hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
将来的展望に立つ科学技術教育の具体的策定等に関する研究

来るべき「知的社会」において必要となる「知的人材」の養成のために,科学的判断力や推理力による自律的知識の探究力や運用力を重視する(1)新しい学力観,(2)教育課程と教育内容の体系化,(3)カリキュラムの基本的枠組みの確立,が必要である。1.将来的展望に立つ科学技術教育の新しい学力観の確立・カリキュラムの基本的枠組みの確立これまでに考察を重ねてきた科学技術教育課程を支える基盤としての新しい学力観を確立するにあたり,『新科学知(最先端の科学技術研究と学問中心の科学技術教育との融合)との名称を与えた学力観のモデルを構築した。モデルの第一の次元は個別科学としての物化生地,技術,数学,情報学から,人間・科学・文化に至る,学問体系としての科学技術体系である。第二の次元は,これまで心理学の分野で研究されてきた子どもの成長発達の次元である。そして第三の次元は,経済・産業・文化・社会の構造の変容の次元であり,ここでは創造性・先見性が重視される。この学力観はそのまま知的人材の育成のためのカリキュラムの基本的枠組みとなった。2.科学技術教育課程・教育内容の体系化とカリキュラム開発カリキュラム開発は,「科学技術教育」および「数理・情報教育」の2つの班が互いに連携を取りつつ作業を進めた。いずれの班でも重視されたのは上記学力モデルの第三の次元,すなわち経済・産業・文化・社会の構造変容と同期する形で変貌を遂げている科学技術,数理情報分野の内容の重視であった。科学技術教育では生命科学,物質科学等の内容が,数理・情報教育ではダイナミックな新数学像の検討やテクノロジー・オリエンテッドなカリキュラムの重要性が指摘された。本研究は、科学技術教育の将来的展望に立つ(1)新しい学力観の確立、とその実現のための(2)教育課程と教育内容の体系化、及び(3)カリキュラムの基本的枠組みの確立、を目的としている。このためには、できるだけ多くの知識の獲得を目標とする「発展途上国型教育課程」から、科学的判断力や推理力による自立的知識の探求力や運用力を重視する(1)「先進国型学力観」を確立すること、及び(2)諸外国の教育課程や教育内容に関する情報を収集・分析し、その結果を参考に(3)「先進国型教育課程」を策定することを目指している。研究を開始した初年度の本年は、以下の4点に主目標を置いた。すなわち、これまでの(1)科学技術教育の学力観の変遷を振り返りながらその分析を行い、(2)先進国型学力間の必須要素を取り出す。一方(3)先進諸外国の科学技術教育の教科書を収集し、それらの分析により(4)先進諸外国の教育目標や教育課程を抽出する。来るべき「知的社会」においては、これまでのような「ものの生産」を中核とした産業構造から、「情報」を中核とした産業構造に変化すると考えられる。このような社会が必要とする「知的人材」の養成を実現するためには、新しい学力観による科学技術教育が必要であり、ここではこのような「先進国型学力観」を「新科学知」(New Integrated Scientific Intelligence)と呼ぶ。すなわち、この「新科学知の概念」の確立と「新科学知の体系化」が本研究の最終目標の一つとなる。次に本年は、新たにナショナルカリキュラムが導入され、これに準拠した教科書が出そろったので、英国の学校教育で用いられている科学技術教育の教科書の主なものを収集した。現在これらの収集した教科書の内容の分析を行っている所である。来年度は、主として米国の学校教育で用いられている科学技術教育の教科書を収集し、分析する予定である。来るべき「知的社会」においては、これまでのような「ものの生産」を中核とした産業構造から、「情報」を中核とした産業構造に変化すると考えられ、このような社会が必要とする「知的人材」の養成を実現するためには、新しい学力観による科学技術教育が必要である。

本研究は、これまでのようなできるだけ多くの知識の獲得を目標とする「発展途上国型教育課程」から脱皮し、科学的判断力や推理力による自立的知識の探求力や運用力を重視し、あるいは創造性を養うような将来的展望に立つ科学技術教育の「先進国型教育課程」を確立するための、(1)新しい学力観の確立、その実現のための(2)教育課程と教育内容の体系化、及び(3)カリキュラムの基本的枠組みの確立、を目的としている。このための具体的な取り組みとしては、(1)これまでの我国の科学技術教育の学力観の変遷を振り返りながらその分析を行い、(2)先進諸外国の教育課程や教育内容に関する情報や、科学技術教育の教科書を収集し、(3)それらの分析により「先進国型学力観」の必須要素を取り出すとともに、(4)その教育目標や教育課程を抽出し、(5)我国の実状に見合った「先進国型教育課程」を策定することを目指している。本年度は昨年度に引き続き先進諸国の教育情報や教科書の収集と分析を継続的に続けると共に、カリキュラムの基本的枠組みを確立するためのモデルとなりうる学習モジュールの開発を試みた。すなわち子どもたちが「理科のよさ」を感得できるようなモデル学習モジュールや、創造性を伸長させるようなモデル学習モジュールなどの開発を試みた。これらにより我々が「新科学知」と呼んでいる「先進国型学力観」の概念の確立と「新科学知の体系化」の確立を目指している。1.将来的展望に立つ科学技術教育の新しい学力観の確立これまでに考察を重ねてきた科学技術教育課程を支える基盤としての新しい学力観を確立するにあたり,『新科学知』(最先端の科学技術研究と学問中心の科学技術教育との融合)との名称を与えた学力観のモデルを構築した。モデルの第一の次元は,個別科学としての物化生地,技術,数学,情報学から,人間・科学・文化に至る,学問体系としての科学技術体系である。第二の次元は,これまで心理学の分野で研究されてきた子どもの成長発達の次元である。そして第三の次元は,経済・産業・文化・社会の構造の変容の次元であり,ここでは創造性・先見性が重視される。これまでの学力観,これからの学力観をこの3次元モデルによって説明し,教育課程・教育内容の体系化グループとの連携を図った。2.科学技術教育課程・教育内容の体系化とカリキュラム開発カリキュラム開発は,「科学技術教育」および「数理・情報教育」の2つの班が互いに連携を取りつつ作業を進めた。いずれの班でも重視されたのは上記学力モデルの第三の次元,すなわち経済・産業・文化・社会の構造変容と同期する形で変貌を遂げている科学技術,数理情報分野の内容の重視であった。科学技術教育では生命科学,物質科学等の内容が,数理・情報教育ではダイナミックな新数学像の検討やテクノロジー・オリエンテッドなカリキュラムの重要性が指摘された。また,この作業の遂行にあたっては,単にこれからの教育内容を検討するばかりではなく,科学教育現代化の時代の問題点を探るために,当時の作業にあたった研究者を招聘して随時研究会を開催した。
新規低酸素細胞マーカーを用いた低酸素細胞の定量と放射線感受性との相関

固形腫瘍において、低酸素状態にある細胞は放射線感受性が低く治癒可能性を低下させると考えられている。新規低酸素細胞マーカーであるβ-D-IAZGP (Fox Chase Cancer Center Dr.Chapmanらのグループにより開発されたものであり、Dr.Chapmanより供与)を用いて担癌マウスにおける腫瘍内低酸素細胞分画の定量を行い酸素分圧測定の結果や放射線感受性との関連について検討した。【β-D-IAZGPの生体内動態】放射性ヨード(^<123>I)で標識したβ-D-IAZGPを腫瘍を移植したマウスに経静脈的に投与し経時的にγカメラで撮影した。マウスは5週齢のC3H/Heマウス雄を用い、腫瘍はマウス乳癌細胞を使用した。マーカー投与後、2時間から10時間で腎、肝、腸管からの排泄像がみられ、24時間後では相対的に腫瘍への高度な集積像が認められた。【β-D-IAZGPのマウス体内分布】担癌マウスに^<123>Iで標識したβ-D-IAZGPを経静脈的に投与し24時間後の臓器内、腫瘍内の分布をγカウンターを用いて計測した。単位重量器と同重量の血液との計数比(Organ-Blood Ratio)を求めた。正常臓器と比し、腫瘍で高い値が認められた。【腫瘍内酸素分圧および低酸素細胞分画】腫瘍の発育の種々の段階で、酸素分圧測定装置を用いて腫瘍内酸素分圧を測定した。また、^<123>Iで標識したβ-D-IAZGPを経静脈的に投与し24時間後の腫瘍内の分布をγカウンターを用いて計測した。腫瘍重量の増加に伴い酸素分圧の低下がみられ、腫瘍の重量とTumor-Blood Ratioには正の相関が認められた。このことからβ-D-IAZGPの低酸素細胞マーカーとしての有用性が示唆された。【腫瘍重量と放射線感受性】発育段階の異なるマウス移植腫瘍を照射した後に腫瘍を摘出し単細胞に分離してClonogenic assayを行った。腫瘍容積の増加に伴い放射線照射後の生残率は有意に増加しており、放射線抵抗性であることが示唆された。これらのことからβ-D-IAZGPの生体投与により腫瘍の放射線感受性を非侵襲的に予測できる可能性が示唆された。低酸素細胞の分画が放射線感受性に与える影響について解析するために、新規低酸素細胞マーカーであるβ-D-IAZGP(Fox Chase Cancer Center Dr.Chapmanらのグループにより開発されたものであり、Dr.Chapmanより供与)を用いて、その有用性を中心に検討した。Β-D-IAZGPは水溶性が高く血中半減期が短いため正常組織からの洗い出しが早く、低酸素細胞分画に特異的に集積する薬剤である。1.β-D-IAZGPの生体内動態:放射性ヨード(^<123>I)で標識したβ-D-IAZGPを腫瘍を移植したマウスに経静脈的に投与し経時的にγカメラで撮影した。マーカー投与後、早期に腎、肝、腸管からの排泄像がみられ、24時間後では腫瘍への相対的な集積の増加が認められた。2.腫瘍容積と低酸素細胞分画:マウスに腫瘍を移植し、腫瘍の発育の種々の段階で、^<123>Iで標識したβ-D-IAZGPを経静脈的に投与し24時間後の腫瘍内の分布をγカウンターを用いて計測した。個々のマウスに対し腫瘍単位重量あたりの計数、腫瘍と同重量の血液との計数比(Tumor-Blood Ratio)を求めた。腫瘍の大きさとTumor-Blood Ratioには正の相関が認められ、腫瘍容積の増加に伴い低酸素細胞分画が増加していることが示唆された。3.腫瘍重量と放射線感受性:発育段階の異なるマウス移植腫瘍を照射した後に腫瘍を摘出し単細胞に分離してClonogenic assayを行った。

【腫瘍内酸素分圧および低酸素細胞分画】腫瘍の発育の種々の段階で、酸素分圧測定装置を用いて腫瘍内酸素分圧を測定した。また、^<123>Iで標識したβ-D-IAZGPを経静脈的に投与し24時間後の腫瘍内の分布をγカウンターを用いて計測した。腫瘍重量の増加に伴い酸素分圧の低下がみられ、腫瘍の重量とTumor-Blood Ratioには正の相関が認められた。このことからβ-D-IAZGPの低酸素細胞マーカーとしての有用性が示唆された。【腫瘍重量と放射線感受性】発育段階の異なるマウス移植腫瘍を照射した後に腫瘍を摘出し単細胞に分離してClonogenic assayを行った。腫瘍容積の増加に伴い放射線照射後の生残率は有意に増加しており、放射線抵抗性であることが示唆された。これらのことからβ-D-IAZGPの生体投与により腫瘍の放射線感受性を非侵襲的に予測できる可能性が示唆された。
作物根の吸水特性を考慮した水田転換畑における土壌水分移動予測

水田転換畑の主要作物であるダイズは梅雨は生育初期にあたり,この時期の土壌の過湿はその後の生育収量を低下させる.安定した収量や品質を担保するには,ダイズ栽培期間中の土壌水分状態の把握,管理が重要である.作物は,根の分布や水分消費特性を変化させることによって多様な土壌水分条件(多湿・干ばつ)に適応している.しかし特に多湿条件における作物群落下の土中水分移動予測モデルは確立していない.本研究では,ダイズの栽培試験を基に,転換畑のような多湿条件にあるダイズ畑の土中水分移動予測モデルを構築することを目的としている.平成30年度は,時期ごとのダイズの根の分布と土壌水分分布の関連を調べるための栽培試験と,これまでに蓄積してきたデータを基に,ダイズ栽培中の土壌水分変動を予測するための数値シミュレーションモデルの検討を行った.ダイズの根の分布の特徴として,生育初期の土壌水分状態の影響を受け,生育初期に排水不良などによって多湿条件(ここでは地下水位10cm)にあると表層の根重割合が増加すること,栽培期間を通して排水良好にある場合(ここでは地下水位40cm)は,開花後から収穫時期までほとんど根重割合は変化しないことが確認された.また,表層付近は根重割合が高くても,収穫時期に近づくと灌漑(降雨)の度に土壌水分量が増加し,根の吸水速度が低下することが示唆された.また,前年度までに行った実験によって,排水良好の場合のダイズの水分消費速度は,播種から30日後ごろから増加し60日ごろにピークが見られたのに対し,生育初期に多湿条件にあった場合は水分消費速度が増加し始めるピークが遅いことが分かった.このような根重分布の土中鉛直分布や水分消費速度の時間変化を考慮することによって,ダイズ栽培期間中の土中水分移動予測の精度が向上した.農地における土壌水分移動現象の解明は,効率的な作物栽培や,土壌中の肥料や汚染物質動態の把握に有用である.近年の気候変動や水田転換のような土地利用変化に伴い,その重要性は増している.圃場スケールを対象にした土壌水分移動予測においては,これまでは作物による吸水を単純化して扱い,作物根-土壌間の水の動態は十分には検討されてこなかった.そのため作物の生育ステージや土壌深さ,過湿・乾燥などの土壌水分条件によっては土壌水分量の再現が難しかった.本研究では,水田転換畑を対象に土壌水分条件に応じて,生育段階ごとにどの土壌深さから吸水するかを考慮した土壌水分予測モデルを構築する.特に,日本に特徴的な湿潤環境下の排水不良条件に着目する.1年目のH27年は,約40×60×高さ60cmのコンテナに土壌を充填し,8株のダイズを栽培した.ここでは,正常生育のため地下水位を40cmに制御し,定期的に散水を行った.栽培期間を通して5深度の土壌水分連続モニタリングと供給・排水量,地下水位を測定した.またダイズ子実収穫後に深さごとの根量分布を測定した.開花期直後から水分消費量が急増し,また,深さ30cmまでの土壌水分量の減少,特に深さ520cmの土壌水分量の減少速度の増大が確認された.子実収穫後の根量分布は,地表面から深さ10cmまでに約46%,地表面から深さ20cmまでに約70%,深さ30cmまでに87%が存在していた.以上のように,正常生育条件下における栽培期間中の土壌水分消費速度,土壌深さ,根量に関する基礎データを得た.本研究は,圃場モニタリング,ダイズ畑模型実験,モデル検討の3要素を計画している.H27年度は圃場モニタリングに遅れが生じた.ダイズ畑模型実験は,計画では当該年度は装置の準備のみの予定であったが,上欄に示したように,栽培試験を行い深さごとの土壌水分変動と根量分布の調査を行った.また,次年度のダイズ畑模型実験に向けた,小型水分センサの作成については,出力に不具合が生じたものがあった.これについては原因を解明しながら改良,作成を行っている.次年度の実験においては,ややサイズが大きいが市販の水分センサを併用し補う.28年度は,粘性土を用いプラスチックコンテナにダイズを栽培するダイズ畑模型実験を行った.湿田(地下水位10cm),乾田(地下水位40cm)を想定し生育期間中の根圏の土壌水分変動を連続モニタリングした.実験はガラス室で行い,弘前市の過去の降水量データをもとに降雨を模した散水を行った.湿田,乾田ともに開花日を過ぎた播種後45日頃から消費水量が急増し,播種後100日頃から消費水量が減少し始めた.乾田では,開花日後深さ20cm程度までの土壌水分量の平均値が減少したのに対し,湿田は土壌水分量の低下はほとんど見られず,播種後100日を過ぎた頃から,灌漑(降雨)のたびに土壌水分量の平均値が徐々に増加した.灌漑前後の土壌水分量の鉛直分布を確認すると,湿田,乾田ともに盛夏は地下水位よりも浅い深さにおいて,速やかに,灌漑に伴う増加と蒸発散に伴う減少が生じた.播種後100日を過ぎると,湿田では灌漑と蒸発散に伴う土壌水分量の増減はほとんど見られず,乾田では,蒸発散に伴う土壌水分量の減少速度が盛夏と比較すると低下した.ダイズ収穫後に,深さごとの根量を調査した.湿田では,010cm深におよそ97%の根が集中していた.

乾田では,010cm深に75%,1020cm深に11%,2030cmに8%,3040cmに2%,4054cmに3%の割合で分布していた.以上の実験後,HYDRUS-1Dモデルを用い,生育期間中の土壌水分状態予測の数値計算を試みた.土塊や亀裂などの土壌構造を踏まえて土壌パラメータを決定し,最終的な根量の分布割合をモデルに組み込むと,乾田について,開花日を過ぎたころから播種後100日頃までの土壌水分の変動パターンをよく再現した.粘性土を用いたダイズ畑模型実験では,湿田・乾田の条件でダイズの生育期間を通して根圏の土壌水分変動や消費水量のデータを得ることができた.ただし,模型内に土を充填した際に表層に比較的大きな土塊が残っており(砕土率が低く),土壌水分動態への土壌構造の寄与が大きかった.29年度に,砂質土とともに,粘性土についても砕土率を高めて再びダイズ畑模型を作製,ダイズ栽培する予定である.水田転換ダイズ畑において,梅雨にあたる生育初期に土壌が過湿になりやすく,また生育初期の土壌の過湿はその後の生育および収量を低下させることが報告されている.そこで平成29年度は,生育期間を通して地下水位を40cmに保つ区(G40)と,梅雨の状況を模して根の活着から約1か月間のみ地下水位を10cmに保ち,その後地下水位を40cmとする変動区(G10-40)を設け,プラスチックコンテナにダイズを栽培するダイズ畑模型実験を行った.実験は,砂質土(高透水性)と粘質土(低透水性)それぞれについて行った.栽培実験は弘前大学内のガラス室にて行い,弘前市の平均的な降雨頻度と強度を参考に散水を行った.実験期間中,水分センサによって5深度の深さの土壌水分を連続測定した.収穫後にG40,G10-40区それぞれの根量分布を調べたところ,地表面から深さ10cmまでに分布する根重の割合が,粘質土ではそれぞれ約60%,75%であり,砂質土の場合は,それぞれ約74%,84%であった.したがって,根の分布は生育初期の土壌水分環境の影響を受けるといえる.また,土壌水分消費速度について,砂質土,粘質土どちらの場合も,G40区では播種から3090日ごろ,G10-40区では播種から6090日ごろに大きくなった.表層(深さ5cm)の平均的な土壌水分量は,開花期頃からやや減少し,収穫期に近づくと増加する傾向があった.これは昨年度行った同様の栽培試験においても確認された.栽培期間中の土中水移動計算をHYDRUS-1Dモデルを用いて行った.粘質土において,根の分布の変動と土壌水分消費速度の時間的変化を考慮することによって,特に、生育初期から子実肥大期ごろの計算の精度が向上した。平成28年度,29年度の2ヶ年で,粘質土・砂質土の2種類の土壌を用い土壌の水分状態(地下水位の高低)を変えた栽培試験を行い,ダイズ生育期間における各深さの土壌水分量等のデータを得た.ダイズ畑における土壌水分予測モデルの検討には,さらに生育期間中の根の分布の変化を把握する必要性があり,30年度に実験によってデータを得る.水田転換畑の主要作物であるダイズは梅雨は生育初期にあたり,この時期の土壌の過湿はその後の生育収量を低下させる.安定した収量や品質を担保するには,ダイズ栽培期間中の土壌水分状態の把握,管理が重要である.作物は,根の分布や水分消費特性を変化させることによって多様な土壌水分条件(多湿・干ばつ)に適応している.しかし特に多湿条件における作物群落下の土中水分移動予測モデルは確立していない.本研究では,ダイズの栽培試験を基に,転換畑のような多湿条件にあるダイズ畑の土中水分移動予測モデルを構築することを目的としている.平成30年度は,時期ごとのダイズの根の分布と土壌水分分布の関連を調べるための栽培試験と,これまでに蓄積してきたデータを基に,ダイズ栽培中の土壌水分変動を予測するための数値シミュレーションモデルの検討を行った.
大規模組合せ的システムの劣モジュウ解析に基づく基礎的研究

本研究では、大規模組合せ的システムの劣モジュラ解析の基礎となる、(1)劣モジュラ関数または双劣モジュラ関数で定まる組合せ的多面体の構造、(2)フローやカットなどのネットワーク最適化、および(3)劣モジュラ関数最小化の実用的アルゴリズムを与える多面体上の最小ノルム点問題、について研究を行った。その結果、(1)については、交差集合族上の劣モジュラ関数が非空基多面体を定めるか否かを判定するアルゴリズムを与え、二つの劣モジュラ・システムの共通部分問題に対して新解法を導いた。さらに、双劣モジュラ関数で定まる組合せ的多面体の構造を明らかにし、その多面体上の分離凸関数最小化問題に対する解法を与えた。また、双劣モジュラ関数と双方向フローの関係を明らかにした。(2)については、最大平均カットを見出す効率的アルゴリズムおよび最小費用フロー問題に対する投機的縮約と呼ぶ新しい手法を導入し、その有効性を明らかにした。(3)については、二つの多面体の最近点対を見出す双対アルゴリズムおよび多面体の超平面による切断面上の最小ノルム点を見出すアルゴリズムを与え、大規模問題への適用可能性を示した。本研究において大規模組合せ的システムの劣モジュラ解析の基礎的道具となるいくつかのアルゴリズムを与えたが、劣モジュラ解析を、大規模組合せ的システムに対する強力な一つのアプローチとするにはまだまだ道具が不足しており、基本的問題の把握とアルゴリズムの開発をすると共に、一つ一つのアルゴリズムの高速化、実用化もさらに進める必要がある。1。劣モジュラ解析の観点から、ネットワークなどの大規模組合せ的システムの信頼性解析や最適設計、ネットワークの連結度、頑健性、強化等に関連して現れる劣モジュラ構造の研究に関する文献調査をし、それらの分類、位置づけを行った。2。これらの調査研究の過程において、劣モジュラ解析と密接に関係する(1)ネットワークの容量拡大問題(2)部分空間内の最小ノルム点問題(3)双劣モジュラ・システムの提起などの新しい研究の方向が見出され、それぞれの問題に対する新解法を導出し、論文としてまとめ、理論的考察をさらに展開しつつある。ネットワーク容量拡大問題はネットワーク中の最大平均カットを見出す問題と密接に関係し、効率の良い解法を提案した。部分空間内の最小ノルム点問題については、P.Wolfeの算法を素直に拡張することによって効率の良い解法が与えられることを示した。双劣モジュラ・システムは、グラフ、ネットワーク、マトロイドなどを一般化した劣モジュラ・システムをさらに一般化した概念であるが、劣モジュラ解析において今後重要な役割を果たすと思われる組合せ的システムである。今年度の研究では、分離凸関数に対する貧欲算法と対称双劣モジュラ関数の基本的性質について研究した。

本研究において大規模組合せ的システムの劣モジュラ解析の基礎的道具となるいくつかのアルゴリズムを与えたが、劣モジュラ解析を、大規模組合せ的システムに対する強力な一つのアプローチとするにはまだまだ道具が不足しており、基本的問題の把握とアルゴリズムの開発をすると共に、一つ一つのアルゴリズムの高速化、実用化もさらに進める必要がある。
C型肝炎の病態におけるレドックス制御機構の関与

培養細胞(Jurcat cell line)を用い、H_2O_2を培地に添加した際のシグナル伝達の変化について検討した。酸化ストレスのシグナル伝達に重要な役割を持っているシグナル伝達分子としては、NFkB(Nuclear factor kB)あるいはSTAT3(Signal transducer and activator of transcription 3)が知られている。これらの分子は酸化的ストレスを受けると、リン酸化され、活性化されることが知られている。そこで我々はSTAT-3やIkBのリン酸化を指標として、細胞内のレドックス環境の評価をおこなった。具体的方法を述べると、RPMI 1640(+10%FBS)培地で培養したJurcat cellsにH_2O_2を添加し、一定時間培養後、細胞内蛋白を回収し、SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動を行いIkBおよびSTAT3に対する抗体およびリン酸化特異的抗体を用い、Western blottingによる検出を試みた。その結果、H_2O_2の処理時間および濃度は100mM、10-30分間の処理が適当であることがわかった。この条件を参考にし、健常人の末梢血単核球およぴC型肝炎患者における末梢血単核球を対象とし検討を行なっている。酸化的ストレスによるNO量の変動あるいは酸化(カルボニル化)蛋白質の量的変動についても検討を行う予定である。実際の生体内でのレドックス制御が抗ウイルス作用に関連を有するか検討した。C型慢性肝炎患者の末梢血単核細胞を採取し培養をおこない、レドックス制御因子であるグルタチオンとインターフェロンを単剤あるいは併用を行い、抗ウイルス蛋白にいかに影響するか検討した。インターフェロン単独に比べ、グルタチオン10^<-3>M併用した場合、2',5'-oligoadenylate synthtase活性は1.8倍上昇し(p<0.05)抗ウイルス効果が増強することがわかった。C型慢性肝炎患者に対するインターフェロンα治療時にグルタチオンを併用した場合投与中のHCVRNA消失率が単独群に比べ高いことがわかった。これらの結果は生体内のレドックス環境を維持することがインターフェロン治療の効果に関連することが示唆され、治療に応用可能と考えられた。我々はC型肝炎の病態を規定する宿主側の因子の一つとして、レドックス(REDOX:reduction and oxidation)制御機構に着目し、C型肝炎の病態におけるレドックス制御機構の果たす役割について解明し、C型肝炎の癌化のメカニズムに迫りたいと考えている。初年度である今年度は、まず、基礎的検討として、既存の培養細胞(Jurcat cell line)を用い、H_2O_2を培地に添加した際のシグナル伝達の変化について検討した。これらの分子は酸化的ストレスを受けると、リン酸化され、活性化される(NFkBの場合はinhibitorであるIkBがリン酸化を受け、分解され、活性化される)ことが知られている。そこで、我々は、STA-3やIkBのリン酸化を指標として、細胞内のレドックス環境の評価が可能ではないかと考え、以下の実験を立案した。

具体的方法を述べると、RPMI1640(+10%FBS)培地で培養したJurcat cellsにH_2O_2を添加し、一定時間培養後、細胞内蛋白を回収し、SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動を行い、IkBおよびSTAT3に対する抗体およびリン酸化特異的抗体を用い、Western blottingによる検出を試みた。その結果、H_2O_2の処理時間および濃度は100mM、10-30分間の処理が適当と考えられた。今後、この条件を参考にし、健常人の末梢血単核球およびC型肝炎患者における末梢血単核球を対象とし検討をおこなう予定である。また、酸化的ストレスによるNO量の変動あるいは酸化(カルボニル化)蛋白質の量的変動についても検討を進めていく予定である。酸化ストレスのシグナル伝達に重要な役割を持っているシグナル伝達分子としては、NFkB(Nuclear factor kB)あるいはSTAT3(Signal transducer and activator of transcription3)が知られている。これらの分子は酸化的ストレスを受けると、リン酸化され、活性化される(NFkBの場合はinhibitorであるIkBがリン酸化を受け、分解され、活性化される)ことが知られている。そこで我々は、前年度の基礎的検討をもとに、STAT-3やIkBのリン酸化を指標として、細胞内のレドックス環境の評価を試みた。具体的には健常人およびC型慢性肝炎患者の末梢血単核球をRPMI1640(+10%FBS)培地で培養し、H_2O_2(100mM)を添加し、10-30分間培養後、細胞内蛋白を回収し、SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動を行い、IkBおよびSTAT3に対する抗体およびリン酸化特異的抗体を用い、Western blottingによる検出を試みたが、健常人およびC型慢性肝炎患者間で有意な差は認められなかった。また、酸化的ストレスによるNO量の変動あるいは酸化(カルボニル化)蛋白質の量的変動についても検討を行ったが、健常人およびC型慢性肝炎患者間で有意な差は認められなかった。測定条件の再検討が必要と考えるがそれとともに、今後、他の指標、たとえば、酸化的ストレスの指標として最近話題になっているミトコンドリアDNAの変化についても検討したいと考えている。既存の培養細胞(Jurcat cell line)を用い、H_2O_2を培地に添加した際のシグナル伝達の変化について検討した。酸化ストレスのシグナル伝達に重要な役割を持っているシグナル伝達分子としては、NF_κB(Nuclear factor κB)あるいはSTAT3(Signal transducer and activator of transcription 3)が知られている。これらの分子は酸化的ストレスを受けると、リン酸化され、活性化されることが知れている。そこで我々はSTAT-3やIκBのリン酸化を指標として、細胞内のレドツクス環境の評価をおこなった。
椎間板変性および変形性関節症におけるIX型コラーゲンTrp多型の役割

IX型コラーゲンは、軟骨組織の主成分であるII型コラーゲンの表面に特定のアミノ酸間でクロスリンクすることにより、軟骨マトリックスの恒常性維持に重要な働きをしていると考えられる。IX型コラーゲンの遺伝子多型(本稿ではTrp多型と記載する)は、コラーゲンには通常存在しないトリプトファンが導入されるミスセンス変異である。本研究の目的はIX型コラーゲンのTrp多型が軟骨の変性に果たす役割を調べることにある。日本人84例の腰椎椎間板ヘルニアの手術患者を対象にして、血液採取を行い、まずTrp多型の有無と頻度を調べた。するとTrp2多型(col9a2遺伝子に存在する)は18例(21.4%)、Trp3多型(col9a3遺伝子に存在する)は0例であり、これは先に調べた健常日本人124名の検討(Trp2多型26名(21%)、Trp3多型0名(0%))とほぼ同率であり、日本人ではTrp2多型のあることと、手術が必要な臨床症状を有する椎間板疾患の罹患しやすさとは関連のないことがわかった。そこでその他の腰椎椎間板変性に関するパラメーター(MRI所見(Schneidermann分類を用いた変性度)、年齢、Body Mass Index(BMI)、重労働や喫煙歴の有無などとの相関関係を調べた。するとTrp2多型は40歳未満においてMRI上の椎間板変性スコアと有意の相関があった。これはTrp2多型が若年発症の腰椎椎間板ヘルニア症例においてより重度の椎間板変性に関与していること、すなわち若年において重症化の増悪因子として働いている可能性のあることが示唆された(Higashino, et. al. Int Orthop.2007;31(1):107-11)。現在、この84例の腰椎手術で採取した摘出椎間板組織を用いてII型、IX型、XI型コラーゲンを分離精製し、ウェスタンブロットによる解析を行っている最中である。現時点では、コントロール(切断肢から採取)の関節軟骨組織と比較して、変性椎間板組織から精製されるIX型コラーゲンはきわめて微量であることがわかった。このことは変性を起こした椎間板組織では早期に分解を受けていることを示唆している。また同時に変形性膝関節症症例の変性関節軟骨組織も解析を行ったが、IX型コラーゲンの精製が困難なため結果を得ることができなかった。本研究の目的はD(型コラーゲンのTrp多型が軟骨の変性に果たす役割を調べることにある。これはTrp2多型が若年発症の腰椎椎間板ヘルニア症例においてより重度の椎間板変性に関与していること、すなわち若年において重症化の増悪因子として働いている可能性のあることが示唆された。また同時に変形性膝関節症症例の変性関節軟骨組織も現在採取中であり、今後解析を予定している。

するとTrp2多型(col9a2遺伝子に存在する)は18例(21.4%)、Trp3多型(col9a3遺伝子に存在する)は0例であり、これは先に調べた健常日本人124名の検討(Trp2多型26名(21%)、Trp3多型0名(0%))とほぼ同率であり、日本人ではTrp2多型のあることと、手術が必要な臨床症状を有する椎間板疾患の罹患しやすさとは関連のないことがわかった。そこでその他の腰椎椎間板変性に関するパラメーター(MRI所見(Schneidermann分類を用いた変性度)、年齢、Body Mass Index(BMI)、重労働や喫煙歴の有無などとの相関関係を調べた。するとTrp2多型は40歳未満においてMRI上の椎間板変性スコアと有意の相関があった。これはTrp2多型が若年発症の腰椎椎間板ヘルニア症例においてより重度の椎間板変性に関与していること、すなわち若年において重症化の増悪因子として働いている可能性のあることが示唆された(Higashino, et. al. Int Orthop.2007;31(1):107-11)。現在、この84例の腰椎手術で採取した摘出椎間板組織を用いてII型、IX型、XI型コラーゲンを分離精製し、ウェスタンブロットによる解析を行っている最中である。現時点では、コントロール(切断肢から採取)の関節軟骨組織と比較して、変性椎間板組織から精製されるIX型コラーゲンはきわめて微量であることがわかった。このことは変性を起こした椎間板組織では早期に分解を受けていることを示唆している。また同時に変形性膝関節症症例の変性関節軟骨組織も解析を行ったが、IX型コラーゲンの精製が困難なため結果を得ることができなかった。
縄文時代における栽培植物の帰属年代の再検討および貯蔵穴出土堅果類の年代決定

栽培植物では調査が古いために試料自体が行方不明になっていたり、近年の調査のものでも出土量が少ないために試料を提供してもらえず、実際に炭素14年代測定をできたのは東京都下宅部遺跡の5点のみであった。このような問題は当初から予想できたため、その場合は低湿地型貯蔵穴等から出土した堅果類の年代を決定することとし、6遺跡32点の炭素14年代測定を実施して所属年代を決定した。本研究の年代の再検討や年代決定にあたっては、相対年代では土器型式編年、絶対年代では炭素14年代およびそれを西暦に換算した較正年代を活用している。(1)炭素14年代測定用試料の選定と採取先行研究を参考にしながら新たに出土した類例や遺漏のあった類例を補いながら資料を集成し、その中から研究上意味があって出土量が多い栽培植物・堅果類を選定した。そして19年度は6遺跡23点の測定を実施することとし、その内訳は石川県三引遺跡9点、同県中屋サワ遺跡1点、同県米泉遺跡1点、同県真脇遺跡2点、東京都下宅部遺跡5点と大阪府三宅西遺跡5点である。(2)加速器炭素14年代測定のための前処理と測定炭素14年代測定の試料である栽培植物・堅果類の前処理(化学処理グラファイト化)は、研究協力者の工藤雄一郎が担当した。炭素14年代測定は加速器質量分析計が設置されている名古屋大学年代測定総合研究センターに依頼する予定であったが、19年度秋から建物の耐震改修工事が始まり、同センターで測定することができなくなった。そのため民間機関に測定を依頼した。(1)炭素14年代測定用試料の選定と採取先行研究を参考にしながら新たに出土した試料や遺漏のあった試料を補足し、それらの中から研究上意味がある栽培植物を対象とした。しかしながら栽培植物は出土量が少なかったり、調査が古いものでは試料自体が行方不明になっており、対象からはずさざるをえなかった。この問題点は当初から予想できたため、そのような場合は低湿地型貯蔵穴から出土した堅果類で測定する計画をたて、予定どおり実施した。20年度は4遺跡19点の測定を行い、その内訳は石川県三引遺跡7点、ダイラクボウ遺跡9点、米泉遺跡1点、八日市地方遺跡2点である。(2)加速器質量分析計による炭素14年代測定名古屋大学には学内の共同利用施設として年代測定総合研究センターがあり、同センターには炭素14年代測定用の加速器質量分析計が設置されている。それで当初は前処理・測定を依頼する予定であったが、1年間の測定数に限度があり、年度内に実施できる見込みがたたなかったことと測定代金がかわらないことから、民間の測定機関に依頼した。
津波被災地域における農地利用集積の進展に対応した農業用水管理合理化対策の構築

農地利用集積の進展に対応した農業用水管理合理化のためには,末端農業水利施設や草刈等の管理時間の削減を可能とする設計面での工夫と設計基準等の見直しが求められる。また,土地改良区とムラによる重層的灌漑管理構造と多面的機能支払交付金制度を活用したムラ間の作業受委託を可能とする相互扶助の仕組みとして,各ムラのローカルルールを尊重した広域的な「緩い」連携・統合が有効であることがわかった。その事務局機能を担うのは,土地改良区やNPO等が適当であり,ICT導入により農業水利管理の合理化と管理ルール等のアーカイブ化,可視化を進め,持続的な農業水利管理に繋げることが必要である。平成27年度は基礎的作業として東日本大震災の被災地等の農業用水管理や土地改良区運営の実態調査等を行った。(課題1)農業用水管理の実態調査:まず、予備的調査として、宮城県沿岸部の被災土地改良区(亘理土地改良区、名取土地改良区、仙台東土地改良区)と内陸部の土地改良区(大崎土地改良区)へのインタビュー調査を行った。その結果、特に被災土地改良区において復興後の農業用水管理に課題を抱えていることがわかったことから、宮城県内の52の土地改良区を対象にアンケートおよびヒヤリング調査を実施した。また、課題解決の参考とするため、新潟県見附市の多面的機能支払交付金活動組織における農業用水管理組織の調査を行った。調査結果については、農業農村講学会大会講演会および宮城大学研究フォーラムにおいて口頭発表を行った。また、農業農村工学会誌に投稿し2016年7月号に掲載予定である。(課題2)農業用水管理の合理化に向けた手法・技術の調査・整理: GISを活用した農業用水管理に関する情報収集のため、山形県河北町の畑中集落を調査し、多面的機能支払交付金における地域資源管理に活用されいる状況を確認した。また、宮城県の大崎土地改良区(下中目二集落)および仙台東土地改良区(三本塚集落)をケーススタディとして、農業用水管理のGIS化に取り組み、有用性を確認した。(課題3)土地改良区運営実態の調査:宮城県内の12の被災土地改良区における平成22年度から26年度までの決算資料を収集し、一般会計における収支状況を整理し分析した。また、被災土地改良区へのインタビュー調査を行い,決算資料の分析結果を補完した。土地改良区合併の課題については、大崎土地改良区における合併の際の課題等を調査・整理した。開発途上国における農業用水管理については、アフリカのマラウイ共和国のブワンジェバレー地区における農業用水の維持管理手法を調査した。研究の進捗状況については、概ね計画どおりである。1.農地利用集積の進展が農業用水の管理に及ぼす影響の調査・整理について:宮城県内の52の土地改良区を対象にアンケートおよびヒヤリング調査等を実施した結果、農地利用集積が急速に進み大規模農業経営体が続々と誕生している中で,従来のムラの枠組みによる維持管理作業を維持していくだけでは,問題は解決しないことがうかがわれた。対策の検討にあたっては,見附市の事例に見られるように、土地改良区や市町村単位での広域的な「括り」による多面的機能支払交付金の活用と,様々なローカルルールを包含した柔軟性の高さが鍵となることがわかった。2.ICT技術や農業用水管理体制の再構築を含めた農業用水管理合理化対策の分類・体系化について:山形県河北町の畑中集落におけるGISを活用した地域資源管理の事例や、宮城県の大崎土地改良区(下中目二集落)および仙台東土地改良区(三本塚集落)における農業用水管理のGIS化の試行により、農業用水管理におけるGISの有用性を確認した。一方で、集落組織が導入可能なGISのインターフェースや費用問題が鍵になることを確認した。3.農業用水管理の主体である土地改良区運営の合理化やPIMの視点を含めた農業用水管理合理化対策の構築について:宮城県内の12の被災土地改良区における運営状況の調査では、被害の程度により状況に違いはあるが、震災後2年程度は非常に厳しい運営状況にあったことがわかった。被災地域では、運営問題の根本的な解決のために土地改良区の合併が進められている地域もあるが、組織の合併は様々な課題を抱えていることから、過去の事例の分析・紹介が有用であることを確認した。また、農業用水管理に係る日本の手法は、途上国の事情に合わせた上で、適用可能であることを確認した。平成28年度は前年度に引き続き東日本大震災の被災地等の農業用水管理及び土地改良区運営の実態調査並びに大規模農業経営体の農業用水管理の実態調査を行った。(課題1)農業用水管理と農地利用集積の実態調査:仙台東、亘理、北上川沿岸土地改良区を対象に土地改良区職員等へのインタビュー調査、仙台東土地改良区管内の旧荒浜集落の農業生産法人を対象に農業水利管理の実態調査を行った。亘理、北上川沿岸土地改良区の大規模農業経営体への調査では、農業水利施設の維持管理作業が経営体の大きな負担となっていることを再確認した。またGISを活用し復興農地整備の換地作業と農業用水管理を一体的に効率化できることがわかった。(課題2)農業用水管理合理化に向けた検討課題の分類・体系化と対策案の検討:名取土地改良区管内の2ha標準区画ほ場の排水路の暗渠化や広幅畦畔による草刈作業の機械化など、ハード面での農業用水管理合理化の効果を確認した。

一方で、水田の畑地化を見据えた農業用水管理合理化に向けて、気象や土壌水分等のデータが必要になることから、効率的なデータ収集手法を研究項目に追加した。農業用水管理組織については、新潟県見附市の事例から、組織機能の統合による維持管理作業の共助化の推進が有効と考えられた。調査結果については、農業農村工学会大会講演会で口頭発表したほか、農業農村学会誌に投稿発表した。(課題3)土地改良区合併の経験知の調査:組織合併だけでなく、組織機能の統合による維持管理作業の共助の推進が有効であることがわかった。仙台東土地改良区管内の荒浜集落において多面的機能支払を活用し旧住民による維持管理共同作業を継続しており、同制度が被災地において有効に活用されいることがわかった。また亘理土地改良区管内の逢隈地区における調査では、従来からの出不足金(罰金)の維持が確認できた。1.農地利用集積の進展が農業用水の管理に及ぼす影響の調査・整理について:津波被災地における大規模農業経営体への調査では、田植終了後から稲刈直前まで草刈作業が続き農業用水の維持管理作業の負担が大きいことがわかり、仮説の正しいことが検証できた。また、土地改良区や大規模農業経営体による状況や対応の違いがあることから、様々なローカルルールの違いを包含した柔軟性の高さと広域的な組織機能の統合が鍵となることが明らかとなった。2.ICT技術や農業用水管理体制の再構築を含めた農業用水管理合理化対策の分類・体系化について:2ha標準区画の効果検証を通して、排水路の暗渠化や広幅畦畔の設置など作業量の削減や機械作業化を可能とする設計の効果が高いことを確認した。また農業用水管理のGISによる可視化の有用性を確認した。なお、少数の経営体が地区全ての分水手法等を把握するのは困難だが、渇水時における用水供給のGISによるシミュレーションなど、GISは農業用水管理の可視化と同時に合理的・省力的なストラテジーにも寄与する可能性のあることがわかった。農業用水管理も農地集積も土地と人を対象としており、その基礎となる換地とその実務を担う土地改良区の重要性が明らかとなった。3.農業用水管理の主体である土地改良区運営の合理化やPIMの視点を含めた農業用水管理合理化対策の構築について:土地改良区により状況の差はあるが運営は安定してきている。しかし被災農地への賦課ができなかったことに起因する財政的危機にみられるように、土地改良区の運営基盤は脆弱ともいえる。その一つの解決手法が合併だが、組織の統合は様々な困難を抱えており、宮城県における土地改良区合併も計画どおりには進んでいない。一方で、土地改良区組合員の激減も予想されることから、合併だけでなく組織機能の統合も選択肢とされるべきであることが明らかとなった。平成29年度は前年度までの研究成果を踏まえ、調査結果のとりまとめ・検証や補足調査を行った。また、農業用水管理の合理化対策を検討するに当たって有用なツールと考えられるGISを活用した土地改良区業務支援システムの構築に取り組んだ。さらに、水田の畑利用の用水対策の基礎となる土壌や気象特性の簡易的な調査手法の構築に取り組んだ。(課題1)農業用水管理と農地利用集積の実態に係る情報の検証:調査・分類・体系化した情報の内容と確かさについて,県・土地連・土地改良区の職員に対して聞き取り等を行い、内容の検証を行った。
里山における外来生物の侵入状況と在来昆虫へのリスク評価

広義の里山における外来生物の侵入状況と在来昆虫への影響に関する調査を、大阪府内の里山林、稲作水系、河川などにおいて実施し、侵略的外来種を含む多くの外来生物の生息を確認した。多くのため池や淀川わんどでは外来種が動物群集の優占種になっていたほか、北部の里山林では在来のニホンジカによる植生変化が確認された。また、シルビアシジミ(絶滅危惧種)大阪個体群について、外来牧草への寄主転換と分布拡大の状況を明らかにし、最近南関東に侵入し、侵略性未知のアカボシゴマダラ外来亜種について、日本固有亜種に対するリスク評価を飼育実験等により解析した。外来生物の侵入状況を泉佐野市、大阪狭山市などのため池で調査した。泉佐野市のため池群では5綱17目69種の水生動物が記録され、7種が外来種、7種が環境省や大阪府のレッド種であり、外来種の多い池ではレッド種が少ない傾向があった。大阪狭山市の副池では、同池の水辺に接するビオトープ池を含めて7綱16目43種の水生動物が記録され、5種が外来種、3種がレッド種であった。同ビオトープ池では4種の外来種が見られたが、副池本体に多いブルーギルは確認されなかった。これはこのビオトープ池が浅いことや増水時にのみ水面がつながる構造のためと考えられた。この他、チョウ類やガ類、トンボ類、ゴミムシ類などを対象とした調査では外来種は確認されなかった。最近、関東地方に侵入したアカボシゴマダラ外来亜種(タテハチョウ科)の生活史形質と寄主植物選好性を室内実験により調査した。その結果、この外来亜種は北海道から奄美群島の各地で定着可能であり、奄美群島に侵入した場合、そこに生息する日本固有亜種との競合・交雑の恐れがあることが明らかになった。環境省の絶滅危惧種であるシルビアシジミの各地の個体群について、ミヤコグサとシロツメクサに対する選好性を室内実験により調査した。その結果、兵庫県相生市の個体群は本来の寄主であるミヤコグサのみを選好するが、野外でシロツメクサ利用が知られている千葉県鴨川市と大阪府豊中市・吹田市の個体群はシロツメクサに対する選好性も示すことが明らかになった。外国産亜種の野外遺棄により在来亜種との遺伝子撹乱が知られているヒラタクワガタについて、和歌山、京都、滋賀、兵庫各府県産の個体を用いてMtDNA(COI領域、439bp)の解析を行った。データベースと照合したところ、調査した個体はいずれも沖縄産とは明確な違いが認められたが、互いに数塩基の違いしかなく、国外を含めた他の亜種と交雑したと考えられる個体は認められなかった。広義の里山への外来生物の侵入状況を近畿地方の里山林と河川周辺を中心に調査した。淀川河川敷では、早春のヨシ焼きで知られる鵜殿のヨシ原などで地表性甲虫を主体とする野外調査を実施したが、外来種の侵入は認められなかった。しかし、調査の過程で高槻市の淀川河川敷に要注意外来生物のホソオアゲハが侵入し、同じウマノスズクサを食草とする在来種のジャコウアゲハと同所的に発生していることが明らかになった。今後の動向を見守る必要がある。(財)大阪みどりのトラスト協会が里山林の管理を実施している能勢町の「三草山ゼフィルスの森」において、鱗翅目昆虫の周年調査を行った。チョウ類についてもガ類についても、外来種の侵入は認められなかったが、野生獣の食害による林床植生の劣化が疑われた。大阪の北部には特定外来生物のアライグマも侵入していることから、次年度は詳細な調査を実施する。これ以外にも、今年度は、里山林におけるアルゼンチンアリなどの侵略的な放浪アリ類の侵入状況調査、里山の水域における水生動物調査、外来種シロツメクサに寄主転換したシルビアシジミ大阪個体群の寄主植物選好性と共生細菌、遺伝的多様性との関係の解析、最近、日本の西南部に急激に分布を拡大したクロマダラソテツシジミやイチジクヒトリモドキの分布変化と生活史調査などを実施し、現在解析を行っている。里山林については、外来生物の侵入状況と植生管理との関係を明らかにするために、大阪府内の管理状況が明らかな6ヶ所の里山林を選定し、外来動植物のルートセンサス調査を行った。その結果、草本植物では14種の特定・要注意外来生物、および18種の帰化植物が記録され、これらの外来植物の種数と在来植物の種数の比(NA比)は利用者が多い里山林で大きな値を示し、とくに草地環境で高い傾向が認められた。また、外来種除去を含む林床植生管理を手作業で行っている里山林ではNA比が小さかった。

外来動物については、ソウシチョウとタイワンリスが目視確認されたのみであったが、在来種であるニホンイノシシの掘り起こし痕が全調査地で、ニホンジカによる草本への採食痕が北部の調査地で認められた。これらの結果は、里山林の在来生態系は外来生物だけでなく、野生獣からもまもる必要があり、その際は人手によるきめ細やかな植生管理が有効であることを示している。淀川河川敷では、中流域のワンド水域において水生外来動物の調査を実施した。その結果、水生昆虫28種を含む58種の水生動物が確認されたが、13種が特定・要注意外来生物を含む外来種であり、スクミリンゴガイが超優占するなど全個体数の82%を占めた。淀川のワンドでは、近年、イタセンパラなどのタナゴ類の衰退が顕著であるが、外来魚による捕食のほか、寄主となる二枚貝類の減少が危機要因として指摘されている。今回の調査結果もそれを裏付けるものであり、とくにスクミリンゴガイが重要な要因である可能性を示唆した。
ミズナラのフェノロジーに関連づけた適応的遺伝子の網羅的探索

ミズナラは日本列島に広く分布するが、北東日本と南西日本では氷河期以降の分布の拡大様式に大きな違いが見られる。分布の拡大と定着は異なる地域環境への適応によってもたらされたはずである。本研究では日本の南北の各地から種子を採集し、一カ所に植栽した材料についてフェノロジーに違いが生じるかどうかを観察し、さらにこれに違い与えたと考えられる遺伝子を適応的な遺伝子の候補として同定し、集団遺伝学的手法によって自然選択の検出を試みた。ミズナラ(Quercus mongolica var.grosseserrata)は、遺伝的に北東日本と南西日本の2つのグループに分かれる事が知られており、北と南で異なる選択圧を受けてきたことが考えられた。適応は光環境の違いに対する異なる応答能力によってもたらされたと考え、そのターゲットとして光受容体タンパク質であるフィトクロムに着目し、遺伝子構造の解明および集団解析を行った。これまでにDegenerate PCRによってミズナラでは3種類のフィトクロム遺伝子(PHYA,PHYB/D,PHYE)が存在することが分かっていたが、それらの配列情報をもとにサザンハイブリダイゼーションを行った結果、各フィトクロムはシングルコピーとして存在することが確かめられた。これらについてInverse PCRを行いExon I内の約1.5kbの領域の多重アラインメントを行った所、PHYB/DとPHYE間の相同性が最も高く、PHYAと他2種間では低いことが分かった。現在ミズナラcDNAライブラリーを作製し、これから核遺伝子のクローニングと構造決定を行っている。またこれらの遺伝子について、南北6集団、各集団28個体の配列を決定し、集団解析を行った結果、北方集団のPHYAおよびPHYB/Dは、南方集団より変異の程度が高いことが分かった。一方日本各地で採集し、北大実験苗畑で育成したミズナラについて葉のフェノロジーを観測した。この結果、南方集団のもので開葉が遅れる傾向が3年連続で確認できた。さらにミズナラと共存するブナとカンバ類などブナ目樹種の被食防衛機構を追跡した。この結果、ミズナラは窒素沈着の影響を受けやすく、高窒素環境では被食防衛能力が著しく低下することが解った。開芽時期の違いだけではなく、生物ストレスというべき病虫害への応答もミズナラの分布に大きな影響を与えることが示唆された。ミズナラ(Quercus mongolica var. crispula)は日本の冷温帯を代表する樹種であるが、これまでの研究から、東北日本の集団と南西日本の集団は気候に対する異なる適応過程を経てきたことが示唆された。このことから北方集団と南方集団ではフェノロジー、特に光環境の変動に対して異なる応答を示すことが予想できる。これを指標にして環境変動への適応過程に関与する遺伝子のスクリーニングを試みる。すでに日本の各地で採集したミズナラ種子を北海道大学札幌研究林圃場および愛媛大学農学部苗畑に育成しているので、これについてのフェノロジーを観察すると共に、いくつかの遺伝子をクローニングし、分子集団遺伝学的解析を行って自然選択の有無を調べる。本年度は以下のような結果が得られた。(1)フィトクーム遺伝子の分子集団遺伝学的解析:ミズナラについて、すでに三つの遺伝子、PHYA,PHYB/D,PHYEがあることがこれまでに明らかにされている。日本の南北それぞれから8集団を選び、各集団8個体についてそれぞれの遺伝子1000bp前後の配列を決定した。集団全体の塩基多様度(π)は3遺伝子それぞれで、0.00178,0.00135,0.00199となり南北では有意な差が見られなかった。また同義、非同義サイトに分けて中立性の検定を行ったが自然選択は検出できなかった。(2)ミズナラのcDNAライブラリー作成およびESTマーカー作成:南北集団のミズナラの冬芽からRNAを抽出し、cDNAライブラリーの作成を試みた。(3)フェノロジーの観察測定:ミズナラの葉のフェノロジーを主軸の成長の実測と写真を用いて追跡した。この結果、南の産地の開葉が遅れる傾向が4年連続で確認できた。さらにミズナラと共存するブナの被食防衛の追跡を継続するとともに、増加してきた窒素沈着と窒素酸化物由来のオゾンの影響を確認した。高窒素下ではミズナラは秋伸びを起こしやすかった。一方、夏からのオゾンの影響はブナの気孔閉鎖能力を劣化したが、ミズナラには明瞭な影響が見られなかった。1)環境変動に応答して適応的に働いている遺伝子の候補としてフィトクーム遺伝子に注目し、その発現調節に地域的な差違が存在するかどうかを調べた。材料として全国各地から採集し、北大実験圃場(札幌市)に植栽した実生を用いた。ミズナラのフィトクームについてはすでにPhyA, PhyB, PhyEの3つの遺伝子がクローニングされているので、9時、13時、17時に、日本の南北3集団ずつ、合計6集団の葉を採集し、RNAを抽出してRT-PCRをもちいてこれらの遺伝子の発現量の違いを調べた。