hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
化学構造情報の数値プロファイリングと偏最小２乗法を用いた化学物質の環境毒性予測

本研究では、化学物質の生態環境毒性予測の問題に対し、トポロジカルフラグメントスペクトル(topological fragment spectra, TFS)から導出されるPLS潜在変数を用いたパラメータ・フリーのQSARモデリング手法(TFS-PLS法)を提案し、実データを用いてその有用性を検証した。また、予測化合物ごとに構造類似性を基礎とした訓練集合のアクティブサンプリングと組み合わせることで、より精度の高い予測結果が得られることを示した。QSAR(Quantitative Structure-Activity Relationship)は、既知の化合物データをもとに物理化学的パラメータなどを用いて事前に得られた統計的モデルにより、未知の化合物データを予測する方法であり、一般化学物質の有害性予測の問題に対しても活発な研究が進められている。しかし、これらのモデル式を利用して目的とする毒性データの予測を行おうとする場合、必要なパラメータの入手が困難な場合も少なくない。初年度(平成27年度)研究では、化学構造式の離散・数量化によって得られる多次元数値ベクトル(トポロジカルフラグメントスペクトル,TFS)を構造特徴変数とし、PLS解析(偏最小二乗法)によって導出される数学的な合成変数である潜在変数(隠れ変数とも呼ばれる)を説明変数に用いて、目的とする毒性値の近似・予測モデルを生成するためのアルゴリズムの設計、ならびに必要なプログラムの開発を行うとともに、計算機への実装を行った。提案手法(TFS-PLS法)は、生成された予測モデルの利用に際しても化学構造情報(原子結合表)のみを必要とし、その他の如何なる物理化学的パラメータも必要としない。提案手法の妥当性の評価については、化学物質化学物質評価研究機構(CERI)より公開されている一般化学物質の生態毒性データのうち、約366化合物の魚類に対する短期毒性試験の結果を用い、近似・予測精度ならびに予測安定性などの性能評価を進めているところである。初年度研究では、以下の2点を目標に掲げて研究を進めてきた。(1)訓練化合物集合のフラグメントスペクトルに対し、PLS解析(偏最小二乗法)によって導出される数学的な合成変数である潜在変数(隠れ変数とも呼ばれる)を説明変数に用い、目的とする毒性値の近似・予測モデルを生成するためのアルゴリズムの開発と計算機への実装を行う。(2)魚類に対する短期毒性試験の結果を用い、近似・予測精度ならびに予測安定性などの性能評価を行い、提案手法の妥当性を検証する。これらの進捗状況については上記の「研究実績の概要」で述べたとおりであり、これらの成果の一部については、2016年度人工知能学会全国大会(2016年6月、北九州市)での発表(口頭)申込みを行い、受理されている。平成28年度研究では,前年度(平成27年度)に提案したTFS-PLS法を用い、藻類に対する短期毒性予測モデルの構築を試みた。データセットには、72時間半数成長阻害濃度(72h-EC50)の試験データ(環境省より公開)を用いた。試験化合物に重複がある場合は新しい年度の試験結果を採用した。塩や混合物を除外し、さらに毒性値が試験上限値表記(不等号付の値)されているものを除外した全341化合物の毒性試験データを用いた。TFS-PLS法による一括モデリングでの性能を調べたところ、潜在変数20程度で精度の向上が飽和してくるのが認められた。また、TFS-PLSによる回帰性能は,logP単回帰モデルを大きく上回る精度が得られた。さらに、構造類似性を基礎としたActive QSARモデリングでは、潜在変数の数が1の場合にも良好な回帰モデルが得られ、近似精度も上述の一括モデリングによるモデルと比べ大きく向上すること明らかにした。同様に、TFS-PLS法をActive QSARモデリングと組み合わせ、魚類急性毒性(96h-LC50)予測のついても検討を行った。データセットには同じく環境省より公開されている367化合物の魚毒性試験データ(96h-LC50)を用いた。本研究では、Active QSAR TFS-PLSによる魚類急性毒性予測モデルのパラメータチューニングを実施し、予測安定性の高い最適なモデルの構築を試み、その精度について検討を行った。その結果、アクティブサンプリングにおける最近傍サンプルの類似度に一定の閾値を導入することで、生成モデルの予測安定性を向上させることが可能であることを示した。進捗状況については上記の「研究実績の概要」で述べたとおりであり、これらの成果の一部については、2016年度人工知能学会全国大会(2016年6月、北九州市)および第44回構造活性相関シンポジウム(2016年11月、京都)にて発表している。先に提案したTFS-PLS法と構造類似性にもとづく訓練集合のActiveサンプリングを組み合わせた手法の有用性の検証を試みた。その結果、全データを用いた一括モデリングに比べ、実験値に対するより良好な近似は達成されたものの、Leave-one-out法による予測実験の結果は期待から大きく外れるものとなった。これらの原因を調査したところ、訓練集合として用いた化合物の構造多様性が極めて大きく(環系骨格構造の78%がそれを一度しか現れない)、leave-one-out試験では、多くの場合に、類似性の高い良好な訓練サンプルの参照が困難であることが分った。このことから、より大規模なデータセット(環境省が公開している魚類96時間半数致死濃度(LC50)に関する試験データ&sup3;に加え、産業技術総合研究所で開発を進めている汎用生態リスク評価管理ツールMeRAの有害性データベースに収録されている同データを含め、合計1698化合物の毒性試験データ)を用い、改めて提案手法の有用性について検証を試みた。

その結果、改めて構造類似性を基礎とした訓練集合のアクティブサンプリングによる局所モデリングの有用性が示されるともに、事例データベースにクエリとの構造類似性が高い化合物が収録されている場合、明らかに良好な予測結果が得られることを明らかにした。本研究では、化学物質の生態環境毒性予測の問題に対し、トポロジカルフラグメントスペクトル(topological fragment spectra, TFS)から導出されるPLS潜在変数を用いたパラメータ・フリーのQSARモデリング手法(TFS-PLS法)を提案し、実データを用いてその有用性を検証した。また、予測化合物ごとに構造類似性を基礎とした訓練集合のアクティブサンプリングと組み合わせることで、より精度の高い予測結果が得られることを示した。平成28年度研究では、予測精度のより一層の向上をねらいとして、構造類似性を基礎としたアクティブサンプリングよる予測サンプル近傍空間での局所モデルによる近似/予測精度について従来法(一括モデリング)との比較・検討を行う。主な実施項目は以下の通りである。1アクティブサンプリングを用いたモデル生成プログラムの作成、2前年度研究で用いた魚毒性データに対し、アクティブサンプリングによる予測サンプル近傍空間での局所モデリングの有用性(近似/予測精度)の比較・検討、3近傍空間におけるサンプリングサイズと予測精度の関係について検討、4実データによる応用例の拡大と本アプローチの妥当性の評価・検証平成29年度研究ではこれまでの成果をもとに、ユーザインタフェースも含め、提案手法を基礎としたパラメータフリーの使いやすいシステムの開発を予定している。引き続き、提案手法(TFS-PLS法)におけるモデル生成のための近傍サンプルの探索や類似度閾値、モデリングに利用する潜在変数の数などについて最適な条件を検討するとともに、適用するエンドポイントの拡大を図る。また、H29年度は本研究課題における研究最終年度である。このことから、これまでの成果をもとに、ユーザインタフェースも含め、TFS-PLS法を基礎としたパラメータ・フリーの使いやすい生態毒性予測システムの開発を目指す。分子情報学主として、出席を予定していた国際会議の参加取りやめによる、外国旅費の余剰分によるもの。必要な消耗品の購入予定額が予想を下回ったこと、成果発表のための国際会議の参加を見送ったことによる旅費の減額などによる。次年度繰り越し分については業務補助の追加予算に充当したい。学生による業務補助など人件費が予定より上回ることが予想されることから、主としてこれらの費用に充当する予定である。
抽象レベルでの行動の順序制御における前頭前野の役割

抽象レベルでの行動の制御過程に前頭前野がどのように関わるかを検討するため、到達運動課題を遂行中のマカクザルの細胞活動を記録した。その結果、外側前頭前野(lateral prefrontal cortex)の腹側部の細胞は抽象レベルの動作を指示する刺激の視覚情報を反映し、また運動を決定する際に選択刺激の空間的な位置を反映していた。一方、背側部は、抽象レベルでの行動の生成と把持、また具体的な運動の生成が主な役割であると結論づけられた。複数の動作の順序制御を行う過程を検討するため、まず、仮想レベルの動作と、運動レベルの動作を時間的に分離することが可能な課題を作成した。指示刺激として図形(たとえば黄色い丸)がサルの眼前にあるタッチセンサー内蔵のモニターの中央に呈示される。この指示刺激は、後の反応(右または左への到達)を指示するものである。遅延期間の後、2つ目の指示刺激が画面の中央に呈示される。このように、指示刺激が3回連続で呈示された後に、画面に選択刺激が呈示される。選択刺激は2つの四角形より構成されており、右または左への到達がサルには求められる。選択刺激は、画面の水平方向のどこに呈示されるかはランダムであり、この選択刺激が呈示されるまでは画面のどこに到達すればよいのかを決定することはできない(運動レベルの動作を決定できない)。選択刺激の色が灰色から白に変わることで、運動の実行を指示する。選択刺激は合計で3回呈示され、サルは1試行で合計3回の到達運動を行い、正しく運動が行われれば報酬が与えられる。この課題を遂行中のサルの神経細胞活動を記録することにより、仮想レベルの動作の順序制御における脳内のメカニズムを解明することが可能となる。平成22年度は、細胞活動を記録する前段階として、この課題について、2頭のサルに対して新たに訓練を開始した。平成23年度は、課題の正答率が9割を安定的に超えた時点で学習の完了とし、外科的手術の後に、細胞活動の記録を開始する予定である。平成23年度は、抽象レベルでの行動の制御過程に、背外側前頭前野がどのように関わるかを検討するため、実験を行った。前年度までに作成した抽象レベルの動作と、運動レベルの動作を時間的に分離することが可能な課題を用いた。この課題を遂行中のサルの背外側前頭前野の神経細胞活動を記録し、解析を行ったところ、以下のような知見を得た。背外側前頭前野の腹側部では、指示刺激(抽象レベルでの右または左への到達を指示)の視覚的特性を反映するのみならず、選択刺激の空間的な位置情報の反映が行われていた。一方、背外側前頭前野の背側部では、視覚刺激の視覚的特性よりもその指示内容(抽象レベルでの右または左への到達)の獲得と把持が行われ、運動レベルの動作の決定時にも抽象レベルでの動作の情報を強く受けることが明らかとなった。これらの結果は、前年度までに得られた運動前野背側部の細胞活動とは特徴が異なるものであった。以上より、抽象レベルでの行動の制御過程における背外側前頭前野の特徴的な役割が明らかとなったといえる。
14族典型元素と6族遷移金属間の結合形成反応に関する研究

モリブデンのテトラヒドリド錯体[MoH_4(Ph_2PCH_2CH_2PPh_2)_2](1)とアリールシラン類とをトルエン中還流下で反応させると、P^P^Si^P^P骨核からなる5座配位子を有する新規トリヒドリドモリブデン錯体[MoH_3{[Ph_2PCH_2CH_2P(Ph)-C_6H_4-o]_2(Ar)Si-P,P,P,P,Si}](2)を生成することを先に見だしている。この新規錯体は二酸化炭素との反応で、2とギ酸との反応で生ずる単座配位のホルマト錯体と同じ生成物が得られることから、モリブデン-水素結合への二酸化炭素の挿入反応が起こっていることが確かめられた。さらに、錯体2とイソシアニドとの反応により、やはり5座配位子の骨格を保持したままで新規イソシアニド錯体の生成が確認された。一方、ヒドリド錯体1とフェニルゲルマン類との反応を検討した。この場合も、ケイ素の場合と同様な反応が進行し、PPGePPの骨格を有する5座配位子の配位した錯体[MoH_3{[Ph_2PCH_2CH_2P(Ph)-C_6H_4-o]_2(Ar)Ge-P,P,P,P,Si}](3)が得られた。興味深いことに、二級のゲルマンを反応に供した場合にも同じ5座配位錯体3が生成した。相当するケイ素化合物の場合にはPPSi骨格からなる3座配位錯体を生じたことと対比して、この結果は、ゲルマニウムとケイ素の反応性の違いを示唆するものとして、格別興味が持たれる。
耳石微細構造の検証とウナギ初期生活史の再構築

まず人工孵化・飼育した30日齢のレプトケファルスの耳石微細構造を走査型電子顕微鏡で観察し、レプトケファルス期の耳石輪紋形成の日周性を明らかにした。これによってウナギにおける耳石解析法の基礎を固めた。また孵化後9日前後にできるチェックが摂餌開始チェックであることを証明した。次に、外洋で採集された変態直後のシラスウナギの耳石微細構造解析とSr : Ca比の耳石微量元素解析を同時に行い、変態に伴ってSr : Ca比の急減、輪紋間隔の急増、それに続く最大輪紋間隔点(ピーク)およびその後の輪紋間隔の急減が全ての耳右に生じることを明らかにした。これより、輪紋間隔の急増が変態開始に相当し、ピーク直前に変態が終了するものと考えた。シラスウナギの耳石には・耳石核・孵化輪・摂餌開始チェック・輪紋間隔急増点・大ピーク・淡水チェックの計6つの特異点が認められた。これらの特異点でシラスウナギの初期生活史を以下の6期に区分した。すなわち、胚期、プレレプトケファルス期、レプトケファルス期、変態仔魚期、海洋シラス期、淡水シラス期である。確立した初期生活史推定法を用いてウナギが接岸する東アジアの各地から3年度に亘って採集した計309個体の各期の長さ(範囲)を調べた。その結果、胚期を除いて順に、9(6-13)、107(59-170)、21(8-39)、21(0-52)、6(0-41)日となった。また、変態開始日齢、接岸日齢、総日齢はそれぞれ、115(67-119)、156(98-227)、162(110-227)日であった。推定孵化日は5-12月の範囲にあり、本種の産卵盛期は8月と推定された。
追跡的光線投影による大空間情報提示手法

本研究では高速で運動する動体に輝点を表示し,残像を通して対象より大きなパターンを提示する新たなディスプレイの実現を目標として,その実現のために必要となる人間の知覚特性について研究を行った.まず,提案原理での知覚確認実験から提案する手法での残像知覚が可能であることを示し,少なくとも目標とするディスプレイ手法が実現可能であることを示した.次により具体的に映像が提示できる条件を調べるために,人間の眼における残像特性の要因について静止スクリーン上と動体軌跡上とで調査した.結果として,動体軌跡上では認識率が落ちるものの,特定の条件下では目標とするディスプレイ実現の可能性は十分に示された.平成25年度は,主に大空間に情報を投影する環境での視覚特性の評価を行った.平成24年度に構築した,高速に移動するスクリーンに輝点を投影するシステムを用いて,運動する物体の上にレーザ光でパターンを提示し,そのパターンの視覚による認識のもつ特徴を計測した.具体的に行ったのは,人間の注視点付近における形状識別実験(a),スパイク数識別実験(b),そして,特定の空間周波数パターンに対する提示方向の閾値測定実験(c)である.これらの実験では,移動するスクリーンとしてソフトボールを利用した.形状識別実験(a)では,人間の注視点をボールが横切り,そのボール上にレーザによってボールより大きなパターンが描写され,そのパターンの種類を認識できるかどうかを調べた.パターンは三種類あり,これについては3人の被験者が100%の正答率で回答し,パターンの識別について残像知覚は可能であることが示された.次に,同じ状況で1本から4本の本数の異なるスパイクを持つパターンを提示し,この本数を回答する形で認識率を調べたところ,4人の被験者中1人のみ正答率が100%で,他3人は35%程度の正答率となり,形状の識別よりも認識率が悪いことが明らかになった.最後に,去年度調査した固定スクリーンに対する認識能力と比較をするため,特定の空間周波数パターンに対する提示方向の閾値を測定する実験(c)を行い,その結果,固定スクリーンより認識率が悪かった.以上の結果から,残像を用いた像の提示は可能であるが,提示可能な範囲には制約が存在し,認識可能な視野が狭くなる可能性が示された.しかし,この制約は特定の場所だけを見ている人間にのみ情報を伝達することのできるディスプレイなど,新たな情報提示技術の実現が可能であることも示唆している.本研究では高速で運動する動体に輝点を表示し,残像を通して対象より大きなパターンを提示する新たなディスプレイの実現を目標として,その実現のために必要となる人間の知覚特性について研究を行った.まず,提案原理での知覚確認実験から提案する手法での残像知覚が可能であることを示し,少なくとも目標とするディスプレイ手法が実現可能であることを示した.次により具体的に映像が提示できる条件を調べるために,人間の眼における残像特性の要因について静止スクリーン上と動体軌跡上とで調査した.結果として,動体軌跡上では認識率が落ちるものの,特定の条件下では目標とするディスプレイ実現の可能性は十分に示された.平成24年度は,人間の視覚特性に関する基礎的な調査と簡易的な実験を行った.人間の視覚特性について基礎的な調査を行い,特に高速に動く輝点に対する残像特性はまだほとんど知られていないことが判明した.次に,高速に動く輝点に対する人視覚残像特性を検証するための簡易的なシステムを構築した.具体的にはレーザーとガルバノミラーを組み合わせて前方のスクリーン上の任意の位置に輝点を提示するシステムであり,レーザーのon/offとガルバノミラー角度はマイコンから制御されるシステムである.ガルバノミラーは800usという高速な応答をもつため,ほぼ任意の位置・タイミングでレーザーを投影することができる.このシステムを用いて,被験者の前に運動する光の輝点を提示し,それに対する被験者の知覚を測定した.最初に,(a)輝点に対する残像特性について実験を行った.二つの輝点を順番に提示して,それらの前後を判定させることで弁別できるタイミングを計測した.この際に,被験者が注視している位置と輝点が表示される位置とのなす角度を複数変化させながら計測し,視野における角度の依存性も同時に計測した.この結果から,輝点の場合はこれまで報告されている何らかのパターンを表示した場合とは異なり,注視点の距離にはかかわらず弁別できる時間差はほぼ一定であることがわかった.(b)次に輝点を走査してスパイク状の像を提示し,そのスパイク数を回答させることで空間解像力と提示位置との関係を調べた.この結果から,既存研究で報告されている像の提示に比べて,輝点を提示した場合はその解像力は低下する傾向にあることがわかった.これらの結果に基いて,高速に移動するスクリーンに輝点を投影するシステムを構築した.本システムは既に開発されている高速視線制御システムにレーザープロジェクターを組み合わせたものである.当初平成25年度に行う計画であった,高速移動するスクリーンに輝点を投影するシステム構築まで完了したため.引き続き高速移動するスクリーンに対する人間視覚特性の計測を行い,さらにその特性に基いて大空間を移動する物体を利用して大きな像を提示することの可能性を検証していく予定である.実験に必要な光学部品と電子部品の購入を予定している.
家畜尿汚水の土壌処理とその再利用に関する研究

土壌処理による家畜尿汚水の浄化機構を明らかにし,菌体や水処理剤の浄化改良効果についても調べ,さらに処理水の再利用と家畜ふんの性状改善についても検討し,以下のような結果を得た。1)麻布大学の土壌処理施設の浄化効果を調査し,処理により水質が効率良く浄化され,TN以外は排水基準に適合することが確認された。2)ローズ・スカムレスが供試した8種の菌体のうち一次処理に有効であることが分った。3)塩化第二鉄と硫酸アルミニウムが供試した8種の水処理剤のうち透過率の向上,SSやCODの低減に最も有効であることが確認された。4)NK-2G株はPVCアルコール-硼酸法により固定化した5種の脱窒細菌のうち,脱窒効果が優れていることが分かった。5)浄化における土壌と植物の効果について,植物区,裸地区を設け,ポット試験を行なった。ほとんどの汚染は植物と土壌の効果により除去されたが,裸地区でのCOD,SSおよびTNの除去は植物区に比べ少なかった。6)土壌の物理性を効果的に改善する目的でミミズ(Eisenia foetida)を用いた結果,浄化効果,特にアンモニア性窒素の除去に効果が認められた。7)処理水の具体的な有効利用の一つとして養魚利用に注目した。二次処理水でコイの飼育を行った結果,その成長や生存になんら悪影響がないことを認めた。8)豚のふんの減量化と性状の改善の試験を行い,メイセラーゼ,デリカーゼなどの酵素の有効性を確認した。1)既設施設での土壌処理の実態調査1987年7月に設置された麻布大学尿汚水処理施設(土壌浸潤方式)で、実際の尿汚水処理の効果について、約1年にわたり、水質を調査した。その結果、排水基準に設定された項目のうち、TN以外は基準値をクリア-したが、窒素については、別途に脱窒を考えなければならないことが、判明した[家畜衛生研究会報・印刷中]。2)菌体のスクリ-ニング土壌処理を行なう前段階の調査として、市販されている汚水処理用の菌体8種(エンビロザイム、バイミクロ、ロ-ズ・スカムレス(以下RS)、コンポザイム、テトラ菌、バ-ズB、マロックスおよびナックスSS)について、SSやBODなどを低減させるのに有効なものをミニチュア試験でスクリ-ニングした。その結果、RS(有機農耕)が、透過率、COD、BOD、SS、TN、TPおよび大腸菌群の除去効率の点で、他に比べ良好で、汚泥水分も低かった[麻布大学獣医学部研究報告・投稿中]。3)家畜尿汚水の浄化における土壌および植物の効果(ポットを用いた精密試験)スクリ-ニングの結果が良好であったRSを用い、ポット試験を行なった。植物にはヒエを用い、対照として裸地区、尿汚水の対照として水道水区をそれぞれ設けた。その結果、土壌蒸発および蒸発散による排水の減少率は、それぞれ24.730.1%および52.464.7%で、植物区の方が多かった。尿汚水植物区の総排水量は、注入総量の約1/3に減少した。COD、SS、BOD、TNおよびTPの除去率は、植物区は7997%、裸地区は2579%で、土壌と植物の作用で尿汚水中の汚濁物質は大部分除去された[日本草地学会誌・投稿中]。4)脱窒について脱窒について琢舎汚水処理活性汚泥由来の<Pseudomonas>___ーsp.を用い、至適炭素源と温度について検索した。その結果、炭素源はLーAsとNaーAであり、28°Cでの脱窒速度が最も良好であった。[日本畜産学会報・投稿中]1)菌体の投入量と投入間隔について現在、麻布大学で使用中のロ-ズ・スカムレス(菌体)の投入量と投入間隔について検討した。

その結果、SSやBODなどを低減させるのに効果的な菌体の使用方法は、汚水1リッタ-につき12gの投入、連日投入が推奨された[畜産の研究・印刷中]。2)豚の排ふん量、ふん性状の改善について豚の排ふん量やふん性状を改善する方法として、最近注目されるようになってきた酵素を飼料に添加し、その影響について検討した。その結果、メイセラ-ゼ、デリカ-ゼといった酵素の添加は排ふん量を減少させたり、SSやBODなどを低減させるのに有効な手段であることが確認された[家畜衛生研究会報・印刷中]。3)一次処理における水処理剤の効果について凝集剤、濾過助剤などの水処理剤(硅藻土、塩化第二鉄、硫酸アルミニウム、硫酸亜鉛、フライアッシュ、硫酸第二鉄、ポリ塩化アルミニウム)が汚水の一次処理にどの程度有効なのかについて検討した。その結果、塩化第二鉄、硫酸アルミニウムなどは透過率の向上、SSやCODの低減に有効であることが確認された[日本畜産学会報・投稿中]。4)脱窒についてポリビニルアルコ-ルー硼酸法により、活性汚泥由来の3株(NKー2G、NKー18およびNKー69)とPseudomonas sp.およびParacoccus denitrificansの2株を固定化し、各固定化菌体の脱窒効率を比較した。その結果、Nkー2G株が最も高い脱窒効率を示した[日本畜産学会報]。また、ミミズ(Eisenia foetida)の脱窒効果についても検討した。その結果、浸透性の保持、溶存酸素量の増加、アンモニア性窒素の減少、そして作物の収穫量増大につながる結果を得た。1)養豚排水の公共下水への放流調査について養豚排水を公共下水道へ直接放流する事例について調査した。都市近郊型の畜産では農村部にまで延伸してきた公共下水道を利用した汚水処理が一部で行なわれるようになってきたが,経費や一般住民との感情問題,行政サイドの対応など今後への課題は多いことが分かった[畜産の研究・46,998-1002,1992]。2)土壌処理におけるミミズの浄化効果についてミミズ(Eisenia foetida)の汚水除去効果について検討した。その結果,浸透性の保持,溶存酸素量の増加,アンモニア性窒素の減少,そして作物の収穫量増大につながる結果を得た[家衛研会報・36,19-26,1992]。3)土壌処理における一次処理水の性状と動態について一次処理水の土壌中での性状と動態について検討した。その結果,栽培床の草勢は土壌層の影響を受け,採水量が多い地点,つまり養分が多い所の草勢は良好となりやすかった。一次処理水の浄化との関係では、採水量の違いが各分析項目に影響したと考えられた。土壌の水分状態の違いは土壌中の汚水の浸透性によるものであり,汚水の浸透する状態(拡散,浸潤)は基礎土壌以下の条件により異なってくることが推察された[家衛研会報・37,掲載予定,1993]。4)土壌処理プロセスに関与するミミズの養生条件について家畜尿汚水の土壌処理のプロセスにミミズ(Lumbricus rubellus)を組込み,効率的に活動させるために,その土壌の養生条件について調査した。その結果,ミミズの養生には黒土80%にpH調整済みのピートモス20%を混合したもので,水分は70%前後,pHを弱酸性に設定した土壌が良好であることが確認された。[家衛研会報・37,掲載予定,1993]。
高吸水性ポリマーを用いた肝動脈塞栓化学療法における次世代DDSの開発

今年度はVX2肝腫瘍モデルに対しイダルビシン(IDR)含浸高吸水性ポリマー(SAP)を使用して動脈化学塞栓を行った群(A群)およびIDR動注に加え薬剤非含浸SAPによる塞栓を行った群(B群)の2群で、治療後7日の犠死後に摘出した肝腫瘍検体を用いて病理組織学的な検討を行った。まずパラフィン包埋した肝組織を4μmに薄切し、HE染色を行った。腫瘍の最大割面において、腫瘍壊死率の視覚評価を行った。結果は壊死率の中央値がA群で79%(23-85%)、B群で70%(33-95%)で、A群で壊死率が高い傾向があったが、有意差は認めなかった(p=0.85)。A群でB群よりも腫瘍増大が抑制できたという前年の結果に基づくと腫瘍増殖能に差があったと考え、最大割面の連続切片を用いて細胞増殖能の評価としてKi-67染色を行った。染色後は1000細胞あたりのKi-67陽性細胞率を計測した。結果は陽性細胞率がA群で0.3%、B群で3.3%となり、A群で優位に増殖が抑えられていることが判明した(P<0.05)。血中および組織中のIDR濃度についても計測を試みたが測定できなかった。原因として、IDRの投与量を兎の体重に合わせて減量した影響によって、IDRの絶対量が少なくなり測定感度未満になったためと考えられた。ソラフェニブ-リピオドールに関しては、使用可能な溶液の作成に難渋し、結果として、動物実験や臨床で使用可能な溶液作成には至らなかった。主に肝癌に細胞障害性が高いイダルビシン(IDR)の高吸水性ポリマー(SAP)粒子に対するIDRの含浸性について予備検討を行った。IDR 5mgを非イオン性造影剤(NICM):0.9%NaCl (1:1)混合液5mL及び10mLに溶解し、SAP 30-60μmの乾燥粒子25mgを含むバイアルに加えて混和した。上澄液のIDL濃度をHPLCで経時間的に測定し、IDR含浸率を算出した。含浸液Aの5分, 10分, 30分, 60分, 120分後の含浸率は、各々86.2%, 88.5%, 85.8%, 83.1%, 86.2%、含浸液Bでは、各々73.2%, 72.8%, 72.8%, 78.8%, 76.0%であり、80%前後の比較的高い含浸率が得られた。含浸液Bについては、NICM:0.9%NaCl (1:1)と混和時の含浸前, 30分, 60分, 120分後の平均粒子径(膨潤率)は、各々46.6μm(1倍), 208.8μm(4.5倍), 203.7μm(4.4倍), 200.7μm(4.3倍)であった。一方、NICM:10%NaCl(4:1)と混和後は、各々46.6μm(1倍), 133.7μm(2.9倍), 134.3μm(2.9倍), 134.5μm(2.9倍)と低膨潤率に留まった。IDR含浸SAPのフィルター濾過性は、最小粒子径91μmがフィルター孔径74μmより大きいため濾過可能と考えられた。さらに、薬剤放出試験における試験液量設定のため検出限界を検討したが、IDRのHPLC検出限界は1.8μg/mL,定量限界は5.5μg/mLであった。IDR濃度測定を国内企業に外注しているが、当該試験に応じた実験・計測系を新たに構築するにあたり予備実験の繰り返しが必要となり時間を要した。一方、ソラフェニブのリピオドール溶解液または懸濁液作成については、海外文献では、企業提供のソラフェニブ・パウダーが用いられていたが、国内企業からパウダー製剤の提供は困難であったため、自施設環境での微小粉末作成の試行錯誤に時間を要した。イダルビシン(IDR)含侵高吸水性ポリマー(SAP)のin-vitro検討及び動物実験を行った。In-vitro検討では、10mgのIDR(2mg/mL)を含侵させたSAP(25mg, 30-60μm)の含侵率測定のため、含浸60分後にIDR含侵SAPを流量4mL/minに設定したフロースルーセルに投入し徐放能の検討を行った。60分後の含侵率は平均96.5%と高い含侵率であった。溶出は、フロースルーセルの環境で緩徐な溶出を認め、24時間後の放出率は、71.4%であった。動物実験では、肝左葉にVX2腫瘍を移植した12羽のニュージーランド白色兎(12-14週齢)に対して、全身麻酔下にIDR含侵SAP(2.5mg, IDR0.5mg含侵)で左肝動脈を塞栓した群と左肝動脈よりIDR(0.5mg)を動注後に薬剤非含侵SAP(2.5mg)で塞栓した二群(各6羽)を比較した。

術前及び7日後のCTでは、治療前腫瘍径、治療前腫瘍体積に有意差なく、治療後腫瘍径、治療後腫瘍体積および増大率に関してはIDR含侵SAP群で有意な腫瘍増大抑制が認められた。実際の塞栓に要したSAPの量は両群で差を認めなかった。治療前、1日後、7日後に生化学検査(Alb, AST, ALT, ALP, LDH, γGPT, Bil)を行ったが、両群に有意差は認めなかった。ソラフェニブのリピオドール溶解液または懸濁液作成については、ソラフェニブ錠を粉砕してリピオドールを混合し、懸濁液を作成することができた。フィルター(0.2-0.4μm)で濾過した濾液に関して溶液中のソラフェニブ濃度をLC-MS/MS法で測定してみたものの、ソラフェニブは検出できなかった。動物実験におけるIDR血中濃度および組織中濃度に関しては、測定方法が確立しておらず、企業に照会した条件では不純物であるIDR同位体が混在しているため測定が難しく内部標準として類縁体が必要であることなど試行錯誤が必要であった。また組織のホモジネートの際にはホモジネートのしやすさにばらつきがあり、時にホモジネートの際に使用しているチューブが割れてしまうため強化チューブを使用するなど工夫が必要であった。ソラフェニブ-リピオドールに関しては、リピオドール懸濁液のフィルター濾過の過程で微細粉末の一部が除去されてしまうため、濾液の薬剤濃度が検出感度以下になるなど、測定に試行錯誤を要した。今年度はVX2肝腫瘍モデルに対しイダルビシン(IDR)含浸高吸水性ポリマー(SAP)を使用して動脈化学塞栓を行った群(A群)およびIDR動注に加え薬剤非含浸SAPによる塞栓を行った群(B群)の2群で、治療後7日の犠死後に摘出した肝腫瘍検体を用いて病理組織学的な検討を行った。まずパラフィン包埋した肝組織を4μmに薄切し、HE染色を行った。腫瘍の最大割面において、腫瘍壊死率の視覚評価を行った。結果は壊死率の中央値がA群で79%(23-85%)、B群で70%(33-95%)で、A群で壊死率が高い傾向があったが、有意差は認めなかった(p=0.85)。A群でB群よりも腫瘍増大が抑制できたという前年の結果に基づくと腫瘍増殖能に差があったと考え、最大割面の連続切片を用いて細胞増殖能の評価としてKi-67染色を行った。染色後は1000細胞あたりのKi-67陽性細胞率を計測した。結果は陽性細胞率がA群で0.3%、B群で3.3%となり、A群で優位に増殖が抑えられていることが判明した(P<0.05)。血中および組織中のIDR濃度についても計測を試みたが測定できなかった。原因として、IDRの投与量を兎の体重に合わせて減量した影響によって、IDRの絶対量が少なくなり測定感度未満になったためと考えられた。ソラフェニブ-リピオドールに関しては、使用可能な溶液の作成に難渋し、結果として、動物実験や臨床で使用可能な溶液作成には至らなかった。腫瘍塞栓術に適していると思われる低膨潤率のIDR含浸SAPについて薬剤溶出性のin-vitro検討に続き、VX2腫瘍モデルを用いた生体内での薬理動態及び腫瘍増殖抑制効果の検証を行う。ソラフェニブ-リピオドール懸濁液の作成については、市販の粉砕器で錠剤を粉砕した微細粉末をリピオドールに混合撹拌し、懸濁液を作成を試みる。IDR血中濃度および組織中濃度の測定を進めるとともに予定どおり動物実験で得られた検体に関して、病理組織学的な検討も行う。ソラフェニブ-リピオドールに関しては、使用可能な溶液の作成に難渋しているが、まずは懸濁液の状態でのソラフェニブが検出できるかどうか検討し、確認ののちに微粉末中のソラフェニブ成分の抽出に関して検討を行っていく。IDR濃度測定を国内企業に外注しているが、当該試験に応じた計測系を新たに構築するにあたり予備実験の繰り返しが必要であった。今年度の支出は予備実験の少数サンプルの測定費用の支出に留めており、本実験の薬剤測定に係る費用を来年度に繰り越すことにした。(理由)IDR濃度測定を国内企業に外注することを見込んでいたが、計測系の新たな構築が予想外の高額になるため発注を断念した。代わりに、当施設薬剤部研究室内で独自に薬剤濃度測定を試みることとなり、薬剤測定に係る費用が予定より減少したため、残額を来年度に繰り越すことにした。(使用計画)
アフリカの農業生産の危機に関する研究-『脆弱性』増大の視点から-

本研究ではポリティカル・エコロジー論、脆弱性論に関する出版物の収集を行う一方、ポリティカル・エコロジー論者との研究交流を通じ、最近の第三世界ポリティカル・エコロジー論の研究動向を調査した。その研究の成果として、論文「新しいアフリカ農村研究の可能性を求めて-ボリティカル・エコロジー論との交差から-」(アジア経済研究所:1999年)をとりまとめた。この論文では、アフリカの農民が環境の変化や社会経済的変化に晒されることによって脆弱性を増大させ、それによる危機を回避するために彼らはエンタイトルメントに結びつく様々なチャンネル(アクセス・チャンネル)の獲得をめぐって休みのない働きかけ(「闘争」)を行っていることを明らかにした。これは、第三世界のポリティカル・エコロジー論で展開されている脆弱性論が、新しいアフリカ農民像の提示、さらにはアフリカの農村・農業研究にとって新しい研究視点を提供する可能性をも示唆するものであり、脆弱性論がアフリカの農業危機の研究にとって重要な意味を持っていることを明らかにし得たものである。今年度は、ポリティカル・エコロジー論、脆弱性論に関する最新の出版物の収集、整理に努めた。この中では、R.L.Raymond & S.Baileyの『第三世界のポリティカル・エコロジー』(1997)とR.Peet & M.Wattsの『リベレーション・エコロジー』(1996)を特に詳細に分析し、その成果の一部を地理科学学会で「環境地理学の新しい地平-ポリティカル・エコロジーの可能性をめぐって-」と題して発表し、またアジア経済研究所の研究会の報告論文として「ナイジェリア農業研究の新しい地平-ポリティカル・エコロジー論の可能性をめぐって」をまとめた。一方、ポリティカル・エコロジー論の開始と脆弱性論の理論化に向けて主導的役割を果たしているカルフォルニア大学のワッツ教授他に会い、現在研究代表者が取りまとめつつある、ナイジェリアとザンビアにおける農村研究の成果に関するレビューを受けた。ワッツ教授他との意見交換では、最近の欧米のポリティカル・エコロジー論者の中心的研究課題が、構造主義から離脱しポストモダンの視点を模索している様子が伺えた。しかし、現在のアフリカ農村社会で顕現している脆弱化の分析にあたって、彼らが主張する様々な行為主体(アクター)の、日常的行動に見られる意味論的解釈がどの程度有効なのかについては、今後さらに検討されるべき点があると思われる。今年度は、昨年度に引き続きポリティカル・エコロジー論、脆弱性論に関する出版物の収集を行う一方、ポリティカル・エコロジー論者との研究連絡をさらに続け、最近の第三世界ポリティカル・エコロジー論の研究動向を調査した。その成果として、論文「新しいアフリカ農村研究の可能性を求めて-ポリティカル・エコロジー論との交差から-」(アジア経済研究所:目下印刷中)をとりまとめた。これは、第三世界のポリティカル・エコロジー論で展開されている脆弱性論が、新しいアフリカ農民像の提示、さらにはアフリカの農村・農業研究にとって新しい研究視点を提供する可能性をも示唆するものであり、脆弱性論がアフリカの農業危機の研究にとって重要な意味を持っていることを明らかにし得たものと言える。
ナノポーラス液晶を鋳型とする機能性ナノ周期組織の創製

液体の「流動性」と固体の「異方性」を併せ持つ液晶の中に、特定のサイズや形状、化学的性質を持つ空間を創出することすることで、外部刺激に応じて鋭敏かつ可逆的に応答するソフトなポーラスマテリアルとして新規な機能性材料を生み出すことが期待される。本研究では、一義的な空孔を持つ液晶性大環状金属錯体からなるチューブ型超分子組織を鋳型として、固体基板上に自在かつ高度に配向組織化した半導体性ナノ構造を構築し、数10-6mから数mmの広範囲なドメインで周期構造を持つ分子組織の構築を行った。その結果、液晶性チューブ型超分子組織の内部空孔の拡張や、大環状化合物を用いた2次元ナノ周期構造の構築に成功した。液晶の中に、特定のサイズや形状、化学的性質を持つ空間を創出することすることで、外部刺激に応じて可逆的に応答するソフトなポーラスマテリアルとして新規な機能性材料を生み出すことが期待される。本研究では、カラムナー液晶中にディスクリートな空間を形成する超分子構造を基本ユニットとして、基板上に精密かつ高度に配向した液晶性ナノ空間を構築する。これまでの研究で得た0.5 2 nmのサイズの空孔を持つ大環状化合物が、熱量測定や偏光顕微鏡観察、斜入射X線回折実験から、カラムナー液晶性を示すことを明らかにした。これらの液晶性大環状化合物は、温度に対して可逆的に相変化し、組織構造を変えるサーモトロピックなカラムナー液晶であり、基板上で数百μmにわたり大環状化合物が一次元組織化したナノチャンネル構造を形成することを明らかにした("Columnar Liquid-Crystalline Metallomacrocycles", S. Kawano, Y. Ishida, and K. Tanaka, J. Am. Chem. Soc. 137, 2295 (2015))。また、これらの液晶性大環状化合物はその環構造骨格に配位子となるサレン(またはサルフェン)配位子を持っており、様々な金属イオンを導入することができる。いくつかの多核型大環状金属錯体が、金属イオンの種類によって、液晶性や集積構造を制御できることを見出した。また、モデル化合物を用いた単結晶構造解析からも、大環状化合物の環状骨格が遷移金属イオンの種類やサイズによって、分子レベルで平面性を向上させたことが明らかとなり、それによりマクロな分子集合体である液晶の物性を制御することに成功した(S. Kawano, T. Hamazaki, A. Suzuki, K. Kurahashi and K. Tanaka,論文投稿中)。これまでの研究で、1.4 nmのサイズの内部空孔を持ち、カルバゾールとサルフェンからなる大環状化合物を合成し、サーモトロピックなカラムナー液晶性を示すことを明らかにした。従来のディスコチック液晶と異なる分子構造を持つメソゲン部位として、ナノレベルの空間を持つ大環状化合物が、広いドメインで高配向したサーモトロピックなカラムナー液晶相を形成した極めて珍しい例である。初年度までの研究で、この液晶性大環状化合物について、熱量測定や偏光顕微鏡観察、斜入射X線回折実験を行い、この液晶分子が、室温を含む広範囲な温度領域で、4つのレクタンギュラーカラムナー液晶相を形成することを明らかとした。しかし、従来の測定方法では、この4つの液晶相中の詳細な分子の集積構造について、明らかにされていなかった。そこで、国立研究開発法人物質・材料研究機構(NIMS)での温度可変固体13C NMR測定を行った結果、大環状化合物からなるカラムナー液晶が、液晶構造としてアルキル鎖が運動性の高い状態である一方、環状メソゲン部位は、室温ではNMRのタイムスケールに比べて遅い運動をしており、高温における相転移と共に環構造が動き出していることが明らかとなった。このような動的かつ柔軟なナノ空間を持つ材料として大変興味深い結果であるといえる。また、これらの大環状化合物の熱的な挙動や分子集積構造は、大環状構造の周辺に位置するアルキル鎖の構造によって、大いに影響を受けることが明らかとなった。すなわち、特定のアルキル鎖の構造を持つ大環状化合物が、平滑な平面基板上で、二次元結晶性ネットワークを形成することが分かった。これらは、尾上順教授と中谷真人准教授(名古屋大学工学研究科)との共同研究において走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いた実験から明らかにされたものであり、本研究を遂行する上で、偶然見つけられた極めて重要な発見である。本研究では、ディスクリートな空間を形成する液晶性大環状化合物を用いて、基板上に精密かつ高度に配向した液晶性ナノ空間を構築することを目的としている。以下に本基盤研究で得られた興味深い特性を示す。1.大環状骨格に、サレン配位子とジベンゾチオフェンからなる多核型大環状金属錯体が、金属イオンの種類によって、液晶性や集積構造を制御できることを見出した。また、モデル化合物の単結晶構造解析からも、大環状化合物の環状骨格が遷移金属イオンの種類やサイズによって、分子レベルで平面性を向上させることが明らかとなり、それによりマクロな分子集合体である液晶の物性を制御することに成功した(S. Kawano, T. Hamazaki, A. Suzuki, K. Kurahashi and K. Tanaka, Chem. Eur. J. 22, 12371-12380 (2016)。

2.ヒドロキサム酸を二つ有するナフタレン誘導体と銅二価のイオンから3:3の大環状金属錯体を効率良く得ることに成功した。この大環状金属錯体が、ラメラ構造を持つ液晶を形成することを明らかとした(S. Kawano, H. Inada, and K. Tanaka, Chem. Lett. 45, 1105-1107 (2016)。これまでの研究で、ナノサイズの内部空孔を持ち、イミン結合によって連結された大環状化合物を合成し、サーモトロピックなカラムナー液晶性を示す化合物を評価することに成功した。サレン配位子とジベンゾジオフェンからなる大環状化合物は、そのサレン配位子に導入する金属イオンによって、固体-液晶ー液体状態を形成し、金属イオン周りのミクロな配位構造の変化によって、マクロな組織構造が大きく変化することが明らかとなった。また、ヒドロキサム酸と銅の二価イオンの配位結合を介して大環状化合物を効率良く形成させ、それらがサーモトロピックなラメラ型液晶性を示すことも明らかにした。H28年度までの研究で、熱量測定や偏光顕微鏡観察、斜入射X線回折実験、固体NMR測定を用いて、これらの大環状化合物の構造解析を行ってきた。特に、分子レベルの詳細な分子の集積構造について、国立研究開発法人物質・材料研究機構(NIMS)での温度可変固体13C NMR測定を行った結果、カルバゾールとサルフェンからなるカラムナー液晶性大環状化合物が、液晶構造としてアルキル鎖が運動性の高い状態である一方、環状メソゲン部位は、室温ではNMRのタイムスケールに比べて遅い運動をしており、高温における相転移と共に環構造が動き出していることが明らかとなった。このような動的かつ柔軟なナノ空間を持つ材料として大変興味深い結果であり、論文として報告することができた。また、特定のアルキル鎖の構造を持つ大環状化合物が平滑な基板上で、二次元結晶性ネットワークを形成することを見出している。これらは、尾上順教授と中谷真人准教授(名古屋大学工学研究科)との共同研究によって、走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いて、その自己組織化単分子膜構造のメカニズムやホストーゲスト相互作用を評価している。2.本基盤研究の前半で、ラメラ構造を持つ液晶相を形成する大環状金属錯体を報告した。本研究では、液晶の組織構造として、ラメラ構造からより秩序性の高いカラムナー構造を構築するためには、大環状化合物のメソゲン部位とアルキル側鎖との効果的な相分離が必要であると考えた。そこで、9,10-ジフェニルアントラセン構造を持つ配位子を用いて二価の金属イオンとの自己組織化により大環状化合物を得た。またその一連の化合物の中で、サーモトロピックなカラムナー液晶を形成する大環状金属錯体を得ることに成功した。(S. Kawano, T. Murai, T. Harada, K. Tanaka, Inorg. Chem. 57, 3913 (2018)液体の「流動性」と固体の「異方性」を併せ持つ液晶の中に、特定のサイズや形状、化学的性質を持つ空間を創出することすることで、外部刺激に応じて鋭敏かつ可逆的に応答するソフトなポーラスマテリアルとして新規な機能性材料を生み出すことが期待される。
サツマイモ栽培種の効率的な交配育種に向けた自家・交配不和合性の人為的打破

サツマイモ栽培種には交配不和合性が存在し、効率的な交配育種が困難である。この交配不和合性は、サツマイモ野生種の自家不和合性に立脚しており、この解明がサツマイモ栽培種の交配不和合性の打破に繋がる。本研究では、サツマイモ野生種の自家不和合性の自他認識に直接的に関与する♂側のS遺伝子をバイオアッセイにより決定すると共に、♀側のS遺伝子の候補遺伝子を同定し、それらの機能を推定した。自家不和合性の人為的打破には遺伝子導入が簡便であるが、本研究では抗体等の利用でそれを回避する技術の開発を試みたが達成できなかった。本研究の成果を元に、今後、その方策を検討する。本研究においては、申請者がこれまで行ってきた、サツマイモ野生2倍体種の自家不和合性に関する研究成果を元に、サツマイモ栽培種の交配不和合性の打破を試みるものである。申請者のこれまでの研究により、サツマイモ野生2倍体種の自家不和合性を制御するS遺伝子の候補として、雄側で機能するAB2と雌側で機能するSE2およびSEAを同定できた。これらのうち、AB2に関してはバイオアッセイにより、サツマイモ野生2倍体種のS遺伝子であるという直接的な証拠が得られており、現在、その詳細な解析を行っている状況である。しかしながら、雌側のS候補遺伝子に関しては、その産物が膜結合型のタンパク質であると推定されるため、バイオアッセイによる直接的な分析は困難である。AB2タンパク質のペプチドを用いたバイオアッセイでは、S1-AB2タンパク質の成熟ペプチド部分を元に6つのペプチドを合成し、それらを混合して受粉の際に供試した。雌側にS1ホモ型系統を使用した場合、本来和合となるはずの交配組み合わせにおいて当該ペプチドを供試した際に花粉管の伸長が大幅に抑制された。また、この現象は他のS1以外の雌親を使用した場合には観察されず、S遺伝子型特異的であったことが確認された。現在、他のS遺伝子型のAB2タンパク質のペプチドを使用して同様の解析を進めている。また、雌側のS候補遺伝子であるSE2とSEAに関しては、当該遺伝子の形質転換体を作出するために、導入遺伝子を構築している。なお、これまでの解析により、サツマイモ栽培種においては、少なくともサツマイモ野生2倍体種のS3遺伝子を有していることが確認されている。野生種のS3と同様の表現型を示すサツマイモ栽培種を用いて、上記野生種を使用した実験と同様の実験を進めている。栄養価が高く、かつ機能性食品としても有効なサツマイモ栽培種(Ipomoea batatas)においては、これまでに交配育種により数多くの品種が開発されてきたが、自家不和合性に基づく交配不和合性があるために、その交配組み合わせが限定されてしまい、既存の遺伝子の有効的利用が成されていない。遺伝子導入に依存しない形で交配不和合性を打破できれば、育種への貢献度は非常に高い。申請者らがこれまで行ってきたサツマイモ栽培種に近縁のサツマイモ野生種(I.trifida)の自家不和合性研究により、柱頭に受粉した花粉の自己/非自己の認識に直接的に関与するS候補遺伝子として、雄側(花粉側)因子の遺伝子であるAB2と、雌側(柱頭側)因子の遺伝子であるSE2、SEAが同定された。これらの内、S1-AB2タンパク質の部分アミノ酸配列のペプチドを合成し、受粉時のS1表現型の柱頭に前処理することにより、S1表現型の花粉はもとより、S1以外の表現型の花粉の花粉発芽も抑制された。これは、AB2が雄側の認識因子として機能していることを示しており、AB2の機能を抑制することで自家不和合性反応は抑制できる可能性がある。そこで、S1-AB2の部分ペプチドに対する抗体を作成し、予めS1柱頭に処理することで、S1花粉の花粉発芽が達成できるか否かについて検討を行ったが、これまでに作成した2種の抗ペプチド抗体を用いた場合には達成できなかった。抗体の柱頭への前処理が適切ではなかった可能性もあるが、今後、花粉への前処理の方法の検討やエピトープの検討、更には、雌側のS遺伝子の決定の後に雌側S遺伝子産物(おそらくは受容体チャネルであろうと推定している)をブロックすることにより、自家(交配)不和合性の打破が達成できると考え、研究を推進する予定である。交配育種に基づく新品種の作出は、ゲノム障壁を越えることはできない。各種生物が有する有用遺伝子を有効に利用するためには、形質転換による分子育種が有効である。

しかし、分子育種により得られる遺伝子組換え植物は、生物多様性に影響を与える可能性があるなど幾つかの問題をはらんでいる。自家不和合性に基づく交配不和合性を有するサツマイモ栽培種(Ipomoea batatas)の交配育種で大きな問題になっている点は交配不和合群の存在であり、これは申請者が研究を進めてきたサツマイモ野生種(I.trifida)の自家不和合性に立脚し、これにより多くのサツマイモ系統が有する有用遺伝子の効率的利用が抑制されているといっても過言ではない。平成23年度までに、I.batatasにおいても、I.trifidaのS候補遺伝子が存在しており、多くの品種にI.trifidaのS3遺伝子型が存在していることが確認された。しかしながら、I.batatasは6倍体であるがために遺伝解析が困難である。そこで2倍体のI.trifidaを用いS遺伝子の決定を進めたところ、S候補遺伝子として同定されていた遺伝子のうち、AB2が、雄側のS遺伝子として機能している証拠を得た。当該遺伝子はdefensin様タンパク質をコードしているとが示されており、I.trifidaにおいても研究の進んでいるBrassica属植物の胞子体型自家不和合性と同様の分子が自他認識に関わっていることが示された。また、雌側の自他認識因子に関しては、ケシ科の雄側の自家不和合性因子と類似した分子である可能性が示された。I.batatasのS遺伝子型の決定に関しては、現在も解析を続けているが6倍体であることが影響し、若干遅れているのが現状である。本来の計画であれば、現段階で形質転換体を得ているはずであったが、サツマイモ栽培種および野生種の形質転換効率が低いことが最大の問題となっている。現在、これを克服するために、形質転換に用いる供試材料の選定、培養条件の改変などの検討を行っている。また、バイオアッセイによるS遺伝子の決定に関しても、平成24年度は温室内で、稔性のある花粉を有する花が得られなかった。この原因の一つには、オンシツコナジラミ等の防除に手間取り、殺虫剤の散布回数が例年以上であったことも考えられたが、それ以上に、学内の水質の変化が影響していたと考えられる。一昨年より学内の水道水に大量の地下水を混和する措置が行われており、多量の塩類が植物の生育そのものを抑制したと考えられる。これに関しては、温室内で散布する水、並びに、農薬を調製する水を全て蒸留水に切り替えたところ、その影響が解消され、現在は順調に生育している。これに基づき、現在、生育促進、並びに、開花促進を進めており、遅れを取り戻すべく努力している。サツマイモ栽培種および野生種への遺伝子導入に関しては、当初予定に比べ研究の進展が遅れている。しかしながらAgrobacterium法以外の方法の適用可能性を検証中であり、平成24年度において達成できる可能性がある。またサツマイモの自家不和合性因子の同定に関しては、サツマイモ野生種を用いて進めており、平成23年度においては雄側の因子の決定ができた。平成24年度内に雌側の因子の決定が行える予定である。雄側のS候補遺伝子であるAB2に関しては、前述のバイオアッセイを更に展開し、詳細なデータを収集して当該遺伝子がサツマイモ野生種の真のS遺伝子であることを決定する。また、雌側のS候補遺伝子に関しては、形質転換体の作出を進め、当該遺伝子のいずれかが雌側のS遺伝子であることを決定する予定である。サツマイモ栽培種に関しては、形質転換に依存しない交配不和合性の打破の有効性を検討するために、雄側のS候補遺伝子AB2の抗体を調製し、これを受粉時に供するアッセイを行う。