごとに採取し、DNAを抽出してPCR-DGGE (Denaturing gradient gel electrophoresis)で細菌群の分布の解析を行った。その結果、大腸内に細菌種が異なる部位が幾つかあることが認められた。また、この様な細菌種が盲腸内で撹拌されないかどうかを、ラット小腸遠位末端にバリウム溶液1mlを注入してCTスキャンで観察した。その結果、バリウムの希釈や撹拌は良好ではないことが明らかになり、盲腸内での撹拌が乏しく、細菌種が完全に混ざらないことが推察された。このことから、盲腸は部位ごとに細菌種が異なり、繊維の消化能力は部位によって異なり、それらの細菌種はそれぞれが撹拌されづらい可能性が示唆された。このような盲腸内環境はジュゴンにおいても見られる可能性がある。目的ジュゴンは草食性で、盲腸内で繊維を消化する後腸発酵動物である。そのため、盲腸内での細菌群について明らかにすることはジュゴンの消化戦略を明らかにする上で重要である。しかし、盲腸内容物中の菌叢は糞中の菌叢とは異なることから、草食動物のモデルとしてモルモットを用いて盲腸内の菌叢を部位別に解析に行った。方法4週齢モルモット(日本SLC)2頭を市販のペレット(CE-2,CLEA)で1週間予備飼育後、ジエチルエーテルで屠殺して内容物ごと大腸を取り出して、液体窒素で凍結した。凍結後、メスと鉄製の直径3mmパイプ(打抜きポンチ)を用いて盲腸から4ヶ所と近位結腸から2ヶ所内容物を採集した。すなわち0二つに分け主管腔と溝とした。採集した内容物はQIAamp DNA Stool mini kit (Qiagen)を用いてDNAを抽出し、16SリボソームRNA遺伝子の一部をGC357fと517rを用いてPCRにより増殖した。これを、DGGE (Denaturing gradient gel electrophoresis)(アクリルアミド濃度を6-12%、変性剤を40-60%)に供し、泳動後、ゲル中のバンドからDNAを出し、塩基配列を決め既存のデータベースとの比較により細菌種を推定した。結果DGGEの結果、盲腸体と近位結腸に直径方向の細菌群の違いが認められた。盲腸体においては他の盲腸内容物と細菌群が異なる部位が一ヶ所存在し、Ruminococcus albusやTreponema sp.と推定されるDNAを検出した。なお、この部位の細菌群は近位結腸の溝と類似しており、距離においても溝と比較的近くにある。溝の内容物が盲腸に輸送されることを考えると、溝から盲腸に到達した内容物は他の部位と容易に攪拌せずに盲腸内に存在し、異なる発酵様式を持っている可能性が推察される。そのため、ほ乳動物の盲腸内の環境を明らかにすることはジュゴンの繊維に関しての消化戦略を明らかにする上で重要である。ジュゴンの発酵様式をマナティーとウマとバッチ培養を用いて比較したところ、動物種の間に大きな違いが認められなかった。そこで、盲腸が発達しているモデル動物としてモルモットやラットを用いて、盲腸内の細菌叢の分布や撹拌について実験を行った。モルモット盲腸内容物を液体窒素で凍結後に部位ごとに採取し、DNAを抽出して、16SリボソームRNA遺伝子の一部をGC357fと517rを使いPCRで増殖してDGGE (Denaturing gradient gel electrophoresis)で細菌群の分布の解析を行った。その結果、盲腸の直径方向上での細菌種に違いが認められた。塩基配列決定を行うと、盲腸内で部位差が見られる細菌種はRuminococcus albusやTreponema sp.である可能性が高いことが明らかになった。Ruminococcus albusは繊維消化能力が高いことが明らかであるが、繊維消化は盲腸内の特定の部位で活発である可能性が示唆された。また、この様な細菌種が盲腸内で撹拌されないかどうかをCTスキャンを用いた実験で検討した。

すなわち、硫酸バリウム溶液をラット小腸遠位末端に麻酔下あるいは意識下で1mlを一回注入して36時間連続観察下で糞を順番に採取し、その糞をCTスキャンで観察した。その結果、バリウムの希釈や撹拌は良好ではないことが明らかになり、盲腸内での撹拌が乏しく、細菌種が完全に混ざらないことが推察された。このことから、盲腸は部位ごとに細菌種が異なり、繊維の消化能力は部位によって異なり、それらの細菌種はそれぞれが撹拌されづらい可能性が示唆された。このような盲腸内環境はジュゴンにおいても見られる可能性がある。ジュゴンは草食性で、盲腸内で繊維を消化する後腸発酵動物である。ジュゴンの飼料の利用性や大腸での発酵様式を、同じ後腸発酵動物であるマナティーやウマと比較するために、動物種(ジュゴン、マナティーやウマ)と飼料(アマモ、オーチャードグラス、アルファルファ)を要因とし、嫌気状態で腸内細菌を用いてバッチ培養を行った。発酵様式については発行後の細菌重量、ガス放出、短鎖脂肪酸組成、基質の消失率で評価した。基質の消失率はウマでもっとも高く、ガス放出量はジュゴンが高いことが認められた。短鎖脂肪酸組成に関しては動物種間に大きな違いはなかった。飼料間ではガスや短鎖脂肪酸総量でアルファルファ>オーチャードグラス>アマモの順であった。このことから、飼料を大腸で発酵すると、海牛類と陸生ほ乳動物との間に違いは認められなかったが、ジュゴンはガス放出が多いことで他の動物種とは異なることが示唆された。また、大腸内の発酵性に動物種の間に大きな違いが認められなかったことから、盲腸が発達しているモデル動物としてモルモットやラットを用いて、盲腸内の環境を明らかにするために、細菌叢の分布や撹拌について実験を行った。モルモット大腸内容を部位ごとに採取し、DNAを抽出してPCR-DGGE (Denaturing gradient gel electrophoresis)で細菌群の分布の解析を行った。その結果、大腸内に細菌種が異なる部位が幾つかあることが認められた。また、この様な細菌種が盲腸内で撹拌されないかどうかを、ラット小腸遠位末端にバリウム溶液1mlを注入してCTスキャンで観察した。
細胞内retinoic acid結合蛋白遺伝子の導入による癌細胞の分化誘導

ラット単球性白血病細胞(WRT-7)にはレチノイン酸(RA)によって分化が誘導されるクローンとそうでないクローンがある。この二つのクローンを用いて細胞分化の機序を核酸レベルで解析するのが本研究の目的である。この細胞分化は基本的にはRAと細胞内レチノイン酸結合蛋白(CRABP)が細胞膜面で結合しこの複合体が核に移送され、DNAの複製阻害が起こり分化のプロセスが進行すると考えられる。DNA複製と密接に関与する核蛋白として増殖性細胞核抗原(PCNA)が注目されていたが近年、細胞周期のS期に特異的に核に出現するcyclinがPCNAと同一の物質であることが証明されPCNAのDNA複製にはたす役割が注目されている。守内はCRABPとPCNAの両遺伝子のcDNAクローニングを試みた。両遺伝子産物が胸腺や精巣などの細胞分裂と細胞分化の盛んな臓器に共存していることに着目してラット胸腺cDNAライブラリーをそれぞれの合成DNAプローブでスクリーニングした。その結果CRABPのcDNAクローンは得られなかったがPCNAの完全なcDNAクローンを得ることに成功した。このクローンのcDNA塩基配列は一部を除いてほぼ終了した。全長は1200bpで62bpの5′UTの後に約900bpの蛋白をコードできる領域を持ちその後に3′UTが続いて最後にpolyAが35個ついている。既知の家免PCNAのN末端アミノ酸25個のうち24個が一致しているのでこのクローンがラットPCNAをコードしているcDNAであることが確認された。中根は抗PCNA抗体を用いてWestern blot法によりPCNAが動物界だけでなく植物界においても細胞分裂時に出現することを証明した。中根・守内はクローニングされたcDNAを用いてそれに対応するmRNAの組織内分布を検索するためにEnzyme-immuno-histo-in situ hybridizationの技術を開発し実用段階に入っている。守内は代表的分化抗原であるThy-1抗原の遺伝子構造の決定も行った。
DVD回転子型多段構成コロナモータの開発とオゾン水生成装置への応用

前年度までに,オゾン水生成装置の全体的な構成(計測・制御用コンピュータボードおよびコロナモータの設置,気中オゾンおよび水中溶存オゾン濃度計の配置)がほぼ完成したので,気泡溶解式により,オゾン水生成実験を行った。また,前年度に,「オゾン水製造装置」と「コロナモータ」の2件の特許申請を行ったが,今年度は「高圧電源回路」の特許申請を行った。以下にその概要を示す。(1)コロナモータの放電電極保持部は,現在手作りで電極の平行度が低いため,電極枚数が45枚が限界である。これは,DVD型回転子の保持部(9×21mm)の非対称性に依ることが判明したため,現在の回転軸(6mmφ)を15mmφのアクリル円筒に通し,回転子を安定に固定できるような構造のコロナモータを設計し,現在,回転子・固定子とも10枚までのものを外注している段階である。(2)オゾン発生の実験は,これまでの装置で可能なので,種々の基礎実験を行った。気体オゾンは水に溶けにくいため,水道水の温度,酸素状態,PH等を変化させ溶存オゾンモニタを用いて測定を行った。現在,気体オゾン濃度計は6,500ppmまでしか測定できないが,もう一桁程度上のオゾン濃度が必要となったため,分流方式のオゾン濃度調整器を製作し,約70,000ppmまで可能にした。今後は,(1)のコロナモータを用いたオゾン水生成装置の完成を待って実験を続ける予定である。(3)現在のコロナモータの駆動電源は直流高圧電源であり,パルス加電によるオゾン発生実験等は不可能である。コロナモータはパルス駆動でも回転するため,オゾンの生成効率を高めるため,高速可変型高電圧電源(双方向型昇降圧回路を多段化する方式)を提案し,特許を出願し,現在この電源を製作中である。この電源源は,コロナモータ以外にも,オゾナイザーやイオナイザーおよびプラズマ電源として種々の静電気応用にも使用可能と考えられる。静電コロナモータが回転時にオゾンを発生することを利用し,発生トルクが小さいことを改善できれば,オゾン水循環ポンプ用モータにも応用できることを目指して,開発を進めた。今年度は研究費の使用認可が下りたのが12月であったため,主として基礎実験を行い,また,コロナモータの構造の改善ならびに新方式のオゾン水発生方式を提案し,現在,特許申請の準備を進めている。以下,その概要を報告する。(1)これまでのコロナモータは,ディスク型回転子(DVD)と固定子(放電電極)を交互に積み上げる方式であったため,部分修理等のメインテナンスが困難であった。そこで,固定子を二つに分割した方式を提案し,その実用性の基礎実験を行った。更に,着脱用スリット入りの電極も提案し,現在外部のプリント基板製作メーカーに製作依頼している段階である。(2)最終的には,マルチディスク型コロナモータをオゾン水の循環ポンプの駆動部としても用いるが,その予備実験として,小形電磁型モータ駆動の遠心ポンプを設計・試作し,水での揚程が約1mを達成することができた。また,オゾン水生成の基礎実験も行った。なお,溶存オゾン濃度計による定量的な検討は今後の課題である。(3)現在,前述の研究成果を踏まえて,「保守管理の容易なマルチディスク型コロナモータの提案(仮題)」と「コロナ放電を利用した簡易形オゾン水製造装置の開発(仮題)」について,特許申請の準備を進めている段階である。今後は,これらの提案を実機によって実証試験を行っていく予定である。前年度に引き続きコロナモータの特性改善とオゾン水生成装置の部品製作・組み立てを進めた。その際、特に、気中オゾンと水中の溶存オゾンの関係明確にできるような実験が可能なシステムにすることを心がけた。また、前年度に準備を進めていた特許申請も2件行った.以下に、その概要を報告する。(1)コロナモータの改善としては、一度コロナモータを組み立てた後に一部の修理も可能なように、固定子(ディスク型放電電極)に着脱用スリットを入れメンテナンスを容易にした。また、印加電圧を正・負の両極性に変更し、絶対電圧をこれまでの1/2となるようにし、安全性の面からも改善を行った。(2)オゾン水生成装置は、コロナモータおよびそのトルク測定用小型の電磁型モータ、水槽からの水循環用遠心ポンプ、気中オゾン測定器、溶存オゾン測定器から成っている。また、このシステムはパソコンからの制御用ボード(MATLAB-SIMULINKとDSPボード)によりコロナモータの印加電圧や速度指令を出してフィードバック制御する構造となっている。これまで、一部(トルク測定用電磁型モータ電流)を手動で測定していたが、今回は、気中および水中オゾン濃度など全てをパソコン側で測定できるシステムに改良した。(3)これらの装置を用いた実験を通じて、現在用いているコロナモータの回転軸は直径6mmと細く、DVD回転子を安定に固定できないので、これを約20mmと太くし、より精度の高い多段の回転子を構成できるように現在改良を進めている。また、気中オゾン濃度はモニタの最大定格700rpm程度まで上昇できたが、現在の散水方式では水中オゾン濃度を期待どおりの濃度が得られなかったので、渦流式や気泡溶解式など他の方法も検討する予定である。

また,前年度に,「オゾン水製造装置」と「コロナモータ」の2件の特許申請を行ったが,今年度は「高圧電源回路」の特許申請を行った。以下にその概要を示す。(1)コロナモータの放電電極保持部は,現在手作りで電極の平行度が低いため,電極枚数が45枚が限界である。これは,DVD型回転子の保持部(9×21mm)の非対称性に依ることが判明したため,現在の回転軸(6mmφ)を15mmφのアクリル円筒に通し,回転子を安定に固定できるような構造のコロナモータを設計し,現在,回転子・固定子とも10枚までのものを外注している段階である。(2)オゾン発生の実験は,これまでの装置で可能なので,種々の基礎実験を行った。気体オゾンは水に溶けにくいため,水道水の温度,酸素状態,PH等を変化させ溶存オゾンモニタを用いて測定を行った。現在,気体オゾン濃度計は6,500ppmまでしか測定できないが,もう一桁程度上のオゾン濃度が必要となったため,分流方式のオゾン濃度調整器を製作し,約70,000ppmまで可能にした。今後は,(1)のコロナモータを用いたオゾン水生成装置の完成を待って実験を続ける予定である。(3)現在のコロナモータの駆動電源は直流高圧電源であり,パルス加電によるオゾン発生実験等は不可能である。コロナモータはパルス駆動でも回転するため,オゾンの生成効率を高めるため,高速可変型高電圧電源(双方向型昇降圧回路を多段化する方式)を提案し,特許を出願し,現在この電源を製作中である。この電源源は,コロナモータ以外にも,オゾナイザーやイオナイザーおよびプラズマ電源として種々の静電気応用にも使用可能と考えられる。
腫瘍における分子イメージングを用いた放射線治療個別化への応用

本研究では、マウス腫瘍における放射線抵抗性と^<62>Cu-ATSMの集積の関連、臨床検体におけるMetAP2とメチオニンPETの相関および予後との相関、放射線治療患者におけるメチオニンPETおよび^<62>Cu-ATSM PET、^<62>Cu-ATSM PET-CTを用いた低酸素領域への炭素線治療のシミュレーション、マイクロアレイ解析による放射線治療関連バイオマーカーの同定、について検討を行った。腫瘍の放射線抵抗性と^<62>Cu-ATSMの集積に相関があることと、炭素線治療計画への応用が可能であることなどが明らかになった。放射線治療の個別化への実用化が今後の目標である。平成19年度は,G3Hマウス腫瘍6種類(扁平上皮癌:NR-S1,SCCVII,線維肉腫:NFSa#,8520,腺癌:MMCa,UCa#4)を用いて,^<62>Cu-ATSMの腫瘍内分布を検討した。使用したマウス腫瘍に対する照射効果は図1に示した通りで,扁平上皮癌と線維肉腫ではNR-S1とNFSaが,それぞれSCCVIIと#8520より放射線抵抗性で,腺癌2種類,MMCaおよびMCa#4は,ほぼ同様の放射線感受性を示した。これら全ての腫瘍に対して,炭素線はγ線照射より高い抗腫瘍効果を示した。これら6種類の腫瘍をC3Hマウスの下肢に移植し,径7.5mm大になった時点で,62Cu-ATSMを投与し,その体内動態を計測した。扁平上皮癌2種類の比較では,^<62>Cu-ATSM集積の腫瘍/筋肉比はNR-S1:4.39±0.87(mean±SD),SCCVII:3.34±0.45で,NR-S1への集積はSCCVIIへの集積より有意に高値であった(t=-2.41,p=0.04)。また,線維肉腫2種類の比較では,NFSa=4.44±0.57,#8520:2.70±0.41で,NFSaへの集積は#8520への集積よりも有意に高値であった(t=5.53,p=0.0006)。扁平上皮癌と線維肉腫では,放射線抵抗性である腫瘍(NR-S1とNFSa)に有意に^<62>Cu-ATSMの高い集積と認めた。一方,腺癌2種類の比較では,MMCa:3.42±0.88,MCa#4:3.46±0.54で,放射線感受性が同様であるこれら2種類の腫瘍では^<62>Cu-ATSMの集積にも有意な差は認めなかった(t=-0.09,p=0.93)。今回の結果から,腫瘍の放射線抵抗性と^<62>Cu-ATSMの集積に相関があることが示唆された。また,放射線治療を受けた子宮頸がん患者の子宮頸がんのメチオニン活性と11C-メチオニンPETとの関連について。11C-メチオニンPETを放射線治療前後に施行された子宮頸癌患者を対象に,その腫瘍検体を用いて,メチオニン代謝活性酵素の一つであるMethionine aminopeptidase 2(MetAP2)の免疫組織化学染色を行った。62Cu-ATSM(62Cu-labeled Diacetyl-Bis(N4-Methylthiosemicarbozone))は選択的に低酸素細胞へ集積するPETトレーサーとして知られている。今年度はこの薬剤を用1いた臨床試験を婦人科腫瘍の患者で開始し、その初期解析を行った。臨床試験は施設の倫理審査委員会にて許可されている。対象は、放医研で2007年4月から2008年12月までに放射線治療を行った婦人科悪性腫瘍17名で、いずれも書面にて同意を得た。年齢の中央値は64歳(39-74歳)、疾患の内訳は、子宮頚癌16名(扁平上皮癌9名、腺癌7名)、膣悪性黒色腫1名である。治療前と治療後1ヶ月目の時点で、62Cu-ATSM-PETおよび11C-Methionine-PETを撮影し、腫瘍と大殿筋への集積の比(Tumor/Muscle ratio)を算出し、臨床的因子との関連を検討した。腫瘍の大きさとT/Mratioには明らかな相関は認められなかった。組織型別にみると、腺癌では扁平上皮癌に比べてT/M ratioが低い傾向がみられた。次に、62Cu-ATSMの腫瘍内分布により、central type(中心部に分布),diffuse type(びまん性に分布),peripheral type(辺縁に分布)と分類し、腫瘍径や組織型との関連を調べた。腫瘍径と分布パターンには相関がなかった。一方、diffuse typeは扁平上皮癌に多く(4/5名)、peripheral typeは腺癌に多い(4/5名)傾向が認められた。11C-

Methionine-PETとの分布は扁平上皮癌では類似しているものが多かった(7/7名)。以上から、組織型による腫瘍の個性が薬剤の集積に反映されている可能性が示唆された。今後さらにその遺伝子プロファイルを検討する予定である。FGF2はHIF1などとともに腫瘍の血管新生に関わり腫瘍内低酸素細胞との関連が注目されている。子宮頸癌症35例の治療前、9Gy照射後のサンプルを用いてFGF2, laminin, and CD44の免疫組織化学染色を行い、2年時までの初期照射効果との関連を調べた。FGF2発現とLamininの不連続性は照射後に有意に増加していたが、CD44には明らかな変化は認められなかった。FGF2発現が強く認められた症例では初期治療効果は良好であった。FGF2の発現は予後不良員であることが示唆された。腺癌系腫瘍(腺癌、腺扁平上皮癌)は放射線治療に抵抗性であることが知られているが、その生物学的背景については十分に明らかとはされていない。我々は、87例の子宮頸癌症例の腫瘍サンプルを用いて腺癌系腫瘍(n=31)と扁平上皮癌(n=56)のマイクロアレイ解析および定量的PCRを行った。その結果、Villin-1(VIL1)の発現が組織間で異なることを見出した。VIL1の免疫組織化学染色を行い、予後との関連を調べたところ、VIL1発現群は有意に無病生存率が不良であった。VIL1マーカーと組織学的病理診断の対比はさらに65名の患者サンプルにおいて解析され、腺癌に対する感度は52%、特異度は100%であった。このことから、VIL1陽性の子宮頸癌は謬リ組織学的特徴を反映するだけでなく、放射線抵抗性腫瘍の指標としても有用であると考えられた。
上皮間葉系移行に関わる標的分子の血中モニタリングと転移・浸潤メカニズムの解明

上皮細胞が間葉系様細胞に変化する現象、上皮間葉系移行が癌の転移のメカニズムとして注目されていますが、ヒト臨床検体では証明されていません。その理由として腫瘍内不均一性に起因する遺伝子発現の偏在が考えられます。そこで、臨床検体を用いて癌先進部の遺伝子発現を中心部の発現で補正した遺伝子発現比を算出し、転移の有無で比較したところ、転移に関わる473遺伝子を同定し、adhesion、WntやVEGF等の上皮間葉系移行を促進する伝達経路を捉えました。すなわち転移を有する癌では、これらのシグナルが先進部で広く活性化し、その中でもVEGFAが高発現している約20%の大腸癌は極めて高い再発・転移を示しました。遺伝子発現マイクロアレイを使い、中心部、先進部、転移巣の3群に分け分散分析を行ったところ、7920プローブの発現に有意差があった。EMT関連遺伝子であるzinc-finger E-box-binding homeobox(ZEB)1の発現が中心部や転移巣と比較し、先進部で有意に高値であることが明らかになった(p<0.01)。個体差によるバイアスを除外するため、先進部の発現を中心部の発現で補正した比を用いた解析も行った。転移の有無で2群に分け、有意差があった1512プローブに対し分子間ネットワーク解析を行うと、EMTを誘導すると考えられているVEGFシグナル伝達経路やWntシグナル伝達経路などに関連する遺伝子が転移を有する癌の先進部で上昇していることが明らかになった。リアルタイムPCR法を用いZEB1発現の腫瘍内不均一性を確認し、さらに中心部と先進部の発現を転移の有無によっても分類し、4群に分け比較検討した。ZEB1の先進部での発現は転移を有する癌で転移のない癌の先進部よりも高い発現を示す傾向(p=0.083)があったが、中心部の発現には転移の有無による差はほとんどなかった。免疫組織化学ではZEBタンパクの不均一な発現が確認できたが、転移との関係を示すことはできなかった。病理学的特徴、免疫組織化学と転移の関係について単変量解析を行うと深達度、組織型、Eカドヘリン細胞質の染色、E-カドヘリン細胞質の濃染の4因子が転移と関係した。多変量解析では深達度、Eカドヘリン細胞質の染色の2因子が独立して有意に影響する因子として同定できた。平成27年度の実験計画としてはEMT促進遺伝子および、関連遺伝子の腫瘍内発現分布の不均一性の検証と臨床病理学的特徴の検討を予定していました。【免疫組織染色】以下の蛋白発現を検討し、腫瘍内不均一性を確認しました。EMT促進遺伝子であるVEGFシグナル。EMT関連遺伝子SNAIL、ZEB、TWIST。接着因子E-cadherin【発現解析】免疫組織染色で検討した遺伝子の発現解析を行いました。その結果、腫瘍先進部では中央部に比較しEMT促進遺伝子であるWnt(b-catenin)およびVEGFの発現が高く、その先進部の一部分にEMT関連遺伝子の発現が認められる事を確認しました。【臨床病理学的特徴の検討】病理学的特徴、免疫組織化学と転移の関係について単変量解析を行うと深達度、組織型、Eカドヘリン細胞質の染色、E-カドヘリン細胞質の濃染の4因子が転移との関係を認めました。多変量解析では深達度、Eカドヘリン細胞質の染色の2因子が独立して有意に影響する因子として同定できました。「研究目的」近年、癌の転移のメカニズムとして上皮細胞が間葉系様細胞に変化する現象、上皮間葉系移行(EMT)が注目されています。細胞運動性の亢進や細胞外基質の蓄積をもたらし、癌細胞が転移や浸潤能を獲得すると考えられますがヒト臨床検体では証明されていません。我々は、腫瘍内不均一性に起因する遺伝子発現の分布の偏りに注目しました。WntやVEGF等のEMT促進遺伝子は広く先進部で活性化している一方、EMT関連遺伝子の発現はその一部に限局している事を明らかにしました。転移形成のプロセスは、先進部全体の環境変化と部分的な細胞の転移能獲得というEMTの段階的な過程を経て、血中、転移先へと場を進めます。臨床検体ではこの偏在したEMTの発現をうまく捉える事ができず結果が解離したと考えられます。さらに転移先では間葉系様細胞の特徴が失われるためEMTの証明は困難です。そこで注目したのが血中に遊離した希少な腫瘍細胞やRNAを検出する技術です。本研究では、ゲノムプロファイルを血中モニタリングし、間葉系様細胞の特徴を有する腫瘍細胞やEMTに関わるmicroRNAを血中で捉え、転移に関わるEMTの役割を明らかにします。「研究計画」EMT促進遺伝子および、関連遺伝子の腫瘍内発現分布の不均一性の検証と臨床病理学的特徴の検討を行います:免疫組織染色(EMT促進遺伝子、EMT関連遺伝子および接着因子)と発現解析(RT-PCR)臨床病理学的特徴との相関:転移の有無や転移臓器、組織型や脈管侵襲等個体差によるバイアスを除外するため、先進部の発現を中心部の発現で補正した比を用いた解析を行った。マイクロアレイの結果を転移の有無で2群に分け、有意差(p<0.05)があった1512

プローブに対し分子間ネットワーク解析を行うと、EMTを誘導すると考えられているWntやVEGF等のシグナル伝達経路に関わる遺伝子が、転移を有する癌の先進部全体で高発現していることが明らかとなった。また、EMT関連遺伝子であるZEB1の発現には腫瘍内不均一性があり、先進部で高く、中心部、転移巣では低値を示した。EMTを抑制するmicroRNAであるmiR-200cの発現はZEB1の発現と逆相関を示し、先進部におけるmiR-200cの発現は転移を有する癌で転移を有さない癌と比較し有意に低下していた(p=0.015)。近年、癌の転移のメカニズムとして上皮細胞が間葉系様細胞に変化する現象、上皮間葉系移行(Epithelial-Mesenchymal Transition:EMT)が注目されています。細胞運動性の亢進や細胞外基質の蓄積をもたらし、癌細胞が転移や浸潤能を獲得すると考えられますが、ヒト臨床検体ではその関与は証明されていません。その原因として癌組織の腫瘍内不均一性に起因する遺伝子発現の偏在性が考えられます。すなわち、転移に関わる分子の発現は腫瘍全体に一様に認められるのではなく、腫瘍の一部の領域に偏在している可能性です。そこで我々は、腫瘍内部の遺伝子発現の偏りに注目し、EMT関連遺伝子の発現分布を検討しました。癌の先進部の発現を中心部の発現で補正した発現比を比較検討に用い、転移の有無の2群間でt検定を行ったところ、転移に関わると考えられる473遺伝子を同定できました。KEGG( Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)を用いて、分子間相互作用ネットワークを調べたところ、adhesionに関わる伝達経路、WntやVEGF等のEMTを促進する伝達経路が捉えられました。すなわち転移を有する癌では、WntやVEGF等のEMTを促進する伝達経路が広く先進部で活性化している事を明らかにしました。この結果から、転移を有する癌の背景にVEGF等のEMTを促進する伝達経路が関与すると考えます。これまでVEGFのリガンドVEGFAが高発現している約20%の大腸癌のサブグループを同定し、極めて再発・転移が高い事を明らかにしました。上皮細胞が間葉系様細胞に変化する現象、上皮間葉系移行が癌の転移のメカニズムとして注目されていますが、ヒト臨床検体では証明されていません。その理由として腫瘍内不均一性に起因する遺伝子発現の偏在が考えられます。そこで、臨床検体を用いて癌先進部の遺伝子発現を中心部の発現で補正した遺伝子発現比を算出し、転移の有無で比較したところ、転移に関わる473遺伝子を同定し、adhesion、WntやVEGF等の上皮間葉系移行を促進する伝達経路を捉えました。すなわち転移を有する癌では、これらのシグナルが先進部で広く活性化し、その中でもVEGFAが高発現している約20%の大腸癌は極めて高い再発・転移を示しました。1,EMTに関わるmicroRNA、mRNAの血中モニタリングmicroRNAの血中モニタリング:SNAIL、ZEBを制御しているmiR-21とmiR-200。EMT関連遺伝子のmRNAの血中モニタリングし、microRNAの発現との相関性を検証します。2,血中遊離癌細胞からのEMT関連蛋白の検出と全ゲノム解析(全ゲノムプロファイルの比較)を行います。EMTに関わるmicroRNA、mRNAの血中モニタリングをします(digital PCRによる血中遊離RNAの検出):microRNAの血中モニタリング:SNAIL、ZEBを制御しているmiR-21とmiR-200の血中モニタリングを行います。
長大骨組構造物の位相差を考慮した地震応答解析

本研究では、水平方向に細長い骨組構造物(長大骨組構造物)の基礎から地震波が入力した場合の構造物の動的挙動を把握することを目的としている。そのために、以下のような研究計画を遂行している。1、解析に用いる地震波を収集する。2、長大骨組構造物の動的挙動を解析するためのプログラムを作成する。3、長大骨組構造物の基礎から地震波を入力させ、波動伝播を考慮した数値シミュレーションを行う。4、上記解析モデルと同じモデルに対して振動解析を行い、波動伝播を考慮した解析結果と比較する。5、構造物の減衰の評価をエネルギー的観点から考察する。6、構造物内を伝播する応力波・変位波などの波動伝播現象を表現するためのグラフィック手法を開発する。これらの解析はワークステーション(生研現有設備)で行い、ネットワークで接続されたパーソナルコンピュータにデータを転送し、グラフィックス処理を行っている。13に関しては、1モデルに対して、ほぼ終了している。4において、振動解析と波動解析の解析結果を比較したところ、骨組の水平方向寸法が長くなるにつれ、違いが大きくなっていくことが確認できた。5、6については、現在遂行中である。今後、地震力や衝撃力などが構造物に入射した場合にエネルギーが構造物内をどのように伝播し、通過していくのかたどること、あるいは、たどることが容易なグラフィックス手法の開発を行う予定である。
心筋細胞の発生を制御する遺伝子発現調節系とエピジェネテックス

1.心筋細胞の発生過程でのエピジェネティックス変化のプロファイリング心筋細胞の発生過程での増殖・分化能の変化の中で、増殖および分化調節遺伝子のクロマチン修飾状況の変化の解析を行った。まず、このため、生体心臓からのクロマチン免疫沈降法を確立し、ついで発生過程での様々な遺伝子のピストン修飾状態の変化を解析した。その結果、心臓発生に必須のホメオボックス遺伝子Nkx2.5のプロモーターの修飾が転写亢進型に変化していくという初期的な結果を得た。2.JmjによるサイクリンD1遺伝子の転写抑制機構とエピジェネティックス変化Jmjがいかに心筋細胞でサイクリンD1遺伝子の転写を抑制するかをクロマチン制御の観点で解析し、以下の結果を得た。(1)Jmj蛋白質複合体はヒストンメチル化活性を持つ。(2)Jmj蛋白質はヒストンメチル化酵素、G9a、複数のヒストンデアセチル化酵素、ヒストンシャペロンCAF-1 p48その他、様々なクロマチン制御関連蛋白質と結合する。(3)Jmjの発現亢進によりサイクリンD1遺伝子プロモーターのヒストンH3K9(メチル化されると転写抑制される、G9aの基質)のジメチル化が亢進する。(5)JmjとG9aとの結合活性には組織特異性があり、それが細胞ごとの増殖活性に関与する可能性が示唆された。(6)G9aの心臓機能を解析するため、心臓特異的ノックアウトマウスを作成した。現在、表現型を解析中である。以上の結果から、JmjがG9aなどのヒストン修飾酵素と結合、サイクリンD1遺伝子プロモーターのヒストンを修飾することにより、サイクリンD1遺伝子の転写抑制され、さらにはその状態が維持されることが示唆された。
複雑液体の物理-A04個別運動と集団運動のダイナミクス-

・水素結合系液体の代表である水のダイナミックスの特徴とその超高速高次非線型分光法(5次のラマンエコー)による実験観測についての理論的検証を行った。・ずり流動場の下での相分離の問題をKawasakiダイナミクスに従って時間発展するIsingモデルに外部流動場の効果を導入し、流動場の下での相分離のシミュレーションを行う手法を開発した。・並進自由度のガラス化過程における原子運動の特徴を明らかにし、遅い過程がジャンプ運動、速い過程が局所ポテンシャルミニマムの揺らぎとして理解できることを示した。・有限温度の凝縮系を取り扱うことのできる第一原理分子動力学法により、液体金属合金の組成分解の初期過程を研究した。・高分子の結晶化における階層構造を特にその誘導期と結晶成長に着目して調べ、誘導期については短距離秩序の観点から中性子散乱、赤外分光及び計算機シミュレーション法を用いてその形成過程を明らかにした。・会合高分子のゲル化と相分離に関して、架橋点の構造と運動性の解析を架橋領域の「多重度」と「寿命」という新しいコンセプトを導入して、相図の導出、レオロジー物性の研究などを行い、水溶性可逆ゲルの実験データを解明した。・コロイド等の巨大分子系で予想される分子間相互作用と相図の関係を明らかにし、C_<60>固体の状態方程式と圧力誘起規則-不規則配向相転移の理論的予測を行った。・自己類似フラクタル次元をもってゆらぐ局在電子状態における電子のホッピングによる過渡電流をシミュレーションで研究、ガラス質半導体で一般的に観測される分散型過渡電流とおなじ過渡電流が得られることがわかった。・異常構造緩和の単純なモデルとして正方格子上の多体乱歩系を考えてその動的構造を調べた。・体積膨張したセレンの構造について電子状態を調べ非金属--金属転移のメカニズムを解明した。・水銀--サファイア系のプリウェティングの振舞を解明するためにモンテカルロ--シミュレーションを行った。複雑液体における個別運動・集団運動のダイナミックスとその階層構造を明らかにするため、以下のような研究を行なった。[1]水素結合系液体の構造とダイナミックス(大峰巌):水の状態のポテンシャルエネルギー面上でのトラジェクトリーの運動を統計理論で解析し、メゾ・スケールでの水素結合編目の組み替え機構を見出した。[2]格子モデルによる複雑液体のシミュレーション(岡部豊):高分子共重合体溶液のミクロ相分離、界面活性剤系を統一的に扱う格子モデルを構築し、モンテカルロシミュレーションの高速化・可視化を行なった。[3]複雑液体のダイナミックスと多体効果(小田垣孝):捕捉された原子のジャンプ運動の待ち時間分布によって、ガラス転移近傍でのダイナミックスを特徴づけるいくつかの温度が統一的に理解できる。[4]高分子の形態変化と強く結び付いた可逆ゲル/ゾル転移(田中文彦):コイル/ロッド転移などに見られる形態変化を前駆現象と捉え、ゲル化現象を分類しその相図を検討した。[5]不均一液体の構造と相転移(長谷川正之):分子間相互作用を斥力・引力部分に分離する新しい密度汎関数理論を展開し、フラーレンC60がきわめて狭い領域に液相が存在する特異な物質であることを示した。[6]アモルファス半導体の異常な分散とフラクタル(村上和郎):アモルファスシリコン薄膜の吸収端スペクトルの変化を見い出し、2次元化にともなうバンドテイル局在状態の消失効果を明らかにした。[7]第一原理分子動力学法によるCdマイクロクラスターの金属非金属転移(米沢富美子):Cdマイクロクラスターの金属非金属転移が原子数20以前に起きることを明らかにし、得られる魔法数から楕円ジェリウムモデルが成り立つことを示した。[1]高密度液体の構造緩和の'一体モデル'をたて、フラクタル空間上とフラクタル時間のランダムウオ-クについて、待時間分布との対応を調べた。また、等温等圧モンテカルロ法で濡れ転移を調べ、それに伴うドメイン形成等を観測した。[2]水中のプロトン移動のダイナミックスの解析を行い、プロトン移動の機構とそれに伴うエネルギー緩和過程のダイナミックスを明らかにした。[3]3成分溶媒に3種の界面活性剤を加えた系をモンテカルロシミュレーションにより研究し、マクロ相分離とミクロ相分離の混在した多彩な相分離を得た。[4]ガラス化過程における動物性質の変化を、分子動力学シミュレーションおよび理論的計算によって研究し、ガラス転移の微視的な機構に対する知見を得た。[5]第一原理分子動力学法のプログラム開発を行い、擬ポテンシャルの妥当性を重い元素に対して検討した。[6]高分子の結晶化過程における様々な階層での構造形成を調べ、結晶化の極く初期段階で高分子の自由体積が大きく変化することや、ラメラ晶から球晶への発展過程でのパターン形成を観察し拡散過程の重要性を明らかにした。[7]会合高分子のゲル化と相分離に関する基礎的研究を行い、架橋領域の多重度と運動性という新しいコンセプトをもとにして、水溶性可逆ゲルの実験データを解明した。[8]新たに展開された固化の密度汎関数理論を用いて、フラーレンの典型であるC_<60>の相転移を調べ、C_<60>の安定な液相が存在するか否かの境界にある物質であることを理論的に確かめた。[9]構造の乱れによりフラクタル的に揺らいだバンド端をガラス半導体の電子輸送を計算機シミュレーションによって研究し、ガラス半導体の分散型電子輸送はフラクタル的に揺らいだバンド端を電子がホッピングによって移動することを明らかにした。

・水素結合系液体の代表である水のダイナミックスの特徴とその超高速高次非線型分光法(5次のラマンエコー)による実験観測についての理論的検証を行った。・ずり流動場の下での相分離の問題をKawasakiダイナミクスに従って時間発展するIsingモデルに外部流動場の効果を導入し、流動場の下での相分離のシミュレーションを行う手法を開発した。・並進自由度のガラス化過程における原子運動の特徴を明らかにし、遅い過程がジャンプ運動、速い過程が局所ポテンシャルミニマムの揺らぎとして理解できることを示した。・有限温度の凝縮系を取り扱うことのできる第一原理分子動力学法により、液体金属合金の組成分解の初期過程を研究した。・高分子の結晶化における階層構造を特にその誘導期と結晶成長に着目して調べ、誘導期については短距離秩序の観点から中性子散乱、赤外分光及び計算機シミュレーション法を用いてその形成過程を明らかにした。・会合高分子のゲル化と相分離に関して、架橋点の構造と運動性の解析を架橋領域の「多重度」と「寿命」という新しいコンセプトを導入して、相図の導出、レオロジー物性の研究などを行い、水溶性可逆ゲルの実験データを解明した。・コロイド等の巨大分子系で予想される分子間相互作用と相図の関係を明らかにし、C_<60>固体の状態方程式と圧力誘起規則-不規則配向相転移の理論的予測を行った。・自己類似フラクタル次元をもってゆらぐ局在電子状態における電子のホッピングによる過渡電流をシミュレーションで研究、ガラス質半導体で一般的に観測される分散型過渡電流とおなじ過渡電流が得られることがわかった。・異常構造緩和の単純なモデルとして正方格子上の多体乱歩系を考えてその動的構造を調べた。・体積膨張したセレンの構造について電子状態を調べ非金属--金属転移のメカニズムを解明した。・水銀--サファイア系のプリウェティングの振舞を解明するためにモンテカルロ--シミュレーションを行った。
高CO_2・高温条件下におけるダイズのシンク形成機構

将来予測される高CO_2・高温条件下におけるダイズのシンク(莢実)形成機構を解析した。本研究では、ダイズのシンク形成を支配する要因として、根粒の窒素固定能、光合成能に注目した。その結果、高CO_2・高温条件下では、生育前半では窒素固定能と光合成能のいずれも顕著に促進されたが、生育後半においてはこれらの機能が抑制された。このような生育後半における生理機能の抑制には、高CO_2・高温下における蒸散の抑制と葉温の上昇や光合成産物の蓄積による葉の機能低下が関係していると示唆された。将来予測される高CO_2・高温条件下においては、ダイズのシンク(黄実)形成が大きく影響を受けることが推測される。そこで、その形成機構を解明するため、温度勾配実験施設の中で、窒素固定能の異なるダイズ品種(根粒通常着生品種、根粒超着生系統、根粒非着生系統)を栽培し、異なるCO_2・気温に対する反応を解析した。その結果、高CO_2・高温条件では、1)生育量と収量は根粒通常着生品種と根粒超着生系統が根粒非着性系統を顕著に上回ること、2)光合成速度は生育前半では根粒超着生系統>根粒通常着生品種>根粒非着生系統であるが、生育後半は根粒超着生系統と根粒通常着生品種の差が小さくなること、3)窒素吸収量は根粒超着生系統>根粒通常着生品種>根粒非着生系統であるが、窒素の乾物生産効率は逆に根粒非着生系統>根粒通常着生品種>根粒超着生系統であること、4)高CO_2では晴天日に葉温が高くなること、などが分かった。このように、高CO_2・高温条件は生育前半では光合成速度と物質生産が顕著に促進され、その促進程度は窒素固定能に大きく影響されるが、窒素の利用効率は根粒による窒素能の高い系統で低下しやすいことが明らかになった。このような窒素利用効率や光合成能の低下には、高CO_2条件による葉温の上昇や窒素化合物と光合成産物の体内のバランスの変化が重要な要因であること示唆されたので、次年度はこの点を詳細に解析する。本研究は、将来予測される高CO_2・高温条件下において、ダイズの収量を強く規定するシンク(莢実)の形成機構を解明し、高CO_2・高温条件に適応したダイズの育種・栽培技術の方向を呈示することを目的として実施した。そのため、高CO_2・高温条件において問題となる以下の現象の生理学的機構の解明を目指した。1)高CO_2によるソース能促進と蒸散量低下に伴う体内成分変化と体温上昇2)高温による体温の以上上昇と老化促進に伴う生殖器官の活性低下3)高CO_2・高温条件下におけるシンク(胚、莢、子実)形成・物質蓄積過程の変化これまでの研究で、高CO_2・高温条件下では光合成が促進され、物質生産量は増加するが、生育後半においては光合成能と物質生産能の低下が認められた。平成21年度は、高CO_2・高温条件下における開花・結莢の様相と体内成分の変動との関係を解析した。その結果、高CO_2条件では、適温では結莢数が増加するのに対し高温では低下すること、それには高CO_2・高温下での機構コンダクタンスの低下と体温上昇、さらには体内CN化合物の蓄積が関与していることが示唆された。そのため、高CO_2・高温条件において問題となる以下の現象を解析した。1)高CO_2によるソース能促進と蒸散量低下に伴う体内成分変化と体温上昇2)高温による体温の以上上昇と老化促進に伴う生殖器官の活性低下3)高CO_2・高温条件下におけるシンク(胚、葵、子実)形成・物質蓄積過程の変化昨年度までの研究で、高CO_2・高温条件下では光合成が促進され、物質生産量が増加するが、生育後半においては光合成能の低下と物質生産能の低下が認められたので、本年は、その要因の解明に重点をおいた。本年は、生育前・後半に分けて高CO_2処理の影響を解析した。その結果、1)高CO_2による光合成の低下は、植物体を高CO_2条件に晒す期間が長くなると発現すること、2)高CO_2・高温条件下では気孔コンダクタンスと蒸散量の低下が認められ、そのため晴天時には体温が上昇すること、3)高CO_2・高温条件下では開花数に変動は少ないが、結莢率の低下が認められること、が明らかとなった。今後、体内成分・ホルモンの分析結果と合わせて考察を加える予定である。