hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
個葉レベルから樹冠レベルへ;生態生理情報を利用した新しいスケールアップ手法の提案

地球科学あるいは森林を取り巻く諸科学の発展には、これまで得られた情報を時間、スケール(サイズとスペース)のなかで捉え直す必要があることが認識される必要がある。例えば個葉レベルから樹冠レベル、さらにはメソスケールへスケールアップ、あるいはそれとは逆に、リモートセンシングや航空写真からのスケールダウンによる検証、あるいは予測など双方向の情報認証が大変重要になる。しかしながら、多くの生理生態学の情報は、個葉のある一定環境条件下の情報にすぎない。環境科学が地域からグローバルレベルへと加速度的にダイナミックに融合していく中で、これらの情報を樹冠の中で捉え直し、かつ情報の変異として捉えていく必要がある。ある一定のコンセンサスを受けるような手法を開発する必要がある。本年度は樹冠内の光合成の多様性について下記の実験を行った。(1)前年度に引き続き、樹冠層(地上722m)において自由に移動できるジャングルジム型のタワーを利用して樹冠内の光合成特性の解析を行った。光合成蒸散測定装置を用いて、光合成速度、蒸散速度の日変化を測定した光条件は定常条件における光合成・蒸散能力のパラメータ評価を行った。(2)光呼吸の解析:クロロフィル蛍光反応測定装置(Mini-Pam)を用いて、電子伝達率を測定し、光の捕捉能率や過剰エネルギーの放出能力を評価した(3)樹冠内のルビスコ、フラボノイド、クロロフィル・キサントフィルプールサイズ、窒素濃度などの解析:光合成を律速するクロロフィル量とそのa/b比、葉の窒素濃度を月2回の予定で定期的に調べた。樹冠内のルビスコおよびフラボノイドの蓄積量の日変化および季節変化を調べた。(4)樹冠内の比面積の解析:光合成・蒸散速度、クロロフィル蛍光反応などを調べた葉の形態的な特性、たとえば比葉面積(SLA)を測定し、葉層ごとに光強度の履歴に対する生理反応の多様性を調べた。(5)環境因子の計測:樹冠内の数カ所に気温・湿度センサーを配置し樹冠内の飽差勾配を10分間隔で計測した。ブナ樹冠最上層の葉が強光時に日中低下を起こすのは葉面飽差の増大による気孔閉鎖が主な原因である。この気孔閉鎖は細胞間隙内CO_2濃度の低下を引き起こし、光阻害の危険性を増大させるが、光呼吸の増加とキサントフィルサイクルによる熱放散によって光阻害を回避していると考えれる。しかしながら、おおくの情報は、個葉のある一定環境条件下の情報にすぎない。(1)樹冠層(地上722m)において空間を自由に移動が可能になるジャングルジムを製作した。(2)樹冠内の光合成特性の解析:光合成蒸散測定装置を用いて、光合成速度、蒸散速度の日変化を測定した。光条件は定常条件における光合成・蒸散能力のパラメータ評価を行った。(3)光呼吸の解析:クロロフィル蛍光反応測定装置(Mini-Pam)を用いて、電子伝達率を測定し、光の捕捉能率や過剰エネルギーの放出能力を評価した。(4)樹冠内のルビスコ、フラボノイド、クロロフィル・キサントフィルプールサイズ、窒素濃度などの解析:光合成を律速するクロロフィル量とそのa/b比、葉の窒素濃度を月2回の予定で定期的に調べた。(5)樹冠内の比面積の解析:光合成・蒸散速度、クロロフィル蛍光反応などを調べた葉の形態的な特性、たとえば比葉面積(SLA)を測定し、葉層ごとに光強度の履歴に対する生理反応の多様性を調べた。(6)環境因子の計測:樹冠内の数カ所に気温・湿度センサーを配置し、樹冠内の飽差勾配を10分間隔で計測した。この気孔閉鎖は細胞間隙内CO_2濃度の低下を引き起こし、光阻害の危険性を増大させるが、光呼吸の増加とキサントフィルサイクルによる熱放散によって光阻害を回避していると考えられる。例えば個葉レベルから樹冠レベル、さらにはメソスケールヘスケールアップ、あるいはそれとは逆に、リモートセンシングや航空写真からのスケールダウンによる検証、あるいは予測など双方向の情報認証が大変重要になる。環境科学が地域からグローバスレベルへと加速度的にダイナミックに融合していく中で、これらの情報を樹冠の中で据え置し、かつ情報の変異として捉えていく必要がある。

(1)前年度に引き続き、樹冠層(地上722m)において自由に移動できるジャングルジム型のタワーを利用して樹冠内の光合成特性の解析を行った。光合成蒸散測定装置を用いて、光合成速度、蒸散速度の日変化を測定した。光条件は定常条件における光合成・蒸散能力のパラメータ評価を行った。(2)光呼吸の解析:クロロフィル蛍光反応測定装置(Mini-Pam)を用いて、電子伝達率を測定し、光の捕捉能率や過剰エネルギーの放出能力を評価した。(3)樹冠内のルビスコ、フラボノイド、クロロフィル・キサントフィルプールサイズ、窒素濃度などの解析:光合成を律速するクロロフィル量とそのa/b比、葉の窒素濃度を月2回の予定で定期的に調べた。樹冠内のルビスコおよびフラボノイドの蓄積量の日変化および季節変化を調べた。(4)樹冠内の比面積の解析:光合成・蒸散速度、クロロフィル蛍光反応などを調べた葉の形態的な特性、たとえば比葉面積(SLA)を測定し、葉層ごとに光強度の履歴に対する生理反応の多様性を調べた。(5)環境因子の計測:樹冠内の数カ所に気温・湿度センサーを配置し、樹冠内の飽差勾配を10分間隔で計測した。ブナ樹冠最上層の葉が強光時に日中低下を起こすのは葉面飽差の増大による気孔閉鎖が主な原因である。この気孔閉鎖は細胞間隙内CO_2濃度の低下を引き起こし、光阻害の危険性を増大させるが、光呼吸の増加とキサントフィルサイクルによる熱放散によって光阻害を回避していると考えられる。地球科学あるいは森林を取り巻く諸科学の発展には、これまで得られた情報を時間、スケール(サイズとスペース)のなかで捉え直す必要があることが認識される必要がある。例えば個葉レベルから樹冠レベル、さらにはメソスケールへスケールアップ、あるいはそれとは逆に、リモートセンシングや航空写真からのスケールダウンによる検証、あるいは予測など双方向の情報認証が大変重要になる。しかしながら、多くの生理生態学の情報は、個葉のある一定環境条件下の情報にすぎない。環境科学が地域からグローバルレベルへと加速度的にダイナミックに融合していく中で、これらの情報を樹冠の中で捉え直し、かつ情報の変異として捉えていく必要がある。ある一定のコンセンサスを受けるような手法を開発する必要がある。本年度は樹冠内の光合成の多様性について下記の実験を行った。光合成蒸散測定装置を用いて、光合成速度、蒸散速度の日変化を測定した光条件は定常条件における光合成・蒸散能力のパラメータ評価を行った。(2)光呼吸の解析:クロロフィル蛍光反応測定装置(Mini-Pam)を用いて、電子伝達率を測定し、光の捕捉能率や過剰エネルギーの放出能力を評価した(3)樹冠内のルビスコ、フラボノイド、クロロフィル・キサントフィルプールサイズ、窒素濃度などの解析:光合成を律速するクロロフィル量とそのa/b比、葉の窒素濃度を月2回の予定で定期的に調べた。
複雑システムを制御する多分解能動的システム理論の創成

本企画調査では,一様でない複雑動的システムを解析・制御するための多分解能(マルチレゾルーション)に基づく,新しいシステム制御理論の構築に向けた準備段階として,制御分野に限らず,多分解能に関連する様々な研究分野について広く調査し,多分解能に基づく制御問題を分類,整理した.具体的な調査内容は以下のとおりである.1.研究代表者および分担者による計6回の会議(第1回2005年5月24日,第2回6月17日-18日,第3回8月2日-3日,第4回8月19日-20日,第5回9月25日-26日,第6回3月10日-11日)を開催した.会議では研究分担者がおのおのの担当分野の研究調査報告を行うとともに,バイオ,ナノ,信号・画像処理,ファイナンスの分野の研究者に講演を依頼し,多分解能動的システムの応用事例に関して調査を行った.2.下記の2つのオーガナイズドセッションにおいて,多分解能に関連する様々な研究分野の研究者に発表を依頼し,多分解能動的システム論の構築に向けた情報収集を行った.・第22回センシングフォーラム計測部門大会(9月29,30日)にて,オーガナイズドセッション「計測と制御の接点を探る」を企画し,センサ分解能と制御性能の観点からの発表を中心に,計測と制御の観点から多分解能動的システムの問題設定に関する調査を実施した.・第1回横幹連合コンファレンス(11月25,26日)にてオーガナイズドセッション「多分解能」を企画し,統計科学,設計工学,生体シミュレーション,信号処理,ファイナンスの各分野の観点から「多分解能」に関する研究話題について発表を行い,各研究分野間の共通点,相違点などの議論を通じて多分解能動的システムの本質を探った.3.2006年5月に開催の計測自動制御学会制御部門大会にて,研究代表者・分担者による本企画調査報告をまとめたオーガナイズドセッションを企画中である.4.調査の一部を計測自動制御学会誌「計測と制御」の解説記事の一部として紹介した.本企画調査では,一様でない複雑動的システムを解析・制御するための多分解能(マルチレゾルーション)に基づく,新しいシステム制御理論の構築に向けた準備段階として,制御分野に限らず,多分解能に関連する様々な研究分野について広く調査し,多分解能に基づく制御問題を分類,整理した.具体的な調査内容は以下のとおりである.1.研究代表者および分担者による計6回の会議(第1回2005年5月24日,第2回6月17日-18日,第3回8月2日-3日,第4回8月19日-20日,第5回9月25日-26日,第6回3月10日-11日)を開催した.会議では研究分担者がおのおのの担当分野の研究調査報告を行うとともに,バイオ,ナノ,信号・画像処理,ファイナンスの分野の研究者に講演を依頼し,多分解能動的システムの応用事例に関して調査を行った.2.下記の2つのオーガナイズドセッションにおいて,多分解能に関連する様々な研究分野の研究者に発表を依頼し,多分解能動的システム論の構築に向けた情報収集を行った.・第22回センシングフォーラム計測部門大会(9月29,30日)にて,オーガナイズドセッション「計測と制御の接点を探る」を企画し,センサ分解能と制御性能の観点からの発表を中心に,計測と制御の観点から多分解能動的システムの問題設定に関する調査を実施した.・第1回横幹連合コンファレンス(11月25,26日)にてオーガナイズドセッション「多分解能」を企画し,統計科学,設計工学,生体シミュレーション,信号処理,ファイナンスの各分野の観点から「多分解能」に関する研究話題について発表を行い,各研究分野間の共通点,相違点などの議論を通じて多分解能動的システムの本質を探った.3.2006年5月に開催の計測自動制御学会制御部門大会にて,研究代表者・分担者による本企画調査報告をまとめたオーガナイズドセッションを企画中である.4.調査の一部を計測自動制御学会誌「計測と制御」の解説記事の一部として紹介した.
深度可変アレーセンサによる生体偽装物検知高度化と生体電磁マッピング照合技術の創成

人体指を載置した際の同軸型センサと同軸型センサ単体の電流分布や簡易センサと同軸型センサの判別平面を示すことによりCSRR構造の構成要素の中で強く検知精度に影響を与える要素の分析を行った.その結果,人体指と同軸型センサの相互作用により小径リング部に電流が集中することで小径リング部の有無が検知精度に影響を与えることを確認し,その影響を定量的に把握した.また,直列型センサに小径リングを付加した提案センサの検討を行い,直列型センサと提案センサを判別平面上で比較した結果,提案センサの優位性を確認した.直列型センサと同軸型センサは周波数特性に差異があるため偽装物の検知特性が異なる.多様な偽装物に対応するためには,直列型と同軸型双方の周波数帯で検知することが望まれ,深度可変型生体検知センサの構造の検討を進めた.一方, CSRR構造を活用したセンサによる偽装指の検出において,センサ感度が高いと考えられる周波数帯域のデータを用いることが望ましいことから,センサ感度が高いと考えられるCSRRの共振周波数付近と共振に寄与しない周波数帯域の特徴的なデータを抽出するデータ処理を用いて評価実験を行った.その評価・分析結果をもとに共振周波数付近におけるデータを選択的に処理する評価手法を提案し検出精度の向上をはかった.また,将来発生する「なりすまし攻撃」に対して偽装指を現時点で全て予測することは出来ないため,人体指データのみで弁別基準を決定できる偽装指検知手法が望ましい.多種な偽装指に対応するため,LOFを用いた検知手法を提案した.人体指データのみで学習モデルを構築し,偽装物を皮膚ファントム(0.3 mm厚)とした場合の実験を行った.その結果,FARは10 %前後に収まり,従来手法に対する有効性を示した.同軸型センサの検証を行うため,小径リング部を取り除いたモデルを提案し,平均差,類似度を用いた判別平面により検知精度の評価を行い,直列型センサに小径リングを付加したセンサ(以下提案センサ)を提案した.判別平面の結果から提案センサは直列型センサに比べ,人体指と偽装指の分布領域が更に分離されており,検知精度向上が確認された.電流分布の分析結果から提案センサでは電流が小径リングに集中することで検知精度が向上したと考えられる.直列型センサと同軸型センサが生体検知センサとして提案されてきたが,偽装物がシリコーンゴムの場合では同軸型センサの検知精度が良く,ファントムの場合では直列型センサの方が良い結果となった.この原因として,直列型センサと同軸型センサの周波数帯が異なっていることが検知精度に差異を与えていると考えられる.この背景から,双方の周波数帯に対応した周波数変動可能な生体検知センサとして,深度可変型生体検知センサの基本構造検討を行った.CSRR構造を有するセンサにおいて,偽装指検出精度が向上する周波数選定方法の検討を行った.偽装指検出実験では,センサ感度の高いと考えられるCSRRの共振周波数付近と共振に寄与しない周波数帯域の通過特性を用いて,評価指数を導出した.偽装物に,シリコーンゴム(0.3 mm厚)を使用した評価結果から共振周波数付近の通過特性情報を偽装指検出に用いることで,FRR及びFARが精度向上した.既知でない偽装物に対応する偽装指検知手法は,人体指データのみで判別基準を定める必要があるため,通過特性のピーク値及びピーク値における周波数を特徴量とし,LOFを適用した偽装指検知手法を提案した.正常を人体指,異常を偽装指と定義し,偽装物を皮膚ファントム(0.3 mm厚)として実験を行った.その結果,FRRは0 %に近く,FARは10 %前後に収まる結果となった.1:偽装物を検知するための最適周波数の検討を行う.現在,シリコーンゴムやゼラチンなど偽装物の検知精度が最も良くなる周波数帯が確認されていない.そこで,人体を含めた最適な周波数帯の検討が必要である.検討方法としては,生体検知センサのCSRR構造部分の寸法を変更することで周波数が変動させるCSRR構造に人体指に偽装物を貼り付けた偽装指を載置する基本構成を用いた実験を進めることで検討を行っていく.また,この基本構成の検討後に生体検知センサ具体的寸法や構造に関わる最適化を行っていく予定である.2:深度可変型生体検知センサの構造検討を行っていく予定である.現在,コンデンサやMEMSなど静電容量を生体検知センサに付加することで周波数が変動することが確認されているが,変動範囲が微々たるものである.大幅に周波数変動し,生体検知センサとして実用可能なセンサ構造の検討を行っていく予定である.3:検知精度の向上を目的として新たな生体検知アルゴリズムの開発に取り組む.LOF法以外の生体検知アルゴリズムを用いて生体検知精度の評価を行うことで,複数の検知アルゴリズムのメリットおよびデメリットを明確化する予定である.また,サンプルから特徴量として共振周波数でのピーク値を用いたが,来年度では位相と反射特性を含めた特徴量を選択した場合の検知精度への影響について検討する予定である.さらにこれまでの実験の被験者の多くは年齢が20代であるため,年層の違いによる検知精度の影響についても検討を進める予定である.指紋認証において指紋を模倣した偽装物を用いた「なりすまし攻撃」に対して,攻撃者が指表面に偽装物を装着した指(偽装指)を検出する機能を有する指紋認証システムが必要である.本人確認を目的とした指紋認証技術に加え,検知対象物が生体か否か判定するための生体検知センサを統合した指紋認証システムの開発および判別アルゴリズムによる高精度化に取り組んだ.

人体と偽装指を判別するアルゴリズムとして,テンプレートデータの分散特性を用いた一致性関数を導入した判別方式および周波数特性への重み関数の導入を提案した。生体検知特性を分析するためにFRR (False Rejection Rate)およびFAR (False Acceptance Rate)による評価を行い,検知精度向上を確認した.また, CSRR構造の配置条件による検知特性について評価を進めた.配置条件を直列型から同軸型へ変更することで指の密着不足による誤検知低減が期待できるため,同軸型に配置した構造を提案し,実験的に評価した.この実験では検知が困難である皮膚ファントム(0.3 mm厚)に対する評価を実施し,従来の直列配置に対して誤検知低減による検知精度の向上を確認した.生体検知センサの作製精度が検知精度に与える影響の評価では,作製精度が異なる同軸型生体検知センサを複数作製し,テンプレートを登録するセンサ(以下登録センサ)と人体指,偽装指を検知するセンサ(以下検知センサ)を同一のセンサとしない条件下において実験を行った.その結果,偽装指がシリコーンゴム(0.3 mm厚)と仮定した場合であっても人体指テンプレートを用いたデータ処理を行うことで,センサが一定程度の寸法誤差を持つ場合においても弁別精度が維持できることを示した.センサ構造の最適化と作製精度による検知特性の評価では,CSRR構造の配置条件の変更による生体検知特性への影響を検討した.将来の2次元配列型センサ構成のための単位センサ構造の研究として,従来の直列型配置を改良した同軸型配置構造を提案した.提案センサ構造は人体の密着不足低減による誤検知低減が期待され,次年度以降の配列化および高誘電率基板への形成に向けた研究に適用してゆく.また,この同軸型生体検知センサを複数枚作製し,センサ作製精度による生体検知特性への影響を確認し,実用化を視野に入れたプロセスで実現可能であるセンサ寸法誤差では,検知精度への影響が小さいことを実験で確認している.高度偽装物による攻撃対策のためにテンプレートデータに用いる電磁応答特性の分散特性と偽装指の電磁応答特性に着目し,テンプレート分散特性を用いた判別アルゴリズムについて検討した.具体的には,電磁応答判別アルゴリズムに用いる平均差の算出に際して電磁応答特性に重み関数の導入を検討した.人体指紋を偽装する高度偽装物として選定した0.1 mm厚のシリコンゴムに対する電磁応答特性変化について分析し,これを考慮した周波数依存性のある重み関数を設定することで検知指標の1つであるFRRを改善できることを示した.これらの新しい提案評価指数に対する誤検知特性を分析することで,次年度以降に高精度データ多元解析・検知技術に適用してゆく.さらに,指紋認証システムとの統合と実用化に向けて、指紋認証ソフトウェア開発キットを用いて指紋認証処理と生体検知処理を行うソフトウェアの開発を進め,基本判定部分をソフトウェア上に実装した.現在,高度判定アルゴリズムと多元・複合判定アルゴリズムをソフトウェア上に実装する開発にも着手している.人体指を載置した際の同軸型センサと同軸型センサ単体の電流分布や簡易センサと同軸型センサの判別平面を示すことによりCSRR構造の構成要素の中で強く検知精度に影響を与える要素の分析を行った.
機能性不均質導電構造物の電磁熱誘起振動と電磁熱衝撃の数理解析

本研究は、磁場の周期的および衝撃的時間変化により誘起される渦電流損の熱負荷とローレンツ力を同時に受ける不均質導電材料からなる構造物の電磁熱弾性問題の数理解析方法の確立を図った。さらに,数理解析結果に基づく数値計算による定量的評価を行って、電磁熱弾性応力と変形の準静的挙動、電磁熱誘起振動と電磁熱衝撃の動的応答に及ぼす不均質材料物性の効果の解明を試みた。本研究は傾斜機能材料に代表される機能性不均質導電材料からなる構造物を対象として,周囲磁場の周期的変化を受ける場合の熱誘起振動や熱衝撃という動的応答の問題に関する数理解析に取り組もうとしたものである.すなわち,磁場の周期的および衝撃的時間変化により誘起される渦電流損の熱負荷と,ローレンツカを同時に受ける不均質導電材料からなる構造物の電磁熱弾性問題の数理解析方法の確立を図り,数値計算による定量的評価を行って,電磁熱弾性応力と変形の準静的挙動,電磁熱誘起振動と電磁熱衝撃の動的応答に及ぼす不均質材料物性の効果の解明を目指したものである.今年度の研究で得られた成果は以下のとおりである.1.非定常磁場により導電性中空円筒に誘起される電磁熱弾性応力の動的および準静的挙動を取り扱った.電磁場,温度場,弾性場の平面軸対称条件の基礎方程式を定式化し,磁場,渦電流,温度場,動的および準静的な応力と変形の解析解を導出した.解析解を用いた数値計算により,正弦関数状のランプ関数による応力と変形の衝撃的応答および準静的挙動を明らかにした.2.周期的な外力および温度変化による不均質材料特性を持つ長方形板とはりの曲げ振動を数理解析した.数値計算を行って,周期的外力による曲げ振動と周期的加熱による曲げ振動との間の相互干渉に及ぼす長方形板の形状の影響を検討した.その結果,磁場の周波数による応力と変形の準静的挙動に対する動的応答の増幅係数の影響を解明した.3.磁場の正弦的時間変化を受ける導電性長方形柱の電磁熱弾性問題の数理解析を取り扱った.渦電流により生じる二次元非定常温度変化および平面ひずみ状態での応力の解析解を導出した.解析解を用いた数値計算により,長方形柱の温度変化および応力に及ぼす磁場の周波数の増加による表皮効果の影響を明らかにした.本研究は傾斜機能材料に代表される機能性不均質導電材料からなる構造物を対象として,周囲磁場の周期的変化を受ける場合の熱誘起振動や熱衝撃という動的応答の問題に関する数理解析に取り組もうとしたものである.すなわち,磁場の周期的および衝撃的時間変化により誘起される渦電流損の熱負荷と,ローレンツ力を同時に受ける不均質導電材料からなる構造物の電磁熱弾性問題の数理解析方法の確立を図り,数値計算による定量的評価を行って,電磁熱弾性応力と変形の準静的挙動,電磁熱誘起振動と電磁熱衝撃の動的応答に及ぼす不均質材料物性の効果の解明を目指したものである.今年度の研究で得られた成果は以下のとおりである.1.表面に平行な方向に正弦波状に周期的時間変化する一様な磁場により導電性はりに誘起される電磁熱弾性応力の数理解析を取り扱った.電磁場,温度場,弾性場の基礎方程式を定式化し,磁場,渦電流,温度場,動的および準静的な応力とたわみの解析解を導出した.2.上述の解析解を用いた数値計算により,導電性はりの応力と変形に及ぼす磁場の周波数の増加による表皮効果の影響を明らかにした.3.熱的および力学的に不均質な導電材料からなるはりをとりあげ,表面に平行な方向に正弦波状に周期的時間変化する一様な磁場により誘起される不均質導電はりの電磁熱弾性応力の数理解析を取り扱った.4,上述の解析解を用いた数値計算により,不均質導電はりに生じる磁場,渦電流,温度場,応力とたわみの準静的挙動を明らかにした.本研究は,傾斜機能材料に代表される機能性不均質導電材料からなる構造物を対象として,周囲磁場の周期的変化を受ける場合の熱誘起振動や熱衝撃という動的応答の問題に関する数理解析に取り組もうとしたものである。すなわち,磁場の周期的および衝撃的時間変化により誘起される渦電流損の熱負荷と,ローレンツ力を同時に受ける不均質導電材料からなる構造物の電磁熱弾性問題の数理解析方法の確立を図り,数値計算による定量的評価を行って,電磁熱弾性応力と変形の準静的挙動,電磁熱誘起振動と電磁熱衝撃の動的応答に及ぼす不均質材料物性の効果の解明を目指したものである。今年度の研究で得られた成果は以下のとおりである.熱的および力学的に不均質な導電材料からなる平板をとりあげ,表面に平行な方向に正弦波状に周期的時間変化する一様な磁場により誘起される傾斜機能長方形板の電磁熱誘起振動の数理解析を取り扱い,平板に誘起される渦電流分布,渦電流により生じる非定常温度分布ならびに渦電流と外部磁場との相互作用により生じるローレンツ力を導出した.

さらに,ローレンツ力と温度変化により平板に誘起される横振動および応力の解析解を導出した.これらの結果について,第3回機能性材料及び構造に関するアジア国際会議にて講演発表を行った.発表論文は本国際学会のプロシディングス図書に掲載された.研究成果を定期的に学会で発表を行ったが,平成23年度の学術論文として発表するには至っていない.24年度が最終年度であるため、記入しない。研究実施計画に基づき,課題に取り組むとともに,得られた成果を学術論文として投稿する.24年度が最終年度であるため、記入しない。
マイノリティの居住と福祉の問題を解決する社会政策の形成とメカニズムに関する研究

本申請研究では、同和行政と部落問題を取り上げた。同和行政は、戦後最大の差別是正政策と言える。特に、部落問題の解決過程と残された課題に対する制度的、もしくは、非制度的アプローチについて明らかにした。主に京都市を取り上げ、他都市との比較研究も行った。非制度的な側面において取り組まれている実践に着目し、その研究成果は、『世界人権問題研究センター紀要』に掲載した。加えて、多文化共生施策との関係についても検討を行った。その成果は、関西社会学会などにおいて公表した。研究の結論としては、非制度的な条件の下で行われる実践の方が、制度的なアプローチ以上によりインクルージブであり得るというものである。平成25年度は、まず、同和地区へのフィールドワークを中心的に実施した点を挙げることができる。主に関西圏(奈良・滋賀・和歌山・京都)、四国(高知・徳島)、中国(鳥取)、関東(神奈川)などを対象に実施し、資料収集につとめた。また、非同和地区である沖縄県への調査も行い、新たな比較検討に向けた知見を得た。これらの調査・資料収集活動は、関係各機関との協力関係も活用し、比較的、円滑に実施することができた。そのうえで、同和地区における居住と福祉をめぐる社会政策の比較研究を行い、これまで対象としてきた京都における同和行政や地域住民の特性を意識し、同和地区における社会政策や社会的実践が持つ普遍性と特殊性を明らかにしていった。その成果は、所属機関の紀要に論文として公表した。京都府市内を中心に一般市民が目にする定期発行物や講座・講演会、資料展示等の場では、これらの研究成果を生かしたアウトリーチ活動も実施することができた。自治体行政の役割や存在位置の消極性と、当該地域住民の自立性の条件に相関関係があることなどが明らかになった。また、隣保事業の有り様と多文化共生事業との関係についても、コリアンコミュニティ研究会の学会誌に論文を掲載し、成果を公表した。社会調査をめぐる社会学研究としては、立命館大学生存学研究センターのプロジェクトであるエスノグラフィをめぐる人類学的・社会学的再検討を目的とする「現代社会エスノグラフィ研究会」での報告を実施し、社会調査を行う自己の対象化の方法について幅広い視点から検討を行った。さらに、所属機関の共同研究会で実施されてきた調査史の歴史社会学的研究の成果公表に携わることで、今、どのように社会調査を行い記述していくのか、という点だけでなく、これまでの被差別地域の対象化をめぐる行政的・社会学的研究の再検討も行うことができた。平成26年度は、同和問題の解決を果したとする自治体(和歌山県)及び従来型の隣保事業から新たな生活困窮者への社会事業を展開する自治体(香川県)への調査を行い、差別・マイノリティの課題に対処する好対照な事例研究を行った。また、部落問題に対する取組から、新たな多文化共生事業・施策の展開を図っている京都市の事例と、多文化共生先進都市である静岡県の展開についても比較研究を行い、主に、在日外国人に対する社会政策の在り様を検討することができた。これらの成果については、関西社会学会若手企画部会(第66回大会)に向けた事前研究会において(計5回)、継続的に報告・検討する機会を持ち、今後の新たな社会政策をデザインする社会学に向けた方途を開拓することができたと言える。26年度が最終年度であるため、記入しない。社会学26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題の達成度については、おおむね順調に進展していると言える。一年次として、フィールドワークと資料収集を主な計画に挙げたが、当初予定していた地域の全てに調査を実施し得たわけではないものの、多くの地域に足を運ぶことができ、また、今後の継続的な調査に向けた関係性も構築し得たことが大きい。さらに、これまで研究対象としてきた関西地域での調査活動も進展したため、比較研究を行う上での、条件を整えることができた。さらに、所属機関の様々な活動の中で、還元活動の機会にも恵まれ、学会等のアカデミズムの場での報告などはもちろんだが、ひろく社会に成果を発信することもできた。さらに、そのリアクションや反応なども事後的に得ることができたため、同和問題をめぐる研究の還元活動における様々な課題についても知見を得ることができた。そして、社会調査をめぐる社会学的研究についても、歴史的且つ現代的なアプローチを通じて、共同での研究活動の場で成果を生かすことができ、一定の進展を見せることができた。今後の研究の推進方策については、引き続き、これまであまり調査・研究の対象となっていなかった同和地区へのフィールドワークを行っていくのと同時に、非同和地区への調査も行っていく。

同和地区に関しては、特に同和行政の終結の場面に着目し、差別を是正しようとする社会政策が、どのように終結の条件を整備していくのか。また、当該地域がそのことにどのように関与したのか。これらのプロセスの検討を通して、社会政策のメカニズムを明らかにしていきたい。これらの研究成果は、随時、学会報告、研究論文として公表される。また、様々な形を伴ってアウトリーチ活動を行っていく予定である。差別や排除をめぐる社会調査や社会学研究をめぐる成果についても、順次、公表を行っていく。
天然ガスの科学的転換利用技術

平成7年9月19日から9月29日まで、日本側から大学教授ら7人はロシアのモスクワとノボシビルスクを訪問し、ロシア科学アカデミー化学物理研究所、石油化学研究所、触媒研究所、有機化学研究所;全ロシア石油精製技術研究所、Kapotnya石油精製工場、モスクワ製油所などを見学し、交流を行った。訪問した研究所などでは若手研究者が極度に減少しており、大学院学生を含め研究に従事している活動状況は困難を極めている状況である。研究に必要な分析解析装置は老朽化しており日本の大学、研究機関での15-20年前の状況である。また、研究機器の維持管理、補修などは全くなされていない。中心的研究指導者である教授や研究員の大半は海外への共同研究などで不在であり、研究内容の質的評価は極めて危機的状況にあるといえる。学術的基礎研究へのサポートが少なく、企業研究の受託による実用化のための応用改良研究といった短期間プロジェクトが大半の研究内容であるため、総合的インセンティブな本質的創造的研究成果が少なく、将来展望の上で多くの問題を抱えている。ガス関係の工場では設備は古く、メンテナンスも貧弱である。平成8年1月5日から12日まで日本側一人はモスクワのロシア科学アカデミー石油化学研究所、有機化学研究所;全ロシア石油精製技術研究所、モスクワ製油所を訪問しました。やはりロシアの財政難による研究の遂行は困難である。平成8年2月4日から3月31日までロシア側一人(東京大学に2年間留学したことがある。現在石油ガス工業省の研究部門に勤務している)は日本に滞在した。東京大学と京都大学で天然ガス関係の触媒開発を行った。平成8年6月23日から7月3日まで若手中心であるロシア側の天然ガス研究者および研究管理者5人を招聘し、東京大学、東京工業大学、筑波の資源環境技術総合研究所、京都大学、大阪大学を見学させた。日本の天然ガスに関する研究および技術開発の現状を紹介した。ロシア、特にロシア極東地域天然ガスの利用についても討論した。天然ガスはよくLNG(液化天然ガス)にして輸送されているが、日本の新技術を応用して、現地で炭酸ガスと反応させてジメチルエーテル化されてから輸送されると、コスト削減と環境保全により適当であると認識した。9月13日から9月23日まで、日本側から藤元ら二人とロシア側一人はシベリア地区にあるロシア最大の天然ガス産地であるヤク-ツクと、同地区のイルク-ツク、ハバロフスクへ行って、ロシアの天然ガス産業現状を調査した。同国の経済事情によって、各天然ガス会社も厳しい市場経済の中で競争しないといけない。大部分の会社では生産装置の老朽化は著しく、生産効率は低下している。酷寒の環境にも関わらず、中には従業員の給料支払いは数ヶ月も遅れた会社も有った。自活するため、カナダなどの海外パートナーと提携して、現地の金、白金、ダイヤなどを採掘している会社もあった。10月15日から10月25日まで日本側諸岡ら3人はロシアのモスクワとノボンビルスクへ行って、ロシアにおける天然ガスの利用に関する研究調査をした。モスクワではロシアアカデミー化学物理研究所と石油化学研究所、モスクワ大学、人民友好大学、ロシアアカデミー本部を訪問して講演を行った。ノボシビルスクではロシアアカデミー触媒研究所を見学して交流会も開催した。研究経費の不足によって、ロシアの天然ガス関係の研究は世界のトップレベルと比較すると、まだ距離があると感じた。しかし、ロシア側は外国と連携して豊富な天然ガス資源の開発と利用にかなり期待している。

天然ガスはよくLNG(液化天然ガス)にして輸送されているが、日本の新技術を応用して、現地で炭酸ガスと反応させてジメチルエーテル化されてから輸送されると、コスト削減と環境保全により適当であると認識した。9月13日から9月23日まで、日本側から藤元ら二人とロシア側一人はシベリア地区にあるロシア最大の天然ガス産地であるヤク-ツクと、同地区のイルク-ツク、ハバロフスクへ行って、ロシアの天然ガス産業現状を調査した。同国の経済事情によって、各天然ガス会社も厳しい市場経済の中で競争しないといけない。大部分の会社では生産装置の老朽化は著しく、生産効率は低下している。酷寒の環境にも関わらず、中には従業員の給料支払いは数ヶ月も遅れた会社も有った。自活するため、カナダなどの海外パートナーと提携して、現地の金、白金、ダイヤなどを採掘している会社もあった。10月15日から10月25日まで日本側諸岡ら3人はロシアのモスクワとノボンビルスクへ行って、ロシアにおける天然ガスの利用に関する研究調査をした。モスクワではロシアアカデミー化学物理研究所と石油化学研究所、モスクワ大学、人民友好大学、ロシアアカデミー本部を訪問して講演を行った。ノボシビルスクではロシアアカデミー触媒研究所を見学して交流会も開催した。研究経費の不足によって、ロシアの天然ガス関係の研究は世界のトップレベルと比較すると、まだ距離があると感じた。しかし、ロシア側は外国と連携して豊富な天然ガス資源の開発と利用にかなり期待している。平成7年度の活動は2種に大別される。第一はロシア共和国の科学アカデミーおよび工業省傘下の研究所における指導的立場の研究者6名を日本に招待し、日本の大学および民間研究施設の見学および研究者との交流を通じて相互の考え方の交流を計った。東京大学において研究会を実施し、ロシアにおける石油・天然ガスの資源開発および転換利用について基礎的、応用的研究の現状について報告を受けた。講演のタイトル、講演者、所属は以下の通りである。バイオミメティック触媒:A.E.シ-ロフ:ロシア科学アカデミー化学物理研究所ロシアのメタノール合成技術:A.Y.ロゾフスキー:石油化学合成研究所天然ガス利用技術:O.V.クリロフ:ロシア科学アカデミー化学物理研究所新規合成触媒:Y.B.ヤン:ロシア科学アカデミー海洋地質学研究所選択的脱硝触媒:V.A.サディコフ:ロシア科学アカデミー触媒研究所ロシアの石油精製技術:E.ラドチェンコ:石油工業省また、9月20日より9月29日まで日本より7名の研究者を派遣し、ロシアの研究所を訪問し、見学し議論をするとともに講演を行った。訪問先は、石油化学合成研究所、全ロシア石油精製科学研究所、ロシア科学アカデミー化学物理研究所、モスクワ石油精製場、モスクワ大学、ロシア科学アカデミー触媒研究所などである。講演タイトル、講演者、所属は以下の通りである。シップインボトル法を用いたメタンのホモロゲーション触媒の設計:市川勝:北海道大学脱硫触媒における反応活性と微細構造:山田宗慶:東北大学多機能触媒を用いた天然ガスの高効率
超平坦ガリウム砒素MBEへき開再成長アニール表面の制御と理想2次元励起子系の顕微分光計測

へき開再成長法、すなわち、GaAs(100)基板を真空中でへき開して露出した(110)面上にGaAsを分子線エピタキシーにより再成長する方法を用いて、超平坦界面を持つ理想的な2次元薄膜を作製・評価し、高品質のT型量子細線や細線レーザーを代表例とする様々なナノ構造の作製に応用した。(110)断面上のMBE成長は、約490度という低い成長温度や高い砒素圧が要求され、そのままでは薄膜の表面モフォロジーが悪く、それがかつてのT型量子細線の品質を制限していた。本研究では、その凸凹の多い(110)表面が、600度以上の温度で10分間程度の成長中断アニールを施すと著しく平坦化されることを詳しく調べた。外国人特別研究員の呉(オウ)博士には、へき開再成長GaAs(110)薄膜のGaAs積層量を整数原子層から連続的にずらしていったときの、成長中断後の表面モフォロジーの原子間力顕微鏡(AFM)計測、それをAlGaAsバリアでカバーして得られる量子井戸構造のPLイメージ測定を、推進していただいた。従来は、高々数ミクロン角程度の領域の測定しか出来なかったが、今回、約3ミリメートルにわたる広い領域に対して測定を行うことができ、表面平坦化のドライビングフォース、原子ステップパターンの形成モデル、ヘテロ界面の凹凸が無くなった量子井戸構造のPL線幅の原因、などに関する重要な知見が得られた。本実験結果をもとに、GaAs(110)表面上でのGa原子とAs原子の表面ポテンシャルの第一原理計算の共同研究を展開することができ、(110)表面上では(001)表面に比べてポテンシャルバリアが低くて原子拡散が容易になっていることや、Gaの運動が面内で異方的になっていることなどが解り、上記の実験結果や原子ステップパターン形成モデルを支持する結果が得られた。
冠攣縮性狭心症の成因に対する分子生物学的アプローチ:とくに収縮に関わる細胞内情報伝達系の検討

収縮機構のKey enzymeであるPhospholipase C (PLC)のisozymeであるPLC-δ1はCa^<++>により活性化され、細胞内Ca^<++>濃度のさらなる上昇とアゴニストに対する反応性の増大を惹起する。我々は、冠攣縮性狭心症患者から得られた培養皮膚線維芽細胞の膜分画PLC活性が亢進しており、PLC活性と冠動脈のbasal toneおよび収縮刺激に対する反応性が正の相関を示すこと、PLC活性亢進の主体はPLC-δ1であることを明らかにした(J Am Coll Cardiol, 2000)。さらに最近、我々はPLC-δ1の構造解析により、257番目のアミノ酸がアルギニンからヒスチジンへ置換するR257H亜型を発見し、機能解析によりR257H亜型のPLC-δ1活性は亢進しており、アゴニスト刺激に対する細胞内Ca^<++>の上昇反応が大であることを見出した(Circulation, 2002)。一方、R257H亜型PLC-δ1は男性患者の約10%で認められたのみで、他の機序によるPLC-δ1活性亢進について検討を進めてきた。PLC-δ1活性の調節因子として、PLC-δ1活性に抑制的に作用するsmall G蛋白のRhoAと、PLC-δ1活性を亢進させるP122蛋白が知られている。そこで冠攣縮性狭心症患者(n=11)とコントロール群(n=9)の皮膚線維芽細胞におけるRhoA及びPI22の細胞内発現量をWestern blot法にて検討したが、RhoAの蛋白発現は両群間に差を認めなかったものの、P122の蛋白発現は下図のように冠攣縮性狭心症患者で著明に亢進していた。PLC-δ1の蛋白発現は両群間に差を認めなかった。以上より、冠攣縮性狭心症患者におけるPLC-δ1活性亢進の機序の一つとしてP122蛋白の発現亢進が示唆された。本態性高血圧症患者を対象に、皮膚切片よりExplant法により線維芽細胞を培養し、膜画分を遠心法により分離した。PLC活性をphosphatydilinositol 4,5-bisphosphateを基質として測定した。PLC活性は正常血圧者に比較して、本態性高血圧症患者では約2倍高値であり、血圧値とPLC活性との間に正相関が認められた。また、PLCのKm値は本態性高血圧症患者で正常血圧者に比較して有意に低値を示し、Vmaxは両群間で差が認められなかった。Western blot法の検討では、PLCのisoformは主にδ1であり、その蛋白の発現量には両群間で差が認められなかった。従って、本態性高血圧症患者におけるPLC活性の亢進は、酵素の質的な異常に起因するものと推測され、病態の形成と密接な関連性を有すると考えられた。変異体PLC-δ1過剰発現マウスの作製最近我々は、冠攣縮性狭心症患者の皮膚線維芽細胞においてPLC-δ1の257番目のアミノ酸がアルギニンからヒスチジンへ置換するR257H亜型が存在することを発見した。

R257H亜型では、basal PLC-δ1活性の亢進と、アセチルコリン刺激に対する細胞内カルシウム反応の亢進が認められた。冠攣縮性狭心症の病態形成におけるR257H亜型の役割を解明するために、変異体PLC-δ1過剰発現マウスを作製中である。変異体PLC-δ1を冠動脈で過剰発現させるために、ヒト血管平滑筋alpha-smooth muscle actinのプロモーターを上流に接続した発現ユニットを作製し、PLC-δ1とGAPDHのreal time PCRを用いてホモとヘテロを鑑別した。現在までに、1組のホモの作製に成功している。表現型に異常は認められず、発育・成長も順調である。収縮機構のKey enzymeであるPhospholipase C(PLC)のisozymeであるPLC-δ1はCa^<++>により活性化され、細胞内Ca^<++>濃度のさらなる上昇とアゴニストに対する反応性の増大を惹起する。我々は、冠攣縮性狭心症患者から得られた培養皮膚線維芽細胞の膜分画PLC活性が亢進しており、PLC活性と冠動脈のbasal toneおよび収縮刺激に対する反応性が正の相関を示すこと、PLC活性亢進の主体はPLC-δ1であることを明らかにした(J Am Coll Cardiol,2000)。さらに最近、我々はPLC-δ1の構造解析により、257番目のアミノ酸がアルギニンからヒスチジンへ置換するR257H亜型を発見し、機能解析によりR257H亜型のPLC-δ1活性は亢進しており、アゴニスト刺激に対する細胞内Ca^<++>の上昇反応が大であることを見出した(Circulation,2002)。一方、R257H亜型PLC-δ1は男性患者の約10%で認められたのみで、他の機序によるPLC-δ1活性亢進について検討を進めてきた。PLC-δ1活性の調節因子として、PLC-δ1活性に抑制的に作用するsmall G蛋白のRho Aと、PLC-δ1活性を亢進させるP122蛋白が知られている。そこで冠攣縮性狭心症患者(n=11)とコントロール群(n=9)の皮膚線維芽細胞におけるRho A及びP122の細胞内発現量をWestern blot法にて検討したが、Rho Aの蛋白発現は両群間に差を認めなかったものの、P122の蛋白発現は下図のように冠攣縮性狭心症患者で著明に亢進していた。PLC-δ1の蛋白発現は両群間に差を認めなかった。以上より、冠攣縮性狭心症患者におけるPLC-δ1活性亢進の機序の一つとしてP122蛋白の発現亢進が示唆された。
乳癌の染色体変化と臨床病理学的因子との関連の解析

LOHと乳癌の術後予後との相関-3p25.1領域の検討我々は遺伝子診断により乳癌の悪性度を評価する目的で,プロスペクティブにヘテロ接合性の消失(LOH)と術後予後との関連を検討し,昨年度より報告してきた。本年度,さらに症例を重て特定の染色体領域におけるLOHと乳癌術後予後との相関を検討したので報告する。1989年2月から1993年9月の間に癌研病院において乳癌根治手術を施行し,切除標本からDNAを抽出し得た計504症例を対象とした。各症例毎に,染色体1p,3p,6q,8p,9q,11p,11q,13q,16q,17p,17q,18q,22qから乳癌で高頻度な染色体欠失が認められる計18領域において,各々LOHの有無を調べ,生存率を比較検討した。今回新たに,3p 25.1のLOHが術後予後と相関することを見い出した:5年無再発生存率では非LOH症例:LOH症例=82%:73%,p=0.0131;5年生存率全体では非LOH症例:LOH症例=91%:78%,p=0.0014と両群間にて有意に術後予後の差を認めた。また,多変量解析の結果,T因子やN因子とは独立して3p25.1のLOHが予後と相関することを認め,3p 25.1のLOH検索が乳癌術後の予後判定に有用な因子となり得ると考えられた。|目的|乳癌における染色体欠失(LOH)と術後予後との関連を検討し、予後因子として有用となり得るDNAマーカーを選定する。|方法|レトロスペクティブ研究:乳癌根治術後、死の転帰をとった死亡群57例と術後5年以上の生存群95例との間で24カ所の染色体領域に存在する33ケのDNA多形性マーカー座におけるLOHの頻度を比較検討した。プロスペクティブ研究:術後5年以上経過した264症例についてLOHの有無と生存率との関連を比較検討した。|結果|レトロスペクティブ研究:24領域のうち7領域において、生存群に比べ死亡群において有意に高頻度なLOHを検出した。プロスペクティブ研究:4領域においてLOH(+)群において不良な予後がKaplan-Meier解析およびLog-lank検定において認められた。また、これらの複数の領域においてともにLOHを示した症例では、5年後の乳癌再発死亡の相対危険率は、LOH(-)群に較べ、810倍に上昇することが明らかとなった。|考察|本研究で用いたDNAマーカーによる手術時の切除乳癌の遺伝子診断は乳癌における予後の判定において大変有用である。
葉緑体及びミトコンドリアの遺伝子組換え植物作出の試み

本研究は、オルガネラの遺伝子組換えにより有用植物を作出することを目的としている。そのため、実験のモデル植物であるタバコを用い、葉緑体及びミトコンドリアの遺伝子組換えに関する基礎的実験を行なってきた。総じて、タバコでは、葉緑体の遺伝子組換えを確実に行えるようになった。一方、ミトコンドリアの遺伝子組換えは、研究期間内に達成できなかった。具体的に、葉緑体の遺伝子組換えでは、葉緑体における活性酸素消去の主要な経路である、アスコルベート-グルタチオン回路を構成する5種類の酵素のうち、SODを除く4種類の酵素遺伝子(apx、dhar、mdar及びgr)をそれぞれタバコの葉緑体ゲノムに導入することに成功した。またこれらの遺伝子をapx-dhar,mdar-dhar及びapx-sodの各オペロンとして葉緑体ゲノムへ導入することにも成功した。これらの組換え体は世代更新を重ねており、一部を除きメチルビオロゲンや強光などへの耐性を調査し終えている。その結果、これらの遺伝子を葉緑体ゲノムへ導入し強発現させる手法は、ストレス耐性植物の育成に大変有効であるとの結論を得た。一方、今年度初めて、光合成の暗反応(カルビン回路)を構成する酵素のひとつ(SBPase)を葉緑体ゲノムに持つタバコを作成することができた。カルビン回路の律速として知られるSBPaseの強発現では、植物の生育が劇的に向上することが期待されたが、実験の結果、組換え体には初期生育の遅延が観察され、生育は向上しなかった。しかしこの組換え体は、最終的に野生型と同じ程度にまで生育し、枯死するまでの寿命が野生型より長いという、興味ある性質を示した。今後、この組換え体の高CO2濃度下における反応を調査する必要がある。本研究の大きな目的は、オルガネラの遺伝子組換えにより有用植物を作出することにある。そのため葉緑体の遺伝子組換えでは、1)葉緑体ゲノムの遺伝子構成を改変し植物自体の能力を向上させる、2)葉緑体内で有用タンパク質を大量かつ安価に生産するシステムを構築する、3)環境浄化に利用可能な植物の作出を試みる、という3つのカテゴリーの実験を行っている。具体的に1)では、葉緑体内で働く活性酸素除去系酵素の遺伝子、apx, dhar, mdar及びgrを、単独もしくはオペロンとして葉緑体ゲノムに導入し、これらの遺伝子を強発現させることで植物のストレス耐性を高めることをめざしており、今年度はapx, mdar及びgrをそれぞれ葉緑体に持つ遺伝子組換え植物(タバコ)を実際に得ることができた。現在これら植物の自殖後代を育成しており、次年度に表現型の評価を行う予定である。また次年度も、まだ得られていない組換え体を得る努力を継続する。2)では、以前作出した血液凝固阻害タンパク質(ヒルジン)の遺伝子を葉緑体に持っタバコを用い、この植物の後代について特徴付けを行った。今後、遺伝子産物の生物活性を測定したい。また3)では、汚染土壌からの重金属などの除去をねらい、フィトキレーチン合成に関連する酵素遺伝子の葉緑体への導入を試みている。今年度はgsh1遺伝子の組換え体候補を1個体得た。次年度、この組換え体の確認と特徴付けを行うとともに、結果に応じて導入コンストラクトの再検討を行う。なおミトコンドリアの遺伝子組換えについては、1)タバコミトコンドリアのプロモーター(rrn26,atp9)及びターミネーター(atp1,rp116)のクローニング、2)プロモーターとターミネーターの連結とその間への選択マーカー(nptII)のクローニング、3)2)のコンストラクトの大腸菌内での発現の検討を行い、次年度の実験に備えた。本研究は、オルガネラの遺伝子組換えにより、有用植物を作出することを目的としている。そのため、実験のモデル植物であるタバコを用い、葉緑体及びミトコンドリアの遺伝子組換えに関する基礎的実験を行なった。具体的には、葉緑体における活性酸素消去の主要な経路である、アスコルベート-グルタチオン回路で働く各酵素の遺伝子、すなわちapx、dhar、mdar、gr及びsodを、単独もしくは一部オペロンとして葉緑体ゲノムへ導入した。その結果、目的とする遺伝子を持つ組換えタバコを複数得ることができ、これらについては自殖により世代更新した。また、後代が得られた組換え体について、メチルビオロゲン処理や強光などのストレスへの耐性を調べたところ、いずれも野生型と比べて強くなっており、ストレス耐性植物育成に関する葉緑体の遺伝子組換えの有用性を示すことができた。一方、葉緑体への導入遺伝子から、生物活性を示す産物を大量に調製する可能性を検討するため、血液凝固阻害タンパク質(ヒルジン)の遺伝子を葉緑体に持つタバコの後代を用い実験を進めたが、この組換え体では導入遺伝子の転写は確認されたものの翻訳産物が認められなかった。今後、葉緑体における翻訳機構のさらなる研究を進める。ミトコンドリアの遺伝子組換えについては、大きな進展はみられなかったが、以前に作出したGFP標識されたミトコンドリアを持つ組換えタバコ(核遺伝子の組換え体)から、ミトコンドリアを調製した。顕微鏡観察の結果、単離ミトコンドリアも「光る」ことが確認され、実験のツールとして有用と思われた。今後、単離ミトコンドリアへの遺伝子導入法を検討する。

総じて、タバコでは、葉緑体の遺伝子組換えを確実に行えるようになった。一方、ミトコンドリアの遺伝子組換えは、研究期間内に達成できなかった。具体的に、葉緑体の遺伝子組換えでは、葉緑体における活性酸素消去の主要な経路である、アスコルベート-グルタチオン回路を構成する5種類の酵素のうち、SODを除く4種類の酵素遺伝子(apx、dhar、mdar及びgr)をそれぞれタバコの葉緑体ゲノムに導入することに成功した。またこれらの遺伝子をapx-dhar,mdar-dhar及びapx-sodの各オペロンとして葉緑体ゲノムへ導入することにも成功した。これらの組換え体は世代更新を重ねており、一部を除きメチルビオロゲンや強光などへの耐性を調査し終えている。その結果、これらの遺伝子を葉緑体ゲノムへ導入し強発現させる手法は、ストレス耐性植物の育成に大変有効であるとの結論を得た。一方、今年度初めて、光合成の暗反応(カルビン回路)を構成する酵素のひとつ(SBPase)を葉緑体ゲノムに持つタバコを作成することができた。カルビン回路の律速として知られるSBPaseの強発現では、植物の生育が劇的に向上することが期待されたが、実験の結果、組換え体には初期生育の遅延が観察され、生育は向上しなかった。しかしこの組換え体は、最終的に野生型と同じ程度にまで生育し、枯死するまでの寿命が野生型より長いという、興味ある性質を示した。今後、この組換え体の高CO2濃度下における反応を調査する必要がある。