hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
量子計算を利用するリコンフィギャラブルプロセッサ

量子コンピュータは全ての解の候補についての検証を一度の計算で行うことができるため、因数分解のようなNP問題を高速に解くことができると考えられている。しかし、量子コンピュータの完成形については未だ定まっておらず、その実現、実用化に向けてはベンチマークとなるアルゴリズムが不可欠となる。そのアルゴリズムの検証を行うために量子計算のエミュレータが必要となるが、量子コンピュータでは量子の重ね合わせを用いて計算を行っており、N量子ビットを模倣するためには2Nのメモリ領域が必要となってしまうため、大規模な量子計算の模倣は難しいと考えられている。そこで、我々は一部の量子ビットを古典ピットヘ置き換え、ユニタリマクロ操作を入力と用いる量子計算エミュレータを提案した。量子計算のエミュレーションが必要な計算部分だけに着目し、その計算過程を古典ビットによって置き換ることで使用メモリの削減を実現し、またユニタリマクロ命令を用いることで効率の良い計算が行えるようにした。実装にあたっては、40MHzクロックで動作し、192並列PEを持つDIMD (dual-instruction multiple-data)プロセッサをFPGA上に実現し、ユニタリマクロ命令の処理や計算の制御を行うソフトウェアである命令コンバータをC言語によって作成した。この量子計算エミュレータにおいて、64ビット整数の因数分解の実験を行った。その際、計算アルゴリズムとして量子コンピュータの代表的なアルゴリズムであるShorのアルゴリズムを用いた。この計算は量子コンピュータ上では320量子ビットを用いる計算量に相当するが、実験の結果、所要時間1300秒、使用したメモリ量は40k-bitとなった。順問題がクラスP、逆問題がクラスNPに属する一方向性関数に対する逆問題に対する解を、高速かつ正確に解くことは社会の様々な面で重要になってきている。生活にも密接にからむ身近な問題にも巡回セールスマン問題やナップサック問題などに帰着可能な問題も多く存在する。これらの問題を個人べースで手軽に解くためには、限られた消費電力で高速に解くためのプロセッサが必要となる。とりわけ、逆問題には並列解法が有効であるため、チップマルチプロセッサが適していると考えられる。しかし、一方向性関数に対する逆問題を高速に解くことに特化したチップマルチプロセッサはまだない。そこで、本研究ではそのようなプロセッサを実現するために、重ね合わせの性質を生かして高い並列度の計算力を持つ量子計算を用いて逆問題を解くための計算上の特徴に着目し、同等の計算ステップで逆問題を解くためのマルチプロセッサアーキテクチャの条件を提案した。並列処理中に条件処理を包含させるために、2つの命令を選択し実行する機能を持つプロセッサをFPGAにより実装した。その結果、64bitの整数を持つ因数分解において、動作周波数が3.4GHzである汎用プロセッサ上で同じアルゴリズムを適用した場合に比べて演算時間を35%短縮することを示した。これにより、因数分解や離散対数問題のような、入力の規模に対して2の累乗に比例して計算量が増していく問題を汎用プロセッサよりも低消費電力で高速に解くことを示唆している。また、試作したプロセッサの性能は、320量子ビット相当の量子計算機が処理可能な問題規模と同等であることも示した。本研究では、従来のプロセッサの性能を飛躍的に向上させるために、量子計算型リコンフィギャラブルプロセッサの研究を実施している。平成17年度は、量子計算型リコンフィギャラブルプロセッサを具現化するため前年度に試作したDIMD(Dual Instruction/Multiple Data)型プロセッサと、DIMD型プロセッサ用のアセンブラ命令を量子回路に変換する命令コンバータによる量子計算エミュレータシステムの実現を目指した。エミュレーションは、DIMD型プロセッサにより並列計算を行い、またプロセッサに用いた命令を命令コンバータによって量子回路に変換する。こうして、双方の命令を関連付けることで、量子計算のエミュレーションを高速に実行するシステムを実現する。DIMD型プロセッサは1つのコントローラとインデックスを持つ多数の計算素子(PE : Processing Element)によって構成されている。PEは、並列計算を行う計算素子であり、コントローラでは命令実行順序の制御やバイナリ検索によって1つに絞られた解の検証を行う。DIMD型プロセッサの命令と量子コンピュータの命令に関連性を持たせるためのプログラムとして命令コンバータを用いる。

命令コンバータによってプロセッサ用のアセンブラ命令は量子回路に変換され、出力される。DIMD型プロセッサのPEに対するほぼ全ての命令セットの量子回路化に成功した。その結果、Shorのアルゴリズムの離散対数問題を解く計算に相当するプロセッサ用命令文の量子回路への変換に成功した。現在は量子回路からアセンブラ命令への変換についての研究に取り組んでいる。量子コンピュータは全ての解の候補についての検証を一度の計算で行うことができるため、因数分解のようなNP問題を高速に解くことができると考えられている。しかし、量子コンピュータの完成形については未だ定まっておらず、その実現、実用化に向けてはベンチマークとなるアルゴリズムが不可欠となる。そのアルゴリズムの検証を行うために量子計算のエミュレータが必要となるが、量子コンピュータでは量子の重ね合わせを用いて計算を行っており、N量子ビットを模倣するためには2Nのメモリ領域が必要となってしまうため、大規模な量子計算の模倣は難しいと考えられている。そこで、我々は一部の量子ビットを古典ビットへ置き換え、ユニタリマクロ操作を入力と用いる量子計算エミュレータを提案した。量子計算のエミュレーションが必要な計算部分だけに着目し、その計算過程を古典ビットによって置き換ることで使用メモリの削減を実現し、またユニタリマクロ命令を用いることで効率の良い計算が行えるようにした。実装にあたっては、40MHzクロックで動作し、192並列PEを持つDIMD(dual-instruction multiple-data)プロセッサをFPGA上に実現し、ユニタリマクロ命令の処理や計算の制御を行うソフトウェアである命令コンバータをC言語によって作成した。この量子計算エミュレータにおいて、64ビット整数の因数分解の実験を行った。その際、計算アルゴリズムとして量子コンピュータの代表的なアルゴリズムであるShorのアルゴリズムを用いた。この計算は量子コンピュータ上では320量子ビットを用いる計算量に相当するが、実験の結果、所要時間1300秒、使用したメモリ量は40k-bitとなった。
サブ10ナノメータ級チャネル多層化新構造MOSFET/SOIの研究

本研究での主な研究成果の概要は下記の通りである。1.提案したチャネル多層化新構造ML-MOSFET(Multi-Layer Channel MOSFET)の電気特性をシミュレーションにより明らかにした。作製プロセスの実験結果を基に、より高性能化、低コスト化が可能な作製新プロセスを考案した。3.オン電流をさらに2倍近く向上させることが出来る新構造TML-MOSFET(Twin ML- MOSFET)とその作製プロセスをさらに考案し、その技術確立に向けさらに実験を進めた。4.HfO_2をECRで堆積後、Ar/N_2プラズマで室温窒化しHfNOとし、その後N_2中1000°Cアニールすることにより、ゲート絶縁膜として有望なHfNO極薄膜が得られることを明らかにした。5.ML-MOSFETの作製を進める中で、作製主要プロセスを応用した新SOI技術SBSI(Separation by Bonding Silicon Islands)を考案した。SBSIはBulk基板を基にSOI化と素子間分離とを一体化形成し、極薄SOI層/BOX層形成、多層SOI化、部分SOI化が容易にでき、半導体産業界に大きなインパクトを与える可能性があることから、研究を強化し進めるとともに、基本特許を国内外に出願した。6.Si/SiGe/Si構造でのフッ硝酸溶液によるSiGe横方向選択エッチング技術、Si島の高温アニールによる接着技術、Si島の酸化による接着技術等の基本プロセスを確立し、SOI層厚40nm、Box層厚29nmのSBSIによる2インチ基板の作製に成功した。SOI層の結晶性は良好で、素子間分離耐圧も15V以上と良好であった。SBSIが将来の極微細CMOS/SOIの高性能化に有望なSOI技術となりうる可能性を示した。7.研究成果の産業界への貢献とSBSIの早期実用化に向け、企業との共同研究を平成16年度より開始した。初年度の主な研究実績の概要は下記の通りである。(1)チャネル多層化新構造ML-MOSFET(Multi-Layer Channel MOSFET)の主要プロセスについての実験結果を基に、作製プロセスを大幅に改良し、SOI基板でなくBulk基板を用い、セルフアライン化をさらに進め極微細化が容易で、より高性能化、低コスト化が可能なML-MOSFET作製新プロセスを考案した。(2)ICPドライエッチング装置を購入し、Si、SiO_2(CVD)、レジスト等のエッチングの基礎データを取得、Si/SiGe/Si多層構造の極微細エッチングの検討開始等ML-MOSFETの試作に備えた。(3)ML-MOSFETの主要作製プロセスであるSi/SiGe/Si構成でのフッ硝酸溶液(HF : HNO_3 : H_2O=1 : X : 60)を用いたSiGe横方向選択エッチングについて、さらに詳細な実験を行い、(1)Geの高組成化とともにSiGeのエッチング速度向上、(2)Si/SiGe/Si構成後のアニールは800°Cまで可能、SiGeのエッチング速度は1000°Cで低下、(3)エッチング速度、AFMによる表面ラフネス評価、SiGe/Siエッチング選択比から判断し硝酸比X=90120が妥当、(4)エッチング後のSi表面のSIMS分析ではGeの残留は検出下限以下、等をML-MOSFET試作に向け明らかにした。

(4)ECRによる高誘電率HfON薄膜の形成を検討し、堆積したHfO_2をECR Ar/N_2プラズマで室温窒化しHfONとした後、N_2中1000°CアニールすることによりEOT=1.9nm、リーク電流0.2A/cm^2(@VFB-1V)を得て、ゲート絶縁膜として有望なことを示した。(5)極薄SOI上へのPtSi形成について検討し、10nm級までの極薄SOI層のシリサイド化の見通しを得た。(6)Si/SiGe/Si構成でのSiGe横方向選択エッチング等を応用し、SiO_2を有するSi島をSi基板にボンディングし、SOI基板の形成と素子間分離を一体化した新しいSOI基板の作製方法:SBSI(Separation by Bonding Silicon Islands)を考案・検証した。大きなインパクトを半導体産業界に与える可能性があることから、特許を出願した。(7)以上記した研究成果に関する特許を2件さらに出願手続き中である。主な研究実績の概要は下記の通りである。(1)初期のML-MOSFET (Multi-Layer Channel MOSFET)の主要プロセスについての実験結果を基に、SOI基板でなくBulk基板を用いて、極微細化が容易で、より高性能化、低コスト化が可能なML-MOSFET作製新プロセスを前年度に考案した。この新プロセスの確立に向け実験を進め、その結果を基に、オン電流をML-MOSFETのさらに2倍近く向上することが出来る新たな構造TML-MOSFET (Twin ML-MOSFET)とその新プロセスを考案した。新プロセスはセルフアライン化をさらに進めてあり、微細化が容易である。(2)前年度購入したICPドライエッチング装置を用いて、Si/SiGe/Si多層構造の垂直性の高いエッチング技術をほぼ確立し、試作に適用した。(3)また、新構造TML-MOSFET作製プロセスにおけるSi/SiGe/Si多層構造のICPドライエッチング後のSiGe横方向選択エッチングでは、フッ硝酸溶液を用いた場合、エッチング速度が速いことから、Siブリッジ幅を20nm前後に高精度で制御するのが困難と判断し、アンモニヤ過水を用いるための基礎データを収集し、適用した。(a)i-Si/i-SiGe/Si多層構造でのi-SiGe横方向選択エッチング速度は、HF:HNO_3:H_2O=1:90:60を用いることによりSiの400倍に高め、エッチング後のSi表面モフォロジーと界面特性も良好であることを確認した。(b)ウェット酸化のみでSi島をSi基板に酸化膜を介して接着する手法も新たに検証した。上記(a)(b)の結果を基に、SBSIによるSOI化素子間分離一体化形成2インチ基板(SOI層厚:40nm、BOX層厚:29nm)を作製し、素子間分離耐圧は15V以上と問題ないことを確認した。
トポタクティック導波路構造体を備えた高温超伝導モノリシック電圧標準素子の開発

本研究課題では、申請者が見出したBi-2212単結晶を極低濃度塩酸に浸漬させることで生じるトポタクティックBiOCl誘電体層を導波路とした、サブミリ波源・量子化定電圧発生器を一体化した高温超伝導モノリシック電圧標準素子開発を目指した。当該研究を通して、Bi-2212単結晶内に発振・検出素子を一体化させる素子作製プロセスを開発した。電磁波検出実験では、シャピロステップライクな応答を検出素子に見出すことに成功した。また、これまで報告のなかったBiOCl結晶のテラヘルツ帯誘電特性を調べ屈折率の実部が3程度であることを明らかにした。今後、検出した電圧ステップの起源を明らかし電圧標準素子へと繋げたい。本研究では、申請者が見出したBi-2212単結晶を極低濃度塩酸に浸漬させることで生じるBiOCl誘電体層を導波路とし、Bi-2212固有接合からなるサブミリ波源・量子化定電圧発生器を一体化した高温超伝導モノリシック電圧標準素子開発を目指している。本年度は、導体層にはAu薄膜を用いAg/BiOCl/Agのマイクロストリップ線路型の導波路構造を形成し電磁波放射ならびにシャピロステップ発生用のBi-2212固有接合アレイの結合の完成を試みた。実験結果として次の3点を確認した。[1]電磁波放射源としてBiOCl誘電体層に取り囲まれたBi-2212発振器の作製を行ない電磁波放射を確認した。[2]1の電磁波放射源にシャピロステップ発生用のBi-2212固有接合アレイを導波路構造なしで結合させ、電磁波放射に伴う臨界電流の抑制を確認した。ただし、シャピロステップは観測されていない。[3]導波路構造を形成する金属薄膜成膜用の高真空DCスパッタ装置を設計と立ち上げを行なった。スパッタ装置の立ち上げに時間を要し、導波路構造と一体化したデバイス構造の作製と評価まで実施できていないため。本研究課題ではBi系固有接合を発振・検出素子とした77K動作の電圧標準素子開発に向け研究を進めてきた。とりわけ重要となるのが発振・検出素子を高周波的にカップリングさせるための導波路構造の形成である。このため、Bi-2212単結晶を希塩酸に浸漬させることで得られるBiOCl結晶を誘電体層とする導波路構造を着想し、テラヘルツ帯における物性を時間領域分光によって初めて評価した。その結果、当該材料は2THz程度までは屈折率が3から4程度、また吸収が小さいことが明らかとなり導波路構造体として利用できると判断された。平成29年度は、前半期までに立ち上げた成膜装置を用い導波路構造を形成するための金属層の成膜条件を整える。特に成膜条件によってはBi-2212表面層にダメージを与え接触抵抗の増大につながる可能性もあるため慎重に準備を進める。併せて、電磁波放射素子と検出素子(シャピロステップ発生用)を導波路構造で一体化した素子構造作製プロセスを完成させる。後半期には、本研究課題の目的を達成すべく特性評価を中心に実験を進め、必要に応じてデバイス構造の修正を適宜行う。超伝導エレクトロニクスH28年度に設備費としての申請額が430万であったのに対し、実際に認められたのは260万でありと計画書通りの実験計画を遂行するのが困難であった。このため、長岡技術科学大学の学長裁量経費への予算申請などを行い、研究経費の合算使用による研究の実施を行なったため次年度使用額が生じた。平成29年度は実験ではデバイス作製に要するフォトマスク作製費を中心に支出する予定である。また、年度末には研究成果を報告するための費用として使用を考えている。
点過程時系列データのための非線形時系列解析

本研究は,点過程時系列データを非線形力学系の観点から特徴づけるため,埋め込みを保証するための実用的な方法を提案することを目的とした.点過程時系列データに対して,時間窓の大きさはサンプリング間隔が一定の時系列データの埋め込み次元に対応している.そこで,本研究では予測誤差を用いて点過程の時間窓を定める手法を提案した.埋め込みが保証できることにより,非線形予測,外力の再構成,方向性結合の検定,カオス性の検定の4つの手法を点過程時系列データに対して利用することが可能になった.今後、予測誤差の評価を1ステップで行うのではなく、5ステップ先の時間窓までの予測の予測誤差の合計で評価することにした。その結果、基準をより厳密に用いた時、為替取引のデータで選ばれる時間窓が秒のオーダーから数時間のオーダーになり、埋め込みと考えることができる妥当な結果になった。まずは、Hirata et al.(2008)の方法を使って、点過程の距離とリカレンスプロットを使って外力の再構成を試みた。予測に最適な時間窓の2倍の大きさの窓を用いた時、予測誤差に最適な時間窓を用いた場合よりもより正確に外力が再構成できた。手法の妥当性を為替取引の外力に1週間の周期性があることを示すことで確認した。次に、ネットワーク構造の推定を、Hirata and Aihara(2010a)の手法を用いて行った。この場合でも、予測誤差の意味で最適な時間窓の2倍の大きさの窓を用いる時、結合レスラーモデルで構成したネットワークの構造が正しく推定できた。また、風洞の風からコオロギの気流細胞への一方向性の結合が正しく同定できた。最後に、Hirata and Aihara(2010b)の方法を用いて、決定論的カオスの検定への応用可能性を吟味した。Hirata and Aihara(2009)の方法のように、前後のイベントを入れる場合と入れない場合の16種類の距離の最小値を求め局所的な距離を定め、グラフ上の最短路を求めることで大域的な距離を求めた。周期解に非常に近いカオス的なレスラーモデルのように際どいケースでは正しい判別ができなかったが、レスラーモデルの周期的なパラメータと、良く用いられるカオス的なパラメータ、ローレンツモデルをintegrate-and-fireモデルに入力して得られたスパイク列、コオロギの気流細胞のデータで、手法の妥当性を確認した。地震は、決定論的カオスと整合的とは言えなかった。本研究は,点過程時系列データを非線形力学系の観点から特徴づけるため,埋め込みを保証するための実用的な方法を提案することを目的とした.点過程時系列データに対して,時間窓の大きさはサンプリング間隔が一定の時系列データの埋め込み次元に対応している.そこで,本研究では予測誤差を用いて点過程の時間窓を定める手法を提案した.埋め込みが保証できることにより,非線形予測,外力の再構成,方向性結合の検定,カオス性の検定の4つの手法を点過程時系列データに対して利用することが可能になった.本研究は、神経、地震、経済取引等に代表される点過程時系列データのための、非線形時系列解析を確立するために、点過程時系列データの埋め込みを実用的に保障する手法を開発することを目的とする。点過程時系列データにおいては着目する時間窓の長さが、一定の時間間隔おきに観測が得られる時系列データに対する埋め込み次元に対応すると考えられる。そこで、本研究では、点過程時系列データの窓の長さを埋め込みが実用的に保障されるように適切に選ぶ手法を開発することを目的とする。3つの手法を試した。1つ目は誤り近傍法の拡張、2つ目はリカレンスプロットの斜めの線の数の減少率を使う手法、3つ目は予測誤差を用いる手法である。1つ目の誤り近傍法の拡張は、点過程時系列データにそのまま用いることができなかった。というのも、窓の中に含まれるイベントの数によって、距離が不自然に変化することがあるためである。2つ目のリカレンスプロットの斜めの線の数の減少率を使う方法もうまくいかなかった。この手法では、埋め込みの長さが十分であれば減少率が短い斜めの線でも一定であるという予想をしていたが、3つの例でそれとは全く異なる結果となった。3つ目の手法である予測誤差では、埋め込みを実用的に保障できた。過去から最も近いパターンを探し、その次の窓を予測として与えた。比較として用いたのは、現在の窓が繰り返されるとする持続予測である。この手法では、決定論的な系から生成された点過程時系列データの例で選ばれた窓の大きさを使うと、最近傍を使った予測により、持続予測よりも良い予測を構成することができた。手法をコオロギの気流細胞のデータ、地震のデータ、為替のデータで検証した。コオロギのデータや地震のデータでは、解析した範囲では、過去の近傍点を使った予測で持続予測よりも良い予測が得られる傾向にあった。為替のデータでは、解析した期間に結果が依存した。昨年度の目標は順調に達成された。点過程時系列データに対して、埋め込みを実用的に保障するような手法が、予測を使って構成できることが分かった。また、コオロギの気流細胞、地震、為替の実データで応用可能性を評価した。昨年度に構築した埋め込みを実用的に保障する手法を応用して、その応用可能性を吟味するとともに、必要に応じて手法を改良する。実用的な埋め込みを使った応用としては、外力の再構成、方向性結合の検定、カオス性の判定を考えている。

これらの応用手法を神経、地震、為替の実データに用いて検証する。当初、平成23年度中にもう一度海外に出張して、研究の成果を議論してもらう予定でいた。しかし、研究が進むにつれ、研究途中の段階で議論してもらうよりも、研究がまとまり応用可能性が見えてから議論してもらう方が予算をより効果的に使うことができるという判断に至った。そのため、当初予定していた平成23年度中の海外出張を平成24年度に変更することとした。
TM変異体による新規血管内皮保護薬の開発

トロンボモジュリンの5番目の上皮細胞増殖因子様領域(TME5)は40アミノ酸から構成され、2つのS-S結合で3つのループ構造をもつ。われわれは、TME5が発揮する血管内皮保護作用や血管新生作用がどのループに存在するのかを検証するためそれぞれのループを形成するアミノ酸を化学合成した(TME5A, TME5B, TME5C)。臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)の培養液中にそれぞれの合成アミノ酸を添加すると、興味深いことにTME5Cの存在下でHUVECの細胞増殖活性が増した。一方で、TME5AとBにはそのような活性は認められなかった。免疫抑制剤による細胞障害からHUVECを保護する作用もTME5Cのみに認められた。この19アミノ酸からなるTME5Cは血液凝固系に作用しないことも、正常人の血漿にTME5Cを添加後血液凝固時間が延長しないことから確認できた。マトリゲルにTME5Cを混じてマウスの皮下に移植すると、3日後に血管増生が確認できた。さらに、マウスに抗がん剤と放射線照射を行い、肝類洞閉塞症候群(SOS)を作製した。このモデルにTME5Cを投与することでSOSを予防することに成功した。出血に関する副作用は確認されなかった。TMが内皮細胞保護活性を発揮する構造を40アミノ酸から19アミノ酸まで突き詰めることができた。19アミノ酸からさらに1アミノ酸ずつ短い構造物を化学合成して、その内皮細胞保護活性を検証していく。また、アミノ酸を他のアミノ酸に置換することで、より強力な内皮細胞保護活性が得られないか検証する。
水素原子レベルの時分割解析による呼吸鎖末端酸化酵素のプロトンポンプ機構の研究

チトクロム酸化酵素は分子状酸素(O2)の還元によりプロトンポンプを駆動して、ATP合成に利用されるプロトン濃度勾配を形成する、生命維持に最も重要な酵素の一つである。本研究により、X線自由電子レーザー設備を活用して、本酵素の(i) O2還元中心の構造が決定され、(ii) O2がO2還元中心を構成している銅イオンに結合することによりプロトンポンプの逆流を遮断することが明らかされた。前者は50年来の懸案を解決するものであり、後者は前者とともに本酵素のエネルギー変換機構を水素原子レベルで解明するという生命科学研究者の夢を現実のものとするものである。O2還元過程の赤外/可視分光解析。文献記載のCaged O2化合物は全く予想外にも光感受性がかなり高いことが発見され、実験条件の再検討を開始した。一方フローフラッシュ法により完全(4電子)還元型によるO2還元過程の可視分光解析を行い、ほぼ文献値と矛盾のない結果を得た。低温(摂氏5度)に設定したため中間体の分離が良好であることが認められた。しかし、精度のさらなる向上が必要である。時分割X線構造解析。静止X線回折データのみにもとづくX線構造解析法の開発とXFEL照射による周辺のX線損傷範囲の精密測定等を行い休止酸化型の無損傷X線構造を1.9オングストローム分解能で決定した。これはフェムト秒レベルの時分割X線構造解析が可能であることを示す歴史的成果と世界的に認められている。結晶中で反応を同期して開始させるレーザーフラッシュシステムをCO結合型チトクロム酸化酵素(CcO)結晶を標準として開発に成功した。そこでCO光解離後の時分割X線構造解析により赤外分光学的にとらえられている中間体のX線構造決定のため、常温でのSACLAでの時分割構造解析のための準備を開始した。CcO反応中間体の構造解析は順調に進展し、multiple conformerや分子内部のcarboxyl基のプロトン化状態がいくつかの残基で明らかになった。チトクロムc/CcO相互作用解析。浸透圧の複合体形成への影響の解析にもとづいて結合に伴う脱離水分子数が見積もられた。複合体の二次元及び三次元元結晶化に成功し、チトクロムcがプロトンポンプ機能制御に関与していることを示唆する結果を得た。これと関連して低酸素耐性因子であるHigD1aもプロトンポンプ機能を促進していることを示唆する結果を得た。また中性pHでの結晶化にも成功した。文献記載のCaged O2化合物の性能を組織的に検討し、光感受性は遮光と温度により制御でき、本研究の目的には十分の速度でO2が放出されることが明らかになった。また、2種の新規化合物の合成にも成功した。一方フローフラッシュ法の精度向上は順調に進歩し摂氏5度ではO2結合型70&#61549;程度の寿命を持つことが明らかになった。時分割X線構造解析。昨年度のXFELによる休止酸化型の無損傷X線構造につづいて、CO光解離後の時分割X線構造解析により赤外分光学的にとらえられている中間体の時分割構造解析を、常温でSACLAにより行った。その結果、CuBがポンププロトン逆流防止(したがって、エネルギー変換効率の向上)機構の中核として機能していることが明らかになった。また時分割XFEL実験に不可欠な湿度制御システムが開発された。CcO反応中間体の静止X線構造解析。P中間体のCO/O2混合気体による調製法がほぼ確立された。その他の中間体については複数の中間体が混在している状態の解析法により構造解析の精密化が進められた。O2還元中心の機能解析のためアジ化物結合をX線構造解析とラマン分光法により解析し2当量を受容できることが認められた。また質量分析により2量体形成機構への脂質の関与が証明された。チトクロムc(CytcC)/CcO相互作用解析。複合体の三次元構造解析に大幅な進歩があり、3層の水分子が複合体安定化に寄与していることが認められた。これは水分子の新規の機能を示唆している。一方、CytcCの部位特異的変異の電子伝達反応に及ぼす効果とX線構造に基づいて代謝回転中の複合体構造が導出された。文献記載のCaged O2化合物に光感受性が発見されたため実験条件の再検討を昨年度行い、現在結晶CcOでの反応追跡に利用するための条件の検討中である。この課題は当初の計画よりやや遅れているが、これ以外は順調以上に進展している。特に休止酸化型CcOの無損傷構造の決定につづいて、CuBがポンププロトン逆流防止(したがって、エネルギー変換効率の向上)機構の中核として機能していることを明らかにしたSACLA実験の成果はCcOのプロトンポンプ機構解明に大きく貢献するだけではなくフェムト秒レベルの時間分解能の時分割X線構造解析が可能であることを実証するものであり、生命科学全体への大きな波及効果が期待できる(投稿準備中)。また、チトクロムc/CcO複合体の3次元構造解析から明らかにされた複合体形成機構は、プロトンポンプにはチトクロムcからの制御された電子伝達が不可欠であるので、プロトンポンプ機構解明に大きく貢献することが期待できる。

また、三層の水分子配列形成による複合体の安定化は、エネルギー変換効率の最適化に大きく寄与していると考えられるがこのような例は他には知られていない。さらに部位特異的変異解析結果に基づく代謝回転中の酵素基質複合体形成機構や質量分析による2量体形成機構への脂質の関与の証明等はどれも当初計画以上に大きく進展した課題といえる。特に前者はCyt.C-CcO間の電子伝達機構を代謝回転中のCyt.C-CcO複合体の構造から解明することを目指す新規な蛋白質機能解析方を提示するものであり大きな波及効果が予想される。Caged O2を利用した反応追跡システムの開発が遅れているため、区分(2)を自己点検評価とした。1.時分割解析によるチトクロム酸化酵素(CcO)プロトンポンプ機構の研究。CcOのプロトンポンプはheme aの正荷電とプロトンとの静電的反撥により駆動される。その方向性決定機構の解明のため、CO結合型CcOの光解離過程のX線自由電子レーザー設備(SACLA)を利用した時分割構造解析を行った。その結果、CuBに結合したO2がポンププロトン輸送経路を閉鎖して逆流を防ぐことが明らかにされた(Science Advance査読中)。またCcOのO2還元過程のCOOH基領域の時分割赤外分光解析法がほぼ確立された。2.静止X線構造解析。分解能の向上により、プロトンポンプ経路に4当量のプロトン受容部位が認められた(JBC発表済)。2種のO2還元過程反応中間体のO2還元中心とプロトン輸送経路のX線構造を決定した。アジ化物結合型の高分解能X線構造解析により、プロトン輸送経路からのプロトンの流出によりheme aの電子親和性が低下することが明らかにされ、プロトンがheme aに駆動されていることが実験的に示された。1.35angstrom分解能の構造解析によりCOO基のプロトン化状態が決定された。また質量分析によりCcOへの不安定なリン酸化、アセチル化部位が多数発見された(PNAS発表済)。4.まとめ。以上の研究により、本酵素のプロトンポンプ機構を原子の挙動として(水素原子レベルで)とらえることが現実的研究課題と見做せる段階に到達した。チトクロム酸化酵素は分子状酸素(O2)の還元によりプロトンポンプを駆動して、ATP合成に利用されるプロトン濃度勾配を形成する、生命維持に最も重要な酵素の一つである。本研究により、X線自由電子レーザー設備を活用して、本酵素の(i) O2還元中心の構造が決定され、(ii) O2がO2還元中心を構成している銅イオンに結合することによりプロトンポンプの逆流を遮断することが明らかされた。前者は50年来の懸案を解決するものであり、後者は前者とともに本酵素のエネルギー変換機構を水素原子レベルで解明するという生命科学研究者の夢を現実のものとするものである。文献記載のCaged O2化合物に光感受性が発見されたため実験条件の再検討が必要になっている。この課題は当初の計画よりやや遅れているが、これ以外はほぼ順調以上に進展している。特に休止酸化型CcOの無損傷構造の決定は、この構造の長年にわたる議論に終止符を打つだけではなくCcOのプロトンポンプ機構解明に大きく貢献する成果といえる。
各種病態下における血流の流体力学的研究

血管内の血流と血管の形態についてコンピュータシミュレーションによって検討した。サルによる心血管系の3次元モデルを作成し、この形態を計測し、脈管内腔の3次元情報を得た。この数値をコンピュータに入力し、流体解析ソフトウエアであるアルファーフロウを用いて、有限要素モデルとして構築した。またヒトの冠動脈造影写真を計測し、脈管内腔の2次元情報を得、同様に数値をコンピュータに入力し、有限要素モデルとして構築した。またモデルには、冠動脈疾患を想定した狭窄を加えたものも用いた。このモデルに、脈流を想定した血流を加え、また血液のレイノルズ数を変化させる事により血液の性状も変化させて脈管内の血流の推移をコンピュータシミュレーションにより検討した。その結果、脈管内の血流は冠動脈疾患を想定した狭窄によって変化するものの、この変化は臨床上予想される変化より大きいものであった。このことは、冠動脈の内腔が圧力に依存して拡張するために、相対的に狭窄率が減少するためであると思われ、血管内腔(血管断面積)の変化が大きな影響を与えている事がわかった。このことは血管コンプライアンスが影響している事を示唆している。またレイノルズ数が大きくなると血流に大きな影響を与え、冠動脈圧が過大になることを確認した。またサルとヒトとの比較では、ヒトは相対的に大きいために同一レイノルズ数では圧力が下がる事がわかり、この分野での動物実験の限界を示唆した所見を得た。
可逆的マイケル付加ー脱離制御を鍵反応とするプロドラッグ設計概念の確立

クルクミンは、低毒性で多様な生物活性を示す食用植物成分である。当研究室では、クルクミンよりも低濃度でがん細胞増殖阻害活性を示すbis(arylmethylidene)acetone型アナログ(C5-クルクミノイド)を見出し、創薬化学研究を展開している。今回、C5-クルクミノイドのファルマコフォアとなっている交差ジエノン部がチオール類と可逆的Michael反応を行うことを見出し、1H-NMRで観測・実証した。さらに本反応を活用してチオール付加型プロドラッグを合成して評価した結果、高い抗腫瘍活性を維持しつつ水溶性を有するプロドラッグを創製することに成功した。当研究室で開発したC5-curcuminoid型[bis(arylmethylidene)acetone型]抗腫瘍活性化合物GO-Y030の薬物動力学的有用性開発を期して、エノン部分に多様なチオール分子をMichael付加してプロドラッグ候補分子を合成し、それらの溶解性と抗腫瘍活性を評価した。その結果、単純な脂肪鎖が置換したチオールでは溶解性も改善されず抗腫瘍活性が消失してしまったが、システアミンやN-アセチルシステイン、グルタチオン等、β位にヘテロ原子を有するチオールでは水溶性が向上するとともに、GO-Y030と同等の抗腫瘍活性が観られることを確認した。また、チオール付加型プロドラッグのNMRを追跡した結果、抗腫瘍活性が保持された誘導体においては速やかな逆マイケル反応が進行することも明らかとなった。これらの結果から、C5-curcuminoidはグルタチオン抱合体となっても逆マイケル反応によって平衡下にファルマコフォア部位であるエノン部を再生し、細胞内でより高い親和性を有するタンパク質に付加して細胞増殖抑制活性を発揮していることが強く示唆された。さらに、今回合成したチオール付加型プロドラッグの中には、親化合物であるGO-Y030を凌駕する抗腫瘍活性を発現するものが見いだされたことから、チオール側鎖の機能修飾を鍵として逆マイケル反応性を制御して、細胞内での挙動と安定性を制御できる可能性が見いだされた。生薬ウコンの主成分curcuminをシード構造として当研究室で見出されたbis(arylmethylidene)acetone構造を特徴とする抗腫瘍活性化合物(C5-curcuminoids)の精密な構造活性相関を行い、本化合物群の創薬化学的可能性を検証した。検討の結果、2つのベンゼン環をつなぐ1,4-pentadien-3-one構造が抗腫瘍活性発現にとって本質的な構造単位であることを明らかにした。また、ベンゼン環上の置換基は10オングストローム程度のサイズまで活性が保持されること、置換基には水素結合供与基を含まない方が良好な活性を与えることを明らかにした。その一方で、ベンゼン環上に1,3-メチレンジオキシ基を有する誘導体では著しく活性が減弱するという興味深い知見も得られた。また、マイケル付加反応剤の中で、特に優れた反応性を示すチオール類について、GO-Y030を用いて反応性を検証した結果、チオールに置換する基の立体電子効果が逆マイケル反応の速度に決定的な影響を与えることを突き止めた。本検討によって、1級アミンが逆マイケル反応の触媒として機能することも確認された。この結果は、bis(arylmethylidene)acetoneのケトンカルボニル基が1級アミンと反応して形成するイミンあるいはイミニウム構造が逆マイケル反応を加速していることを示唆している。1,4-Pentadien-3-one構造への電子求引基の導入によるマイケルー逆マイケル反応の加速にもとづく抗腫瘍活性の上昇を期して新規誘導体を種々合成したが、置換基の立体障害のためか、活性は軒並み低下した。このことから、1,4-pentadien-3-one構造は抗腫瘍活性発現にとって最適なファルマコフォアとなっていることが再確認された。創薬化学可逆的マイケル反応に基づくプロドラッグ作成の可能性を示唆する結果を得ることができた。また、チオールに近接する置換基によってプロドラッグとしての機能調整する可能性を見いだすことができた。細胞内での安定性、プロドラッグとしての機能性を明確に示すことができる誘導体の獲得を目指して合成・抗腫瘍活性の評価を行い、逆マイケル反応に基づくプロドラッグ化概念の確立を目指す。申請時に購入を計画していたガラス機具や消耗品を別予算で購入できたため、次年度に繰り越した。前年度の研究で明らかになった課題を実験的に解決するため、新たな誘導体を合成するための試薬・溶媒の購入に充てる予定である。
高温下で再利用可能な二酸化炭素除去用酸化カルシウム/リューサイト複合多孔体の創製

CO_2吸収物質が粉体状態では、CO_2の吸収・脱離の繰り返し回数の増大に伴って粒子が凝結し、表面積が低下してCO_2排出量が低減する。このようなCO_2吸収能の低下は典型的なCO_2吸収物質である酸化カルシウム(CaO)に関して多数報告されており、CO_2吸収能の低下の抑制がCaOに限らず、CO_2吸収物質の潜在的な課題となっている。申請者は、CaOのこのようなCO_2吸収劣化の問題を解決する手法として、高温環境下(500°C以上)でCO_2を吸収するCaO被覆型リューサイト複合多孔体の開発を行ってきた。この複合多孔体に用いるリューサイトは低熱膨張性のアルミノシリケート化合物であり、ゾル・ゲル法によって合成された。CaOをこの多孔質構造をもつケイ酸塩化合物の低熱膨張性リューサイトフォームに被覆することで、高いCO_2吸収率と吸収・脱離回数が増加しても吸収率が低下しない材料の開発に成功した。CO_2吸収前および15回CO_2吸収・脱離後のCaO多孔質構造をSEM写真で調査したところ、CO_2吸収・脱離の繰り返し後もCaOの多孔質構造が維持されており、この構造がCO_2吸収能の低下を抑制することを見出した。さらに、エタノール沈殿法を用いて作成した高表面積CaO板状結晶の多孔質構造への被覆によって200°C付近からのCaOの吸収速度を増大させることができた。以上のように、低温から高温まで幅広い温度域でCaOを効率よく捕獲可能なCaO被覆リューサイト多孔体を創製することができた。地球温暖化の一因とされる二酸化炭素(CO_2)を効率的に除去する方法の一つとして、中温環境下でのCO_2の化学的吸着が挙げられる。CO_2除去が可能な物質の一つである酸化カルシウム(CaO)は中温域からCO_2と反応して炭酸カルシウムを生成するため、化学吸着法に有効な物質の一つであるが、CaO粒子のみでは、CO_2の吸着・脱離反応の繰り返しによって、粒子の成長および凝集が発生して、その表面積が低下して吸着能は減少する。そこで本年度では、まずCaO粒子をセラミックス多孔体内部に分散させた複合多孔体の作製条件を調査し、その微細構造の観察・評価を行った。CaO粒子を組み込むセラミック多孔体には、Cs-リューサイト化合物(Cs-アルミノケイ酸塩化合物)を用いた。CsNo_3粉末とAl_2O_3/SiO_2微粉末からなる原料混合粉末を中温で焼成して得られるこの化合物の非晶質仮焼粉末は、この粉末からなるバインダーなしで作製した成形体を常圧1400°Cで焼成することで緻密な焼結体が得られるほど、焼結性の高い粉末であった。そこで、中温域で仮焼した粉末と気孔形成剤であるポリメチルメタクリレート(PMMA)を用いて得られた成形体を12001400°Cで焼成したところリューサイト粒子間がよく焼結された多孔体を作製できた。PMMA添加量を120wt%(vs.リューサイト粉末)とし、1200°Cで焼成した多孔体は気孔率69%程度であった。この多孔体に5mol/LのCa(NO_3)_2水溶液を含浸させた後、熱処理によりCaO粒子をリューサイト多孔体内に16wt%程度組み込むことができた。このCaOは粒径50mm程度のナノ粒子からなる凝集体であった。高温燃焼ガス中には高濃度の二酸化炭素(CO_2)が存在する.酸化カルシウム(CaO)は600900°CでCO_2を吸収してCaCO_3となり,900°C以上でCaCO_3が分解してCO_2を放出するため,高温の燃焼ガスから効率よくCO_2を分離・回収できる性質を有している.しかし,繰り返し使用によるCaO粒子の表面積減少でCO_2吸収能が低下する.本研究ではCaOの多孔質体への被覆分散により表面積の減少が抑制できると考え,低熱膨張性立方晶ケイ酸塩化合物からなるセラミックフォームにCaOを被覆したCO_2吸収材料を作製し,そのCO_2吸収能を評価した.まず,低熱膨張性ポルーサイト化合物(Cs_<0.9>Al_<0.9>Si_<2.1>O_6,以下9CAS)の非晶質仮焼粉末に水を加えたスラリー(重量比;水/粉末=1/1)をウレタンフォームに塗布・乾燥後、ウレタンフォームを600°C2hで分解除去し,1250°Cで5h焼成してセラミックフォームを作製した.次に,このフォームにCaOスラリーを塗布し,乾燥後にArガス流通下800°Cで2h熱処理してCaO被覆ケイ酸塩フォーム(以下,CaO-foam)を作製した.CaO-foamの気孔率は約90%であり,生成相はX線回折試験の結果より,CaO相と9CAS相のピークのみであり,CaOと9CAS基体とはほとんど反応しないことが分かった.そこでCaO-foamへのCO_2ガス吸収能を調査するため,示差熱重量分析装置を用いて,700°CでCO_2ガスを流通させてCaO-foamにCO_2を吸収させ,その後Arガスを700°Cで流通させてCO_2の脱離を行った.

CaO-foamに導入したCaOが完全にCaCO_3となった状態を100%としてCO_2脱離量からCO_2吸収率を算出した.CaO-foam中のCaOのCO_2吸収率は91%であり,15回のCO_2吸収・脱離操作後もその吸収率は89%と,ほとんど低下しなかった.一方,粉末状のCaOを用いた場合には70%まで低下した.走査型電子顕微鏡より,CaO-foamに被覆されたCaO粒子はCO_2吸収・脱離の過程で多孔質化していることが分かった.この構造がCaO粒子の表面積の低下を抑制し,CO_2吸収能を維持していると考えられた.CO_2吸収物質が粉体状態では、CO_2の吸収・脱離の繰り返し回数の増大に伴って粒子が凝結し、表面積が低下してCO_2排出量が低減する。このようなCO_2吸収能の低下は典型的なCO_2吸収物質である酸化カルシウム(CaO)に関して多数報告されており、CO_2吸収能の低下の抑制がCaOに限らず、CO_2吸収物質の潜在的な課題となっている。申請者は、CaOのこのようなCO_2吸収劣化の問題を解決する手法として、高温環境下(500°C以上)でCO_2を吸収するCaO被覆型リューサイト複合多孔体の開発を行ってきた。この複合多孔体に用いるリューサイトは低熱膨張性のアルミノシリケート化合物であり、ゾル・ゲル法によって合成された。CaOをこの多孔質構造をもつケイ酸塩化合物の低熱膨張性リューサイトフォームに被覆することで、高いCO_2吸収率と吸収・脱離回数が増加しても吸収率が低下しない材料の開発に成功した。CO_2吸収前および15回CO_2吸収・脱離後のCaO多孔質構造をSEM写真で調査したところ、CO_2吸収・脱離の繰り返し後もCaOの多孔質構造が維持されており、この構造がCO_2吸収能の低下を抑制することを見出した。さらに、エタノール沈殿法を用いて作成した高表面積CaO板状結晶の多孔質構造への被覆によって200°C付近からのCaOの吸収速度を増大させることができた。以上のように、低温から高温まで幅広い温度域でCaOを効率よく捕獲可能なCaO被覆リューサイト多孔体を創製することができた。
福祉サービスの多元化の理論的背景が児童福祉サービスの現状に与える影響に関する研究

イギリスと日本の初期の公私関係論を整理し、その相違点を明らかにした。次に、両国の生活支援の領域で「私」のみが存在した時代に、どのような経緯で「公」が参入したのかを史的検証によって解明した。さらに、第2次世界大戦後、福祉国家の理念に基づいて「公」の領域において担われていた福祉サービスが、民間営利部門を中心とする「私」に移行する過程を分析し、そこでの課題を児童福祉サービスに焦点を当てて浮き彫りにした。平成19年度は、日本国内における調査研究を中心に行った。研究代表者(金子光一)は、社会福祉サービス多元化の変遷を歴史的視点からまとめ、その成果を『淑徳社会福祉研究』(第15号)に発表した。研究分担者(西郷泰之)は、社会的養護サービスをめぐる多元化に関する動向を把握するため、兵庫大学の河野真教授に対するヒアリングによって、イギリスの分析枠組みを使った日本の介護サービス分野の福祉多元主義の状況分析やイギリスの準市場の形成状況について専門的知見を得るための調査を行った。研究分担者(山本真実)は、教育を含む保育サービスをめぐる多元化の現状を地方自治体(石川県金沢市、神奈川県横浜市、東京都三鷹市など)を対象とするインタヴュー調査等で明らかにした。児童福祉分野の多元化は、保育サービスが最も顕著な動きを示しているが、児童虐待を含む子ども家庭相談体制の改革が進む中、要保護児童支援地域協議会の活動における民間活力導入を図る自治体が見られ、一般的な子育て支援も含めて、NPO等の住民参加が多く見られた。また同志社大学で行われた社会福祉国際会議に参加し、アメリカ、イギリス、スウェーデンなどの児童福祉政策の動向と日本の位置づけを把握した。全体的な研究活動として、国内において収集可能な日本およびイギリスの「福祉多元主義」に関連する基礎資料を入手し整理した。また平成20年度に行う予定のイギリスでの有識者インタヴューに備え、インタヴュー先および対象者の最終的な選定を行った。同時に文献資料調査の結果を検討した上で、インタヴューの内容・項目について、研究班会議において審議した。当初予定した資料整理および翻訳作業は、結果的に第三者に依頼することなくほとんどを研究班で行った。そのため交付申請時の謝礼予定額は執行できず、その分を文献購入や文具などの消耗品購入にあてた。研究2年目の平成20年度は、主にイギリスとデンマークでの現地調査を中心に行った。研究代表者は、イギリスにおける福祉サービスの多元化の理論的背景をまとめ、3人の研究分担者は、それぞれ当該分野サービスの多元化の政策的背景、社会意識について現地資料をもとに整理した。また、研究分担者を中心に、福祉サービスの多元化の現状について、有識者に対するインタヴューを行った。具体的にイギリスでは、ロンドン北部にあるノーウィッジ(Norwich)へ行き、イースト・アングリア大学(University of East Anglia)のジューン・ソーバーン(June Thoburn)名誉教授にお会いし、イギリスにおける福祉サービスの多元化の流れと児童養護を中心とする児童福祉の現状についてヒアリングを行った。また、ジューン名誉教授の夫のジョン・ソーバーン(John T.Thoburn)氏は、日本の立命館アジア太平洋大学で経済開発の教授をなさっており、ジョン教授からも経済学の視点から貴重なご意見を頂戴した。さらに、ロンドン西部にあるブリストル(Bristol)へ行き、ブリストル大学社会政策研究学部(School for Policy Studies)のサラ・ペイン(Sarah Payne)准教授(Reader)にお会いした。彼女は住宅やジェンダーの専門家であるが、公私関係には詳しく有益な情報を提供してくれた。さらに、ロンドンでは、主にウエストミンスター市内の児童福祉施設やジョブセンタープラス(Job center plus)などを視察した。とくにメクレンバーグスクエア(Mecklenburgh squ.)にある児童家庭センター(Kids Family Center)のCoram Parents'Centerは、未就学児を対象とする日本の「子育て広場」に相当する施設で、トーマス・コラム(Thomas Coram)が設立した歴史的にも伝統のあるところである。デンマークのコペンハーゲンでは、公設の児童福祉施設を中心に見学し、ステフェンセン・カズコ(Kazuko Steffensen)氏にインタヴューを行うことができた。当初予定していた以上に旅費に経費を要し、現地での通訳・連絡調整を担当する研究協力者を雇用することはできなかったが、研究分担者がテープ起こしなどを行い対応した。また、旅費にかかった経費は、物品経費を削減することで対応した。研究期間3年目の最終年度にあたる平成21年度は、研究成果の報告に力を入れた。金子光一(研究代表者)は、5月に行われた社会事業史学会第11回大会において「国家責任主義への移行過程に関する一考察」というテーマで国家責任主義に移行する過程を民間福祉部門との関係で報告した。また、その内容を東洋大学社会福祉学会機関誌『東洋大学社会福祉研究』第2号に掲載した。西郷泰之(研究分担者)は、オーストラリアにおけるアジア太平洋地域虐待防止学会で、Efficacy and Issue of a Voluntary Home : Visiting activity in Japanと題する報告を行った。

山本真実(研究分担者)は、「イギリスの児童養護施策理念に関する一考察-『カーティス報告』から学ぶもの-」と題する論文を、大正大学社会福祉学会機関誌『鴨台社会福祉学論集』に投稿し、『児童のケアに関する委員会報告』(Report of Care of Children Committee、(Cmd.6922)、通称、『カーティス報告』)に焦点を当てながら、養護を必要とする児童に対する責任の所在を分析した結果を公にした。小倉常明(研究分担者)は、日本地域福祉学会第23回大会で、ボランティアマネジメント理論を検証した結果を「ボランティア・コーディネートに関する一考察」として報告し、さらに、社会事業史学会第11回大会において、「明治末期における生活困窮者対策の公私関係辛亥救済会と大阪弘済会」というテーマで、公的資金が投入された日本の民間団体について歴史的に検証した結果の報告を行った。最後に3年間の研究成果を、『平成19年度平成21年度科学研究費補助金(基盤研究(C))研究成果報告書』にまとめ、平成22年3月12日に刊行した。
高等植物のジェネティックスとエピジェネティックス

江戸時代に我国で花卉園芸化されて多数の花の色や形態に関する自然突然変異体が分離され、戦前に世界をリードし、我国の文化遺産でもあるアサガオの古典遺伝学的成果の内で、花の色や模様に的を絞り、分子遺伝学的観点から変異の実態を解明し、ジェネティク及びエピジェネティクな発現制御機構の解明を行なった。また、ゲノム配列が解析されてモデル植物となったイネを用いて、我々が独自に開発した変異創成法である相同組換えによる遺伝子ターゲティング法による変異体作出と自然条件下で転移を制御できるDNA型トランスポゾンの転移制御機構の解析も行なった。野生型は鮮やかな青色花を咲かせ、江戸時代に園芸化されて花の色や形に関する多くの自然突然変異体が分離されたアサガオの研究は、戦前の古典遺伝学的解析の知見も含め、独創性の高い研究として世界に情報発進を行ってきており、花色発現については、従来最もよく研究されているペチュニアを凌ぐ成果をあげつつある。今年度は主に白色花を賦与する転写調節因子の遺伝子と変異の同定及び解析を行った。先ず、アサガオの3種類の転写調節因子について、各々3種類のR2R3-MYB遺伝子MYB1、MYB2、MYB3、3種類のbHLH遺伝子bHLH1、bHLH2、bHLH3、2種類のWDR遺伝子WDR1、WDR2を分離同定し、各遺伝子の組織特異的発現を詳細に解析した。次いで、花色だけを白色化して茎や種子の色は野生型と変らないMYB1遺伝子の自然突然変異を同定し、さらに白花色を咲かせて茎も緑色で種子も象牙色となるWDR1遺伝子の変異も同定して、この変異では種子表面のtrichome形成にも影響を与えることも見出した。このような種子trichomeの形成はペチュニアでは見出されず、アサガオで初めて見出された遺伝形質である。我々はさらにこれらの変異体を用いて、花色発現に係わる遺伝子発現への影響を経時的に解析し、ペチュニアなどで得られつつある知見との類似点と相違点についても有用な知見を得た。特に、花弁液胞のpHの変動はペチュニアとアサガオでは異り、しかも、pH制御に係る遺伝子制御系、特に転写制御因子系の関与は大きく異ることが明らかになってきた。また、最近見出したイネの易変性のvirescent変異に係るDNA型トランスポゾンnDartを利用した新たな遺伝子タギング系の開発をめざし、易変性のジベレリン非感受性矮性変異やアルビノ変異の原因遺伝子の同定にも成功しつつある。さらに、相同組換えを利用したイネの遺伝子ターゲティングの開発を続行して、イネの機能ゲノム学的解明に資することもめざしている。野生型は鮮やかな青色花を咲かせ、江戸時代に園芸化されて花の色や形に関する多くの自然突然変異体が分離されたアサガオとその近縁種の研究は、戦前の古典遺伝学的解析の知見も含め、独創性の高い研究として世界に情報発進を行っている。今年度は先ず前年度に引続き、マルバアサガオの花や種子の着色に係るbHLH2転写調節因子遺伝子の自然突然変異の同定及び解析を行った。マルバアサガオの変異はAc/Ds系の自律性因子Tip100かMu系の非自律性因子の挿入変異であり、薄い花色と白い種子の遺伝形質を賦与するが、野生型の黒い種子の色素はプロアントシアニジン(タンニン)だけでなく植物メラニンも係り、bHLH2遺伝子の変異体では、両者の蓄積が低下し、さらに種子表面のtrichome形成も抑制されることを見出した。植物メラニンの生合成に係る変異の同定の最初の報告かと思われる。ソライロアサガオの白色花変異は、アントシアニン色素生合成系のDFR遺伝子内に、新規のヘリトロンの挿入変異であることを明らかにできた。ヘリトロンはゲノム配列のコンピューター解析により明らかにされた因子で、実態には不明な点も多く、自律性因子様のヘリトロンを分離解析し得たことは、重要な成果と思われる。また、通常栽培条件下で転移能を制御できる唯一のイネのDNA型トランスポゾンnDartを利用した新たな遺伝子タギング系の開発をめざし、トランスポゾンディスプレイ法による可視化を実現し、さらに、相同組換えを利用したイネの遺伝子ターゲティングの開発に関しても種々の技術的改良を加えて簡便化を図れた。野生型は鮮やかな青色花を咲かせ、江戸時代に園芸化されて花の色や形に関する多くの自然突然変異体が分離されたアサガオやソライロアサガオの花色に関する我々の研究は、独創性の高い研究として世界に情報発進を行っており、その結果、アサガオは花色に関するモデル植物としての地位を確立しつつある。