hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
鉄触媒による環化クロスカップリング反応とアリル位置換反応の研究

これまで継続的に研究を続けている環境調和型有機分子変換反応開発の一環として,今回,安価で地球上に豊富に存在する鉄を触媒として用いる炭素ー炭素結合形成反応の開発について研究を行った.本研究の結果,鉄触媒による環化を伴うGrignardクロスカップリング反応や,アリルエーテルの炭素ー酸素結合切断を伴うアリル位置換反応,これまでに例のないハード求核剤と2-ブロモ-1,3-ジエン類からのアレン骨格構築法を開発することに成功した.これまで継続的に研究を続けている環境調和型有機分子変換反応開発の一環として,今回,安価で地球上に豊富に存在する鉄を触媒として用いる炭素ー炭素結合形成反応の開発について研究を行った.本研究の結果,鉄触媒による環化を伴うGrignardクロスカップリング反応や,アリルエーテルの炭素ー酸素結合切断を伴うアリル位置換反応,これまでに例のないハード求核剤と2-ブロモ-1,3-ジエン類からのアレン骨格構築法を開発することに成功した.本研究課題において平成25年度中に得られた成果は以下の通りである。(1)鉄触媒により,アリルエーテルの炭素ー酸素結合が開裂し,Grignard試薬とクロスカップリングするアリル位置換反応が進行することをすでに見出していたが,今年度は本反応の詳細を調査した。様々なタイプのアリルエーテル基質を合成し,その反応性を調査した。その結果,脱離基の根元(アリル位)の級数と二重結合の置換様式によって反応するものとしないものが明確に分類できることが解った。ラジカル捕捉剤であるTEMPOを加えて反応を行っても,TEMPOと結合した化学種は得られないことから,反応はアリルラジカルを経由していないことが示唆された。また重水素ラベリング実験の結果より,アリル部位の両末端に立体的な差が無い場合は,SN2型とSN2'型の置換生成物が等しい割合で得られることが解った。これらの結果より,本反応はπアリル鉄種を中間体として進行しているのではないかと考えている。(2)アリル化合物として,2-ブロモ-1,3-ジエン類を用いた場合の反応挙動に興味を持ち検討を行った。その結果,鉄触媒存在下でGrignard試薬と反応し,置換アレンが生成することを今回初めて見出した。同ジエンをパラジウム触媒存在下,マロネートのようなソフト求核剤と反応させるとアレンが生成することはすでに報告されているが,Grignard試薬のようなハードな求核剤を用いるとアレンではなく,脱離基の付いていた位置でカップリングし,1,3-ジエンが生成するとされている。鉄を触媒とすることにより,パラジウム触媒では行えない形式の反応が進行することが解った。前年度までに,鉄触媒によってアリルエーテルの炭素ー酸素結合が開裂し,Grignard試薬とクロスカップリングするアリル位置換反応を見出していたが,今年度はその拡張として,開環型クロスカップリング反応の検討と,三置換オレフィン合成への応用,及びアルキルエーテルよりも合成が容易なシリルエーテルを基質とする反応について研究を進めた。その結果以下の成果が得られた。(1)ビニル基を置換したジヒドロベンゾフランとアリールGrignard試薬が鉄触媒存在下で反応し,開環型クロスカップリング体であるフェノール誘導体を良好な収率で与えることを見出した。(2)種々のケトンとビニルGrignard試薬から合成した第三級アリルアルコールをWilliamson合成でメチル化することで簡便に得られるアリルエーテルを基質とし,鉄触媒存在下でアリールGrignard試薬と反応させると,選択的にSN2'型の置換反応が進行し,対応する三置換オレフィンが合成できることを見出した。(3)アルキルエーテルではなく,容易に合成可能なシリルエーテルを使用しても同様のアリル位置換反応が進行し,アルキルエーテルの時と比べても遜色ない結果が得られることがわかった。金属ヒドリド種を用いるWilliamson合成では合成できない基質へと今後展開が期待できる。アリル位置換反応以外にも,分子内の適切な位置にアルケン部位を有するアルキルハライド基質とGrignard試薬を反応させると環化後にクロスカップリングが起こることを見出しており,低温条件下Fe(acac)3のみを触媒とする添加剤フリーな最適条件を見出し,基質適用範囲を調査した。有機合成化学現時点で研究は当初の計画通り順調に進行しており,アリルエーテルを基質とするアリル位置換反応の詳細を明らかにすることができたと考えている。それに加え,当初の計画にはなかった2-ブロモ-1,3-ジエンを用いた反応では, Grignard試薬との反応で置換アレン誘導体が生成することを新たに見出しており,研究にさらなる広がりを持たせることができている。このアレン生成反応についても予備的な成果をすでに日本化学会春季年会にて報告しており,予定外の良好な結果を見出すことができたという点から,「当初の計画以上に進展している」と判定した次第である。昨年度までに見出した知見を基に,今後は以下の点について重点的に研究を行っていく。(1)アリルエーテルを基質とする反応では,これまで本格的に試してはいない脱離基が分子内に残るタイプの反応(酸素が環内に含まれるアリルエーテルを用いたアルコールの合成)を検討する予定である。これまでに蓄積した研究結果によって投稿論文の骨格はおおむね完成しているので,細かい化合物データの収集などを行いできるだけ早い段階で一度まとめたい。(2)環化クロスカップリングについても,新規化合物の物性値測定など細かい作業が残っているので引き続き行っていく。

(3)アレン合成については,まだ予備的な成果しか得られていないので,基質適用範囲の詳細をつめていく必要がある。アルキル基の置換した基質について検討していないので,基質合成を行い,順次それらの反応について検討する。2717円が残っているが,これは端数が残っただけであり,ほぼ全額が執行されたものと考えている。残額の2717円は,次年度予算と合わせて消耗品の購入に充てる予定である。
ふ化過程中の鶏卵からのプロテイナーゼの分離と内在インヒビターによる活性制御

鶏卵白の硫安塩析により得たglobulin画分からchymotrypsin-Sepharose affinity chromatog.によりchymotrypsin、trypsinを阻害するovoinhibitor(O.I)を単離し、ovomucoid(O.M)画分からはtrypsin-Sepharose affi.chromatog.によりtrypsin阻害O.Mを単離した。O.I、O.MをそれぞれligandとするSepharose affi.chromatog.により、ふ卵78日目の鶏卵50個の胚部抽出液から少量の2種のproteinaseA、Bを分離した。本操作を数回繰返して得た酵素液につき諸性質を調べた。多数の胚から初めて少量分離できた2種の酵素の活性は極めて弱くKunitzのカゼイン消化法により、hr-orderで測定できる程であった。酵素Aの反応至適pHは810の範囲に亘るがBの至適pHは6近傍であり至適温度はともに42°Cであった。Aの活性はMg、Cuイオン、EDTA添加では影響されず10^<-3>M濃度のFe、Znイオン添加で45%阻害された。DFP修飾により失活しSer-酵素であることが認められた。さらにO.Iにより強く阻害されるがO.Mでは阻害されず合成基質Benzayl-Tyr・Ethyl Esterを水解することからchymotrypsin様酵素と推定された。酵素BはAとは逆にO.Iでは阻害されずO.Mにより阻害されp-Tosyl Arg-Methyl Esterを水解するのでtrypsin様酵素と推定された。つぎに加熱処理により内在inhibitor、O.I、O.Mを失活させた卵白希釈液(蛋白濃度4%)に2種のembryo-proteinaseを別々に作用させると42°C、118hrまでの分解反応は直線的に進行することが認められ、これらの酵素はふ化過程中の卵白タン白質の分解利用に機能していることが示唆された。さらに酵素A、Bの活性が弱く卵中の内在inhibitorのO.I及びO.Mにより選択的阻害を受けることは「ふ化過程中のproteolysisの内在inhibitorによる制御作用」の証左になるものと思われる。以上の研究結果から鶏卵中のO.I及びO.Mの存在と機能はふ卵中のタン白質代謝調節上、生化学的にも合目的であると判断された。1.目的:鶏卵白中のovoinhibitor(O.I)はtrypsin,chymotrypsinを同時に阻害する多重機能性inhibitorであり微生物proteinaseも阻害する.このO.Iと阻害スペクトルが類似するタン白性inhibitorは卵黄中にも存在することは筆者らは見出している. ^<1)>これらのinhibitorの生理的役割は国内,国外でも未解明であるのでその解明へのアプローチのため本研究を行った.2.方法:鶏卵白からの硫安半飽和塩析物を水透析して得たpseudoglobulin画分からchymotrypsin-Sepharose affinity cffinity chromatog.によりO.Iを単離した.

ふ卵7日目の卵黄25個の胚部の0.05M phosphate buffer,pH8抽出液からO.IをリガンドとしたSepharose ahromatog.により胚プロティナーゼを分離した.この処理を16回繰返し, 400個の卵黄から得た酵素液につき性質を調べた.酵素活性はKunitzのカゼイン消化法により測定した.3.結果:多量の胚部から初めて少量分離されたproteinaseの活性は極めて弱くhr単位で測定が可能であった.反応至適pHは810の広範囲に亘り,至適温度は4246°Cであり, pH9.0, 70°C,60分間処理では活性低下はみられなかった.活性はMg, Cuイオン, EDTA添加では影響されず10^<-3>M濃度のFe^<2+>, Znイオン添加で約45%阻害された.本酵素はDFPを用いた修飾により完全に失活した.さらにO.Iにより強く阻害されるがtrypsinのみを阻害するovomucoidでは全く阻害されなかった.このことは本酵素がtrypsin様酵素ではないことを示している.化学組成面の特色はCys, hexosamineを含まずmet, His含量が少ないことである.以上の事から鶏卵中のO.Iの存在は(1)侵入微生物のproteinaseに対する生化学的防御と(2)ふ化過程中の胚proteinase制御によるタン白代謝調節の面で機能していることが推定され,生化学的にも合目的であると判断された.1)杉元,沖田,古賀:農化誌, 52,457(1978),古賀,福永,今井:農芸化学会西日本支部大会講演要旨39(1985)前年度の本研究課題でふ化過程中の鶏卵胚部から卵白内在のovoinhibitor(O.I)をligandとするSepharoseaffinity chromatog.により初めて少量の活性の弱いproteinaseを単離し性質を調べた結果chymotrypsin様酵素であることを認めた。継続研究としてこれと異なる酵素を分離し諸性質を調べた。鶏卵白から硫安塩析によりovomucoid(O.M)画分を分離し、これからtrypsin-Sepharose affi.chromatog.によりtrypsin阻害活性O.Mを単離した。このO.MをligandとするSepharose affi.chromatog.により、ふ卵8日目の卵50個の胚部の抽出液から少量のproteinaseを分離、本操作を数回繰返して酵素液を得て諸性質を調べた。酵素活性は主としてKunitzのカゼイン消化法で測定した。分離酵素は少量で活性は極めて弱くhr-orderで測定できる程であった。反応至適pHは6.0近傍で前記の酵素(pH、8.010.0)とは著しく異なる。至適温度は42°C近傍で前記酵素と類似していた。安定性は弱くpH6.0の液中40°Cまでは3時間保持で約40%活性低下し、60°C以上2時間保持で失活した。卵中内在のO.Iでは阻害されないがO.Mでは阻害され、合成基質Benzoy1-Tyr ethyl Esterには作用せずp-Tosyl-Arg-Methy1 Esterを加水分解することからtrysin様酵素と推定された。組成面ではLys,Hisが多くCysが微量であり後者が不安定の要因と推定された。
各ファブリー病における腎不全発症進展の病態解明と酵素補充療法の評価法の開発

多くの腎疾患の病因は未だ明らかではないが、インテグリンをはじめとする接着分子が、その発症進展に深く関与している事を示唆する臨床的知見、実験結果が報告されている。我々は、腎組織損傷の程度を知る診断方法として、尿中ビトロネクチンレセプター(VNR、インテグリンαvβ3)の測定法を開発し、ファブリー病患者の尿中ビトロネクチンレセプター排泄量増加を報告し、腎障害発症進展との関連の可能性を示してきた。また、ファブリー病患者の尿細管上皮細胞由来の脂肪顆粒細胞である卵円形脂肪体は、偏光顕微鏡下でmaltese cross(マルタの十字)とよばれる重屈折性偏光像がみられる。酵素補充療法(ERT)を行った古典型男性患者Fabry病患者4名に対して、尿中ビトロネクチンレセプター(VNR)の排泄量の測定、卵円形脂肪体の観察等を経時的に行い、ERTの効果判定の非侵襲的な指標の可能性について検討を行った。ERT開始前4例とも尿中VNRの排泄、尿中の卵円形脂肪体がみられたが、ERT開始6ヵ月後より、尿中VNR排泄量の低下、卵円形脂肪体の形態変化が認められた。この変化はERT開始後2年経過後もみられており、尿中VNR排泄量の低下、卵円形脂肪体の形態変化がERTの効果判定の非侵襲的な指標になり得る可能性が示唆された。今後さらに症例数を増やし、また長期による尿中VNR排泄量、卵円形脂肪体の形態変化を観察し、ERTの効果判定の簡便な指標となり得るか否かを検討する。また、尿沈渣中にmaletese cross(マルタの十字)が認められたことが契機となり、ファブリー病の確定診断に至った患者を経験し、maletese cross(マルタの十字)の観察が、同疾患のスクリーニング検査として有用である可能性が考えられた。今後尿沈渣の症例数を増やし、同疾患のスクリーニング検査としての有用性を検討する,多くの腎疾患の病因は未だ明らかではないが、インテグリンをはじめとする接着分子が、その発症進展に深く関与している事を示唆する臨床的知見、実験結果が報告されている。今後尿沈渣の症例数を増やし、同疾患のスクリーニング検査としての有用性を検討する,ファブリー病患者27例の尿を試料として、ビトロネクチンレセプター(VNR、インテグリンαvβ3)の尿中排泄量に関して、イムノブロット法により解析を行った。VNRの尿中排泄量は、古典型ファブリー病ヘミ接合体、亜型ヘミ接合体、古典型ヘテロ接合体の順に多く、これらの値は、正常コントロールに比して有意に増加していた。腎機能や尿所見に異常を認めない段階のファブリー病患者においても、尿中へのVNRの排泄が認められ、その排泄量は、顕性蛋白尿のみられる各種腎疾患患者の排泄量と同程度かそれ以上であった。尿中VNRの排泄量と患者の年齢、尿蛋白量、血尿の程度についての相関はみられなかった。ELISA法による尿中VNRの排泄量の解析でも同様の結果が得られたが、その感度はイムノブロット法の法が優れていた。古典型ファブリー病ヘミ接合体患者より得られた尿沈渣及び生検腎組織を試料として、免疫組織化学的解析をした。患者尿沈渣は、抗VNR抗体及び抗グロボトリアオシルセラミド(CTH)抗体で陽性に染色された。患者腎組織は、抗VNR抗体で、糸球体上皮、ボーマン嚢上皮及び遠位尿細管が陽性に染色された。以上のことより、ファブリー病における腎機能障害の発症進展に関連している可能性が考えられた。酵素補充療法(ERT)を行った古典型男性患者

Fabry病患者4名に対して、尿中ビトロネクチンレセプター(VNR)の排泄量の測定、mallubery cellの観察等を経時的に行い、ERTの効果判定の非侵襲的な指標の可能性について検討を行った。ERT開始前2例とも尿中VNRの排泄、尿中のmallubery cellがみられたが、ERT開始6ヵ月後より、尿中VNR排泄量の低下、mallubery cellの形態変化が認められた。これらは、ERTの効果判定の非侵襲的な指標になり得る可能性が示唆された。今後さらに症例数を増やし、また長期による尿中VNR排泄量、mallubery cellの形態変化を観察し、ERTの効果判定の簡便な指標となり得るか否かを検討する。また、酵素補充療法施行後の腎組織でのビトロネクチンレセプターの発現の変化及び腎組織障害の改善の有無、さらに両者の関連について検討を行う。ファブリー病における尿中ビトロネクチンレセプター排泄の機序を明らかにするため、腎臓由来の培養細胞を用いて、糖脂質蓄積とビトロネクチンレセプターの発現増加の有無を観察する予定である。多くの腎疾患の病因は未だ明らかではないが、インテグリンをはじめとする接着分子が、その発症進展に深く関与している事を示唆する臨床的知見、実験結果が報告されている。我々は、腎組織損傷の程度を知る診断方法として、尿中ビトロネクチンレセプター(VNR、インテグリンαvβ3)の測定法を開発し、ファブリー病患者の尿中ビトロネクチンレセプター排泄量増加を報告し、腎障害発症進展との関連の可能性を示してきた。また、ファブリー病患者の尿細管上皮細胞由来の脂肪顆粒細胞である卵円形脂肪体は、偏光顕微鏡下でmaltese cross(マルタの十字)とよばれる重屈折性偏光像がみられる。酵素補充療法(ERT)を行った古典型男性患者Fabry病患者4名に対して、尿中ビトロネクチンレセプター(VNR)の排泄量の測定、卵円形脂肪体の観察等を経時的に行い、ERTの効果判定の非侵襲的な指標の可能性について検討を行った。ERT開始前4例とも尿中VNRの排泄、尿中の卵円形脂肪体がみられたが、ERT開始6ヵ月後より、尿中VNR排泄量の低下、卵円形脂肪体の形態変化が認められた。この変化はERT開始後2年経過後もみられており、尿中VNR排泄量の低下、卵円形脂肪体の形態変化がERTの効果判定の非侵襲的な指標になり得る可能性が示唆された。今後さらに症例数を増やし、また長期による尿中VNR排泄量、卵円形脂肪体の形態変化を観察し、ERTの効果判定の簡便な指標となり得るか否かを検討する。また、尿沈渣中にmaletese cross(マルタの十字)が認められたことが契機となり、ファブリー病の確定診断に至った患者を経験し、maletese cross(マルタの十字)の観察が、同疾患のスクリーニング検査として有用である可能性が考えられた。今後尿沈渣の症例数を増やし、同疾患のスクリーニング検査としての有用性を検討する.
ニホンウナギの産卵回遊生態の解明

ニホンウナギのポップアップタグを用いた解析結果から、川を降った親ウナギは、まずは黒潮を利用し、小笠原付近では南下すること、さらには大陸棚以外のどの場所(産卵場も含む)でも終始、日周鉛直移動を行っており、その上限と下限には光と水温が深く関係していることが明らかとなった。また、本種の産卵生態に関する研究結果から、本種の産卵の時間は、新月3日前の午前1時と推測することができ、また、産卵場所については西マリアナ海嶺南端部と塩分フロントが交差する近くの内部潮汐エネルギーが強くなる地点と考えた。1.過去のデータに基づく時空間的特性の検証3航海(KH-09-2, KH-11-6, KH-12-2)で得られたニホンウナギの卵の採集日・地点・鉛直分布、および人工催熟における卵の発育過程の結果から、本種の主要産卵日は新月3日前と推定した。新月3日前(主要産卵日)における内部潮汐の数値シミュレーション(Niwa & Hibiya 2014)の結果から、卵とプレレプトセファルスが採集された地点付近では内部潮汐エネルギーの強くなっていることが確認された。2.なつしま航海(NT14-09:2014年5月14日6月4日)(1)塩分フロントと海嶺が交叉する点の第3象限に約7マイル間隔の測点を設け、新月(5月29日3時40分)前の6日間(5月2328日)、漂留系・係留系水中カメラシステム(UNA-CAM・江戸っ子)によりニホンウナギの産卵行動の観察、および計量魚群探知機による親ウナギの産卵集団の探索を試みた。しかし、産卵行動の観察および集団の探索に成功することができなかった。5月2628日、同海域においてORIネットによりニホンウナギの卵3個と4月生まれのレプトセファルス8個体(体長10.6-13.9mm)を採集することができた。(2)三河湾で採集された天然の銀ウナギ3個体(体長792-992mm)にポップアップタグを装着し、2014年5月19日と30日に西マリアナ海嶺南端部の3地点で放流した。その結果、3個体中1個体についてのみ正常な行動データを得ることができた。データ解析から、ニホンウナギは産卵場でも日周鉛直移動を行っており、その遊泳水深の上限と下限には光と水温が制限要因になっていることが明らかとなった。(3)西マリアナ海嶺の西側の広範囲でプレレプトセファルスの採集を行った結果、産卵行動の観察および集団探索を行った海域のみならず、西マリアナ海嶺の最南端部の海域においてもプレレプトセファルス243個体の採集に成功した。1.なつしま航海(NT15-08:2015年5月5日22日)ニホンウナギの親魚が西マリアナ海嶺南端部で産卵する地点をより狭い範囲に絞り込むことを目的とし、以下の2つの新たな方法を試みた。(1) 2015年5月の産卵日と推定される期間(5月14日18日)、数値シミュレーションによって西マリアナ海嶺南端部における内部潮汐エネルギーの分布を推定した。西マリアナ海嶺と5月の塩分フロントの交点の第3象限に最も近い内部潮汐のエネルギーの高い場所を推定産卵地点とし、漂流系水中カメラシステム(UNA-CAM)を投入し、本種の産卵行動の観察を行った。(2)産卵前に親魚が西マリアナ海嶺と塩分フロントの交点に集まってくる様子を環境DNAの手法を用いて探知できるかを試した。9定点において表層から1000mまでの各100m間隔による採水を行い、各層2000mlの海水を濾過し、濾紙を-20°Cで保存した。濾紙は研究室へ持ち帰り、濾紙から全DNAを抽出し、リアルタイムPCRを用いて本種のDNAの有無を検討した。調査期間中、2つの台風が産卵場に居座り、わずか2日間(5月1921日)のみの調査しかできず、当初の計画を実行することができなかった。しかしながら、400m層において親ウナギの反応らしきものを探知できた(現在、詳細を解析中)。2.ポップアップタグを用いた親ウナギの産卵回遊経路の推定2014年10月に利根川と三河湾で採集した天然の降りウナギ計3尾(全長:852-955mm)にポップアップタグを装着し、2014年12月10日12日の夜に北海道大学水産学部の練習船「おしょろ丸」から小笠原諸島西方海域の3地点で放流した。得られたデータ解析の結果、ニホンウナギは回遊途上の外洋でも明瞭な日周鉛直移動を行っており、その遊泳水深の上限と下限には光と水温が制限要因になっていることが明らかになった。2つの台風の影響にて、なつしま航海(NT15-08:2015年5月5日22日)を当初の計画通りに遂行することができなかった。しかしながら、西マリアナ海嶺と塩分フロントの交点の近辺にて内部潮汐のエネルギーの高い地点を数値シミュレーション(26年度の研究結果)で推定し、そこを産卵地点として調査海域にすることができたこと、また、環境DNAにより親魚の行動と集合を把握しようと試みたことは、航海における新しい展開となった。今後、更なる改良を重ね、この内部潮汐シミュレーションと環境DNA法を合わせて産卵地点を予測すれば、ニホンウナギの産卵シーンを発見する確率が飛躍的に高くなるものと考える。

ポップアップタグを用いた親ウナギの回遊行動では、産卵回遊の途上である外洋においても規則正しい日周鉛直移動が見られ、またその制限要因の解明により、ニホンウナギの産卵回遊の一端が明らかとなった。これらの得られた知見は、本種の完全養殖技術の確立に貢献すると考える。1.ニホンウナギの産卵時刻の推定過去の航海で採集された卵の発生段階、西マリアナ海嶺南端部の海域の水温データ、ポップアップタグのデータから得られた親ウナギの産卵場での遊泳水深と経験水温、人工飼育個体の水温と発生速度の関係(Ahn et al. 2012)などに基づき、ニホンウナギの産卵時刻を推定した結果、本種の産卵時刻は新月3日前の午前1時であると推察できた。2.ポップアップタグを用いた親ウナギの産卵回遊行動2015年11月に三河湾と宮崎県五ヶ瀬川で採集した天然の銀ウナギ計5個体(全長: 899-987mm、銀化段階: S2)にポップアップタグを装着し、2015年12月13日に愛知県恋路ヶ浜から2個体、12月22日に宮崎県小倉ヶ浜から3個体を放流した。2個体から得られたデータを解析した結果、ニホンウナギはまず始めに黒潮を利用することが判明した。また、その期間の産卵回遊中に示す日周鉛直移動の上限と下限は、それぞれ光と水温が制限要因になっていると推察することができた。3.まとめポップアップタグを用いた親ウナギの産卵回遊行動をまとめると、川を降ったニホンウナギは、まずは黒潮を利用すること、また小笠原付近では南下すること、さらには大陸棚以外のどの場所でも終始、日周鉛直移動を行っており、その上限と下限には光と水温が深く関係していることが明らかとなった。次に、本研究から得られた結果を統合すると、ニホンウナギの産卵の時間は、新月3日前の午前1時と推測することができ、また、場所は西マリアナ海嶺南端部と塩分フロントが交差する近辺の内部潮汐エネルギーが強くなる場所と推察した。今後、航海を通じてこの仮説を検証したい。ニホンウナギのポップアップタグを用いた解析結果から、川を降った親ウナギは、まずは黒潮を利用し、小笠原付近では南下すること、さらには大陸棚以外のどの場所(産卵場も含む)でも終始、日周鉛直移動を行っており、その上限と下限には光と水温が深く関係していることが明らかとなった。また、本種の産卵生態に関する研究結果から、本種の産卵の時間は、新月3日前の午前1時と推測することができ、また、産卵場所については西マリアナ海嶺南端部と塩分フロントが交差する近くの内部潮汐エネルギーが強くなる地点と考えた。過去のデータより、ニホンウナギの産卵日(新月3日前)を推定することができた。また、内部潮汐の強い地点は、いずれも卵とプレレプトセファルスが採集された地点の上流に位置しており、これらの地点がそれぞれの新月期で産卵に用いられたものと推定した。これらの結果は、ニホンウナギの産卵の時空間的特性に迫るものと考えた。産卵場においても規則正しい日周鉛直移動が見られ、またその制限要因の解明により、ニホンウナギの産卵回遊生態の一端が明らかとなった。得られた知見はウナギの完全養殖技術の確立に貢献すると考える。なつしま航海(NT14-09)にて、産卵行動の観察および産卵集団の発見はできなかったものの、同じ海域においてニホンウナギの卵とプレレプトセファルスを採集できたことは、本種の産卵地点を的確に予測している証拠と考える。また、4月生まれのレプトセファルスが採集されたことは、この場所が4月と5月の2回にわたり産卵地点として利用されたと推定した。さらに、西マリアナ海嶺の最南端部において数多くのプレレプトセファルスの採集に成功した事実は、この海域も5月の産卵地点に用いられたことを示し、5月には2つの産卵地点が形成されたと推定した。
プラズマ熱流における電位と粒子速度分布の影響

本研究では、プラズマエネルギーの磁力線に沿った輸送(熱流)過程を,筑波大学のタンデムミラー装置ガンマ10の開放端部において,プラズマ粒子の速度分布と結びつけて,実験的に検討した。ここでは高温の電子と電位で加速されたイオンが流出している。端壁に到達する電子の量はイオンの量よりけた違いに大きく,低温の二次電子の還流によって端壁の浮遊電位が維持されている。一方,エネルギーは高温・低温の電子の交換に伴い端壁に流出するので,この解析のために,壁表面に近接した負の電位障壁を作るMesh-bias(MB)と,ECRHでピッチ角を増やし磁気ミラー反射で二次電子を阻止するThermal-dike(TD)を用いた。いづれの場合も,二次電子の還流抑制の結果として,一次電子に対する減速電位差が増大することがその流出の制御因子となる。実験結果は以下の通りである。MBにより,端壁電位が深化し端損失電子量が減少し,端損失電子のエネルギースペクトルの低温成分(数百eV)が減少した。エンドシース前面域の電位は上昇して,mirror throatからエンドシース前面までの電位差は減少するが,シース内電位降下は増大する。一方TDでは,シース前面の電位はむしろ降下し,端壁の浮遊電位も深化する。TDにMBを重畳すると,シース前面の電位の深化は更に顕著である。つまり,プラズマ内の電位分布については単純なMBとは逆の傾向になる。端損失電子のエネルギースペクトルのTDによる変化は,時間的振動の中に埋れてしまって判別できない。端損失電子量の抑制効果はMBのほうがTDよりも顕著であり,電子熱流の抑制効果が高い。しかし,粒子の速度分布計測法の改善が課題として残された。以上から次のような輸送過程が想定される。MBでは,二次電子が阻止され,その減少分に見合うだけシース電位が深化して,一次電子の反射量は増える。その電子密度の増加に応じて,イオン密度を増加すべくシース前面までのイオン加速電位差が減少する。TDが重畳されると,反射された一次電子の戻り道で,ECRHによって速度分布が変形され,mirro-throatを通過できなくなる。その一部は端壁へ再流入し,残りは磁場と電位に反射されるYushmanov補足電子となる。この補足電子の空間電荷によりシース前面のプラズマ電位は下降する。補捉電子は多重加熱を受けつつ最後はmirror-throatか端壁に到達するため,TDの重畳により端壁への熱流はむしろ増加する。端壁電位が浅いプラズマ条件で,TDによる熱流抑制効果は観測される。本研究により,TD/MBをノブとして沿磁場輸送の物理過程を能動的に検討できる展望は大きく開かれた。更に,核融合分野だけでなく,日本の人工衛星により極冠上空で,Yushimanov粒子と想定される電子群が最近観測されたことから,本研究は新たな注目を受けることとなった。

端壁電位が浅いプラズマ条件で,TDによる熱流抑制効果は観測される。本研究により,TD/MBをノブとして沿磁場輸送の物理過程を能動的に検討できる展望は大きく開かれた。更に,核融合分野だけでなく,日本の人工衛星により極冠上空で,Yushimanov粒子と想定される電子群が最近観測されたことから,本研究は新たな注目を受けることとなった。
モデル動物による糖尿病の成因と合併症に関する研究

1糖尿病の成因:インスリン依存性糖尿病(IDDM)とインスリン非依存性糖尿病(NIDDM)の発病の仕方は明らかに異る。NIDDMのモデルとしてG-KラットおよびストレプトゾトシンによるNIDDM類似の糖尿病をラットに作製し膵内分泌機能の特性をしらべた。いずれもグルコース刺激に対するインスリン分泌が障害されており、その理由として膵β細胞数の減少,高血糖状態でのβ細胞の反応性の減弱が考えられた。GKラットをインスリンで治療し血糖を正常化し、膵灌波実験をおこなうとグルコース刺激にのみ反応しないのではなく、β細胞の脱落によると考えられた。これに対してIDDMのモデルであるNODマウスでは免疫異常により急速に膵β細胞が脱落することが分っており、その機序の1つとして細胞障害性Tリンパ球によるβ細胞障害が考えられる。この細胞の同定を急いでいるが、われわれは免疫修飾剤であるOK-432がNODマウスの糖尿病発症を予防することを見つけた。OK-432が細胞障害性Tリンパ球を除くのに役立ちinsulitisを防ぐものと考えられた。岡本が発見した"rig"(インスリノーマ遺伝子)とβ細胞障害および修復との関わりあいを今後追究すべきものと考えた。2.糖尿病合併症:糖尿病性網膜症を動物に作製することは困難である。そこで腎症および神経障害についての研究をサル,ラット,マウスを用いておこなった。GKラット以外はすべてストレプトゾトレンで糖尿病状態として、神経障害とアルドースレダクターゼ阻害との関連を明らかにし、NODマウスおよびNSYマウスを用い、腎症の発生に関する研究をおこなった。腎糸球体毛細血管基底膜肥厚がみられ、ついでXサンギウムの変化がおこる。ポリオールの1つであるソルビトール蓄積による可能性を考えAR1剤を長期投与したところ、基底膜肥厚を防ぐことが出来た。
対向円形噴流における揺動機構の解明とDNS/PDF法による数値解析

一様流に対向して噴出される円形噴流について,速度場と濃度場の同時計測を行い,対向噴流の強い混合特性を明らかにした.また,対向噴流の揺動メカニズムを調べるために,軸対称面における速度場と軸に垂直な断面における濃度場の時間遅れ計測を行った.数値解析については,対向噴流と同様に噴流揺動が現れるフリップフロップ噴流を調べた.数値解法にはマルチグリッド法を取り入れ,並列化による高速化を図った.解析の結果,実験と定量的に一致する噴流揺動が現れ,計算法の有効性を確認した.一様流に対向して噴出される円形噴流について,速度場と濃度場の同時計測を行い,対向噴流の強い混合特性を明らかにした.また,対向噴流の揺動メカニズムを調べるために,軸対称面における速度場と軸に垂直な断面における濃度場の時間遅れ計測を行った.数値解析については,対向噴流と同様に噴流揺動が現れるフリップフロップ噴流を調べた.数値解法にはマルチグリッド法を取り入れ,並列化による高速化を図った.解析の結果,実験と定量的に一致する噴流揺動が現れ,計算法の有効性を確認した.本研究は,対向噴流に特有な噴流揺動の発生機構を解明し,その混合促進機構を明らかにすることを研究目的とする.このために,瞬時分離流線の不規則変動と噴流軸の半径方向揺らぎとの関連を実験的に調べ,また,実験と平行して数値解析を行い揺動機構の解明に役立てる.研究初年度であることから,まず,速度と噴流断面濃度場の同時計測システムの開発に必要な機器を購入した.さらに,噴流軸を含む二次元面内での速度濃度相関の分布を調べ,基礎的資料の蓄積を図った.以上の結果,本年度は以下の研究実績が得られた.1.瞬時分離流線と断面濃度場の同時計測本同時計測システムの構築に必要な性能・仕様をもつデュアル発光YAGレーザの機種選定を行い,デモと動作テストを経た上で機器を決定し,新規購入した.併せて,ビーム光をシート状にするための光学機器も購入し,システム構築の準備を整えた.デモと動作テストを加えた機種選定に時間が取られ,システムの完成には至らなかったが,残った作業量は軽微である.また,既存の設備を利用して,対向噴流の噴流軸を含む二次元面内における速度場と濃度場との同時計測実験を行い,よどみ点近傍での速度-濃度相関の特性を調べ,学会で発表した.これらの結果は,本研究目的を達成する上で有用な基礎的資料となる.2.対向噴流の数値解析モデルの確立圧力修正法を利用してナビアストークス方程式を数値的に解くプログラムコードの開発を行った.離散化には差分法を用いた.利用した計算機の処理能力の都合から,低レイノルズ数の二次元流れに限定し,まず,二次元平行平板間に噴出される二次元噴流による流れの計算を行った.得られた結果は,従来の実験や計算結果とよく一致したことから,開発したコードの信頼性を確認した.今後,本開発コードを対向噴流場に拡張する予定である.本研究は,対向噴流に特有な噴流揺動の発生機構を解明し,その混合促進機構を明らかにすることを研究目的とする.このために,瞬時分離流線の不規則変動と噴流軸の半径方向揺らぎとの関連を実験的に調べ,また,実験と平行して数値解析を行い揺動機構の解明に役立てる.このために,まず,速度と噴流断面濃度場の同時計測システムの完成を目指して研究を進め,対向噴流場に実際に適用して動作確認を行った.数値解析については,噴流揺動が顕著なフリップフロップ噴流場の解析を行った.その結果,本年度は以下の研究実績が得られた.1.瞬時分離流線と断面濃度場の同時計測初年度に構成した速度場・濃度場同時計測システムでは,両者の同期をPCとIOボードによるソフトウェア制御で行った.このため,同期が不完全で,画像の抜けが目立った.そこで,パルスジェネレーターを新規購入して計測システムを再構築した.本計測システムを用いて,対向噴流のノズル出口近傍の速度場とよどみ点近傍における断面濃度場を調べ,完全な同時データが得られていることを確認した.また,乱流と自由表面との干渉問題を扱うことを目指して,速度場と自由液面形状との同時計測に本システムを応用し,自由表面に偏向付着する二次元オフセット噴流を調べた.この結果を学会で発表した.2.対向噴流の数値解析モデルの確立初年度に完成したナビアストークス方程式の数値解析コードを用いて,まず,二次元フリップフロップ噴流の解析を行った.本流れ場は噴流が周期的に揺動することが特徴であり,最終目的である対向噴流を解析する上での第一段階として選択した.解析の結果,実験で得られた周波数と定量的に一致する噴流揺動が現れ,計算手法の有効性が確認できた.しかし,二次元場を仮定したため,二次元場特有の逆エネルギカスケードにより,噴流発達域で発生した渦の減衰が遅れた.今後は三次元場に解析コードを拡張していく予定である.

本研究は,対向噴流に特有な噴流揺動の発生機構を解明し,その混合促進機構を明らかにすることを研究目的とする.このために,瞬時分離流線の不規則変動と噴流軸の半径方向揺らぎとの関連を実験的に調べ,また,実験と平行して数値解析を行い揺動機構の解明に役立てる.このために,まず,速度と噴流断面濃度場の同時計測システムの完成を目指して研究を進め,対向噴流場に実際に適用した.数値解析については数値解析コードの三次元流れ解析への拡張を行った.その結果,本年度は以下の研究実績が得られた.1.瞬時分離流線と断面濃度場の同時計測第二年度に完成させた速度場・濃度場の計測システムを用いて,対向噴流における同一断面の速度場と濃度場の完全同時計測を行い,得られた結果を国際会議で発表するとともに,国内雑誌に投稿し掲載された.この実験の結果対向噴流における強い混合効果の特性が明らかとなった.また,対向噴流の揺動機構の解明を目指して,軸対称面における速度場と軸に垂直な断面における濃度場の計測を行った.その際,時間相関解析を行うために,両者の測定に時間遅れを設けた.今後データ解析をさらに進め,速度場の瞬時分離流線と瞬時断面濃度場の重心との相関を調べることにより研究目的である揺動機構の解明を目指していく予定である.2.対向噴流の数値解析モデルの確立第二年度に完成させたナビアストークス方程式の数値解析コードは二次元流れ計算を対象としていたため,三次元流れ解析への拡張を行った.計算速度の向上を図るため,連立方程式の数値解法にはマルチグリッド法と共益勾配法を併用し,計算コードの並列化を行った.その結果計算速度が劇的に向上し,性能がやや劣る現有設備の計算機を用いての三次元流れ解析が可能となったこの結果は国内会議において発表予定である.今後,境界条件を工夫し,対向噴流の流れ解析に本コードを適用し,数値解析モデルの確立に役立てる.
ハイブリッドデジタル画像相関法によるナノ薄膜の局所高ひずみ塑性特性評価

本研究では,意図的に導入した局所高ひずみ領域の変形場をデジタル画像相関法(DIC)により評価して,この結果を基にナノ薄膜の高ひずみ塑性特性を推定する方法を開発した。切欠きを導入した厚さ500 nmのCu薄膜に対するその場FESEM観察引張試験を実施して,破壊に至るまでの高ひずみ変形場をDICにより取得した。取得した変形場と弾塑性FEM解析結果を比較して塑性特性を推定した。本手法により,引張試験における破断ひずみが1%程度しかない本Cu薄膜に対して,約6%までの高ひずみ領域における塑性特性を推定できた。さらに,本手法をCu薄膜の疲労き裂に適用して,き裂開閉口の定量評価が可能であることを示した。厚さがナノメートルスケールの金属薄膜(ナノ薄膜)は高い降伏強度を有し,巨視的にはぜい性的に破壊する。しかし,破壊が進行する局所領域では大きなすべり変形を生じて延性的破壊形態を示す。このため,ナノ薄膜の強度特性の支配因子を定量的に明らかにするためには,局所の高ひずみ領域における塑性特性の解明が不可欠である。しかし,通常の引張試験では薄膜中の欠陥によって低ひずみで破断するため,高ひずみ領域の塑性特性を評価することができない。本研究では,薄膜試験片に制御した局所応力集中場を創り出して,その領域の変形場をFESEM観察像とEBSD結晶方位解析を併用した「ハイブリッドデジタル画像相関法」によって計測・評価し,この結果を基にした高ひずみ領域におけるナノ薄膜の塑性特性推定法を開発する。本年度は,(1)微小切欠きを導入した自立ナノ薄膜試験片を作製し,(2)ハイブリッドデジタル画像相関法によるひずみ解析法の開発に着手した。(1)自立金属ナノ薄膜切欠き試験片の作製:引張負荷条件下の変位測定に及ぼす面外変形の影響をできる限り小さくするため,有限要素法解析により最適な試験片形状を検討した。この結果,アワーグラス型試験片と中央切欠きを組み合わせた自立薄膜試験片が変位場測定に最適であることを明らかにした。これを基に,研究代表者らの提案になる犠牲層エッチングにより,厚さ500 nmの自立銅薄膜試験片を作製した。(2)ハイブリッドデジタル画像相関法によるひずみ解析法の開発:(1)で作製した試験片の表面に変位場測定の標点となる酸化マグネシウム粒を付着させ,引張負荷下の薄膜のFESEMその場観察が可能な引張試験システム(開発済み)を用いて引張負荷を与えた。取得した画像を基にデジタル画像相関法による切欠き近傍の高ひずみ領域における変形場を評価する方法を開発した。本研究では,薄膜試験片に制御した局所応力集中場を創り出して,その領域の変形場を「ハイブリッドデジタル画像相関法」によって計測・評価し,この結果を基にした高ひずみ領域におけるナノ薄膜の塑性特性推定法を開発する。1.ハイブリッドデジタル画像相関法によるひずみ解析法の開発:アワーグラス型試験片と中央切欠きを組み合わせた膜厚500 nmの自立Cu薄膜試験片の表面に変位場測定の標点となる酸化マグネシウム粒を付着させ,FESEMその場観察引張試験を実施した。本手法により,引張試験における破断ひずみが1%程度しかない本Cu薄膜に対して,約5%までのひずみ範囲における高ひずみ塑性特性を推定できた。2.開発したひずみ解析法の応用検討:本手法を疲労き裂の開閉口挙動解析に適用して,有用性を検討した。既存手法では疲労き裂開閉口を検出できないナノ薄膜試験片に対して,本研究で開発したひずみ解析法を応用してき裂先端周囲の変形場を直接計測することによってき裂開閉口を定量的に評価することを試みた。この結果,膜厚500 nmのCu薄膜ではき裂閉口を生じ,これを考慮した有効応力拡大係数範囲が疲労き裂進展を支配することを明らかにした。

材料強度学本年度に計画していた(1)自立金属ナノ薄膜切欠き試験片の作製,および(2)ハイブリッドデジタル画像相関法によるひずみ解析法の開発,についてはおおむね交付申請書に記載の研究計画通りに進めることができた。さらに,本年度は当初計画にはなかったが,EBSDにより得られる回折パターンのわずかな変化を高精度に検出し,それを解析することにより薄膜の弾性ひずみ場を高精度に評価する手法の開発に着手した。これにより高ひずみ塑性変形場のみにならず,弾性応力場の評価も可能になり,したがって薄膜の応力集中場における変形・破壊特性解明に大きく寄与できるため,本手法の確立に取り組む。開発したハイブリッドデジタル画像相関法によるひずみ解析法を用いて,自立金属ナノ薄膜の高ひずみ領域の塑性特性の解析法を開発する。さらに,本手法を疲労き裂の開閉口挙動解析に適用して,本手法の有用性を確認する。(1)ナノ薄膜の高ひずみ塑性特性評価: FESEM内で中央切欠き自立金属ナノ薄膜試験片の引張試験を実施し,ひずみ分布を評価する。FESEM像やEBSD結晶方位解析像を用いた変位場測定時の対応点探索の誤検出の補正法についても検討する。併せて,個々の結晶粒の結晶方位を考慮した3次元有限要素法応力解析を実施し,切欠き底近傍の局所領域における応力・ひずみ場を解析する。ここでは,塑性特性(材料定数)を変数としてパラメトリック解析を行い,ひずみ分布の実験結果と解析結果が一致するようにして塑性変形特性を決定する。(2)ナノ薄膜の疲労き裂開閉口挙動解析への応用:ナノ薄膜では膜厚が極めて薄いが故にひずみゲージを用いた除荷弾性コンプライアンス法などの既存の手法により疲労き裂の開閉口を検出することができない。そこで,本研究で開発したハイブリッドデジタル画像相関法によるひずみ解析法を用いて,き裂先端周囲の変形場を直接計測することによってき裂開閉口の有無を確認し,き裂開閉口が生じる場合はき裂開口点の定量評価を試みる。研究の進捗に応じて必要な研究費を使用したため,当初予算と執行額は異なったが,研究計画に大きな変更はない。前年度交付研究費を含めて,ひずみを解析するためのソフトウェアの購入等に予算を執行して,当初の計画に沿って研究を推進する
電気化学的手法を用いた有機ケイ素化合物の活性化と合成

我々は有機ケイ素化合物から様々な不安定化学種を電気化学的に発生・蓄積する手法を確立している。そこで、申請者はデンドリマー状の置換基を有するカルボカチオンの性質を明らかにし、この化学種を用いた新規デンドリマー及びデンドリマー状活性種ならびにデンドロナイズドポリマーの合成を達成した。(1)デンドリマー状炭素カチオンの安定性の解明有機ケイ素化合物の低温条件での電解活性化により生じたデンドリマー状炭素カチオンの熱的安定性は、カチオンと求核剤との反応において反応温度の検討を行う際に極めて重要な情報である。温度可変NMRにより第一世代・第二世代のデンドリマー状炭素カチオンについて熱的安定性を調べたところ、いずれのカチオンも0°C付近まで安定に存在していた。しかしながら、残存率に違いがみられたため、0°C条件下でのカチオンの減衰曲線を作成したところ、第一世代のカチオンが約10時間消失するのに対して、第二世代のカチオンは約3時間で消失することが分かった。第二世代のカチオンではカチオンの分子内での転位が進行し易いために、第一世代に比べて消失速度が早いことを示唆する知見も得られている。(2)デンドリマー状置換基を有するハロシランの合成ケイ素上に複数のジフェニルメチル基を有するヒドロシランに対して、ジアリールカルベニウムイオンを作用させることで、デンドリマー状置換基(第一世代と同じ分子量)を有するヒドロシランが合成できることを見出した。ケイ素周りの立体障害はケイ素上のジフェニルメチル基の数によって、大きく異なり、ジフェニルメチル基が二個の場合にはカチオンによるヒドリドの引き抜きが起こり、ワンポットでフルオロシランが得られる。一方、ヒドロシランとして得られる場合には臭素と反応させることで対応するブロモシランへと変換可能であった。申請者は有機ケイ素化合物から様々な不安定化学種を電気化学的に発生・蓄積する手法を確立している。そこで、申請者はデンドリマー状の置換基を有するカルボカチオンの性質を明らかにし、この化学種を用いた新規デンドリマー及びデンドリマー状活性種の創出を本研究の目的として研究を行ってきた。昨年度までにデンドリマー状カルボカチオンの反応性と安定性の明らかに出来たので、今年度は多様なコア分子を有するデンドリマーの迅速合成へと展開した。(1)低分子のコアとの反応によるデンドリマー合成デンドリマー状カチオンとチオフェン誘導体やメトキシ基などの電子豊富な置換基を有するベンゼン類との反応を検討し、特にチオフェンに対して最大で3つのデンドリマー状置換基がワンポットで導入出来ることを見出だした。また、オリゴチオフェンをコアに有するデンドリマーも同様の手法を用いることで達成出来た。(2)ポリマーとの反応によるデンドロナイズドポリマー合成デンドリマー状カチオンの高い反応性を利用して、ポリスチレン側鎖のフェニル基上にデンドリマー状置換基を直接導入する新しいタイプのデンドロナイズドポリマー合成法を開発した。低分子ポリスチレンを用いた場合に得られたデンドロナイズドポリマーはMALDI-TOF MS解析により、分子量と導入率を厳密に求めることが出来た。この手法は分子量20万程度のポリスチレンに対しても進行することから、AFMなどによるデンドロナイズドポリマー一本鎖の観察が可能であると考えている。
ae遺伝子をもつ遺伝的背景の明らかなトウモロコシ胚乳澱粉の性質に関する研究

トウモロコシのamylose-extender(ae)突然変異体は澱粉枝作り酵素(BE)のアイソザイムであるBEIIbの発現量が著しく低いことから、aeトウモロコシの胚乳澱粉は正常種のトウモロコシ胚乳澱粉と比較して、以下に示すような非常に異なった性質を示した。1.高いアミロース含量、アミロースとアミロペクチンの中間画分の高い含量、アミロペクチン単位鎖の長い平均鎖長2.高い糊化温度、生澱粉分解酵素に対する高い抵抗性、X線回折図形がB型(正常種はA型)さらにae以外の澱粉の性質や含量に影響を及ぼす遺伝子とae遺伝子とが組み合わさった二重、三十変異体トウモロコシの胚乳澱粉の性質を調べた結果、以下のような結果が得られた。1.ae;sh4とae;bt1のアミロース含量は正常種とほぼ同様であった。2.ae;sh2とae;bt2のアミロペクチンの鎖長分布は正常種とほぼ同様であった。3.上記のような構造変化に伴う二重・三重変異体胚乳澱粉の糊化・老化特性、生澱粉分解酵素に対する消化性、X線回折図形などの物理化学的性質についても、ae遺伝子は他の遺伝子の影響を大きく受けていた。(すなわち、他の遺伝子を導入することにより、ae遺伝子単独の澱粉特性が大きく変化する。)次にae遺伝子座内が微細に異なるトウモロコシ胚乳澱粉の性質を調べた結果、アミロース含量、中間画分の含量、アミロペクチンの鎖長分布が様々に変化し、それに伴い、澱粉の糊化特性、結晶構造なども様々に変化していた。これ6の結果から、今後、育種により、価値の高い利用特性をもつたaeトウモロコシ澱粉が生み出されることが期待できる。amylose-extender(ae)遺伝子をもつトウモロコシ胚乳澱粉(ae澱粉)は正常種のnormalトウモロコシ澱粉(normal澱粉)と比較してアミロースおよびアミロースとアミロペクチンの中間画分の含量が高く、アミロペクチンの長鎖画分が多かった。またae澱粉は高い糊化温度、および生澱粉分解酵素に対して低い分解率を示した。澱粉の性質にこのような変化を与えるae遺伝子とその他の澱粉の性質を改変する遺伝子(starch modifying gene)であるdull(du),sugary-2(su2)などが組み合わさった二重、三重変異体トウモロコシの澱粉の性質については多くの報告があるので、本研究ではstarch modifying gene、およびトウモロコシの澱粉含量に影響を及ぼす遺伝子であるshurunken-1(sh1),shurunken-2(sh2),shurunken-4(sh4),brittle-1(bt1),brittle-2(bt2)遺伝子とae遺伝子とが組み合わさった二重、三重変異体トウモロコシの胚乳澱粉の性質を調べた。その結果、ae ; sh4,ae ; bt1以外の二重、三重変異体トウモロコシの胚乳澱粉のアミロース含量はae澱粉と同様な値を示した。一方、アミロペクチンの微細構造においては、ae ; sh2,ae ; bt2澱粉のアミロペクチンの鎖長分布がnormal澱粉とほぼ同じという結果が得られたことから、sh2遺伝子とbt2遺伝子がae遺伝子に対して影響を強く及ぼすことが明らかとなった。またsh1,sh2,sh4,bt1,bt2のすべての遺伝子はトウモロコシ澱粉のアミロペクチン分子全体の分子量分布に影響を及ぼすことが明らかとなった。以上のような澱粉の微細構造の変化に伴う二重、三重の変異体のトウモロコシ

胚乳澱粉の糊化特性、生澱粉分解酵素に対する消化性、X線回折図形により明らかな結晶構造の性質についても、ae遺伝子はその他の遺伝子の影響を大きく受けていた。すなわち、ae遺伝子とその他の遺伝子との構造と物理化学的特性に与える影響の優位性に関して、aeとその他の遺伝子(du, su2,sh1,sh2,sh4,bt1,bt2)の導入により、ae遺伝子単独の澱粉特性が大きく変化することが明らかとなった。トウモロコシのamylose-extender (ae)突然変異体は澱粉枝作り酵素(BE)のアイソザイムであるBEIIbの発現量が著しく低いことから、aeトウモロコシの胚乳澱粉は正常種のトウモロコシ胚乳澱粉と比較して、以下に示すような非常に異なった性質を示した。1.高いアミロース含量、アミロースとアミロペクチンの中間画分の高い含量、アミロペクチン単位鎖の長い平均鎖長2.高い糊化温度、生澱粉分解酵素に対する高い抵抗性、X線回折図形がB型(正常種はA型)さらにae以外の澱粉の性質や含量に影響を及ぼす遺伝子とae遺伝子とが組み合わさった二重、三十変異体トウモロコシの胚乳澱粉の性質を調べた結果、以下のような結果が得られた。1.ae;sh4とae;bt1のアミロース含量は正常種とほぼ同様であった。2.ae;sh2とae;bt2のアミロペクチンの鎖長分布は正常種とほぼ同様であった。3.上記のような構造変化に伴う二重・三重変異体胚乳澱粉の糊化・老化特性、生澱粉分解酵素に対する消化性、X線回折図形などの物理化学的性質についても、ae遺伝子は他の遺伝子の影響を大きく受けていた。(すなわち、他の遺伝子を導入することにより、ae遺伝子単独の澱粉特性が大きく変化する。)次にae遺伝子座内が微細に異なるトウモロコシ胚乳澱粉の性質を調べた結果、アミロース含量、中間画分の含量、アミロペクチンの鎖長分布が様々に変化し、それに伴い、澱粉の糊化特性、結晶構造なども様々に変化していた。これらの結果から、今後、育種により、価値の高い利用特性をもったaeトウモロコシ澱粉が生み出されることが期待できる。