hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Theileria orientalisゲノム完全解読と機能分子の比較解析

牛小型ピロプラズマ原虫、Theileria orientalisの全ゲノムを解読する目的で研究を行った。Whole Genome Shotgun Analysisにより111,954リードのゲノムDNA断片情報を得て、これを整列させ、最終的に80のコンティグとした。さらにギャップクロージングの結果、4本の染色体の完全解読に至った。ゲノムサイズ全長は8,983,596bp(染色体1:2,746,313bp,染色体2:2,216,979bp,染色体3:2,19,511bp,染色体4:2,0,793bp)であった。また、ピロプラズマステージに発現するmRNAについてOligo-capping法、V-Trapper法により完全長cDNAライブラリーを作製、解析し、27,478リードのEST情報を得た。さらに、ESTをゲノム上にマッピングし、3種類の遺伝子予測ソフトで染色体上に存在する遺伝子を予測、それに基づいたオートアノテーションとマニュアルでの校正を実施した。その結果、約3,900の遺伝子領域を確定させた。またゲノム構造比較ソフトによりTheileria parva,T.annulataとのゲノム構造の比較を行った結果、前2者で複数遺伝子コピーが存在する遺伝子がT.orientalisではシングルコピーであること、サブテロメア領域の構造に大きな違いがあることが明らかにできた。これと並行してT.aparva,T.annulataとのシンテニー解析により、T.orientalisのシゾント、スポロゾイト表面抗原遺伝子を同定した。また、相同性解析の結果見出されたT.orientalis赤血球バンド3結合性タンパク質相同遺伝子(TpSCOP)の機能解析を実施し、本分子がリンパ球アクチンに結合すること、またアポトーシス抵抗性に関与することを見出した。Theileria orientalisの全ゲノム構造を明らかにすることが本研究の目的である。まず全ゲノムショットガンシークエンスをゲノムサイズ(8Mb)のカバー率x7までランダムにシークエンスし、そのデータを結合、コンティグ配列を得た。この段階で80の未結合部分(ギャップ)があり、そのクロージング作業に取りかかった。2006年3月現在ですべてのギャップは埋まり、最終的な配列確認作業を実施する段階に至っている。本原虫の場合、他のタイレリア種と同様、染色体は4本で構成され、それらの合計サイズは8.9Mと計算された。また、感染牛血液からmRNAを抽出し、Gキャッピング法により完全長cDNAライブラリーを得た。その一部のサンプルシークエンスを行ったが、その全長率は約90%であり、宿主由来配列は2/96であった。これについては引き続き10,000クローンの両端シークエンスを行い、ゲノムシークエンス上にマッピングし遺伝子予測結果と比較検討する。さらに新規分子については個々に発現、機能解析を行う計画である。また、比較ゲノム解析の一端として、Theileria orientalisで既に見出されているロプトリー関連遺伝子(ToMRP)の相同遺伝子をT.parvaゲノム配列上に見出し、そのフルサイズの遺伝子を大腸菌で発現させ、抗血清を作製した。さらに、本分子のシゾントでの発現をmRNA、蛋白質レベルで確認した。本分子の機能をさらに解析する計画である。今年度までに全ゲノムショットガン解析を終了し、8.9Mbのゲノム全長を4本の染色体としてギャップなしに構成することができた。これに加えて、ミトコンドリアとアピコプラストゲノムについても配列解析を終了した。またオリゴキャッピング法とベクタートラッパー法により赤血球ステージ原虫から完全長cDNAライブラリーを作製し、それぞれ5'端9663リード、5'+3'端27648リードの配列解析を実施し、ESTをゲノム上にマップした。

アノテーションの第一段階として、ゲノム上に存在する遺伝子を2種類の遺伝子予測ソフト(GIimmer, GeneMark)により予測した。これらの情報をデータ登録しサーバー構築を完了した。このシステムを使って、予測された3000以上の遺伝子について確定作業を開始した。またすでにゲノム構造が明らかになっているT. parva, T. annulataとの比較解析に着手した遺伝子機能解析の標的遺伝子として、平成17年度にはT. orieptalis ToMRPオーソログをT. parvaで同定し、その発現を確認した。18年度はその機能を明らかにするため、レトロウイルスベクター系に組み込んで、マウス細胞に発現させ表現型の変化を追跡できるシステムを作り上げた。細胞内でT. parva ToMRPオーソログは細胞骨格、特にアクチンと結合することを明らかにし、TpSCOP(Thileria parva Shizont-derived cytoskeleton binding protein)と命名した。4本の染色体の全塩基配列を確定させ、アノテーションを開始した。ESTをゲノム上にマッピングし、Glimmer, GeneMarkの2種類の遺伝子予測ソフトで染色体上に存在する遺伝子を予測、それに基づいたオートアノテーションを実施した。ついで、各予測領域についてマニュアルでアノテーションを実施した。第一ラウンドで、予測遺伝子(約3,900)についてアノテーションを実施しが、エクソン/イントロン境界領域の不一致、2種類の予測ソフトの結果の不一致が認められたことから、学習セットを組みなおすこととGeneWiseにより他のタイレリアゲノムの遺伝子予測を反映させることにより、再度オートアノテーションとマニュアルによる校正を実施し、遺伝子領域を確定させた。またゲノム構造比較ソフト(ACT)によりTheileria parva, T. annulataとのゲノム構造の比較を行った。その結果、前2者で複数遺伝子コピーが存在する遺伝子がT. orientalisではシングルコピーであること、サブテロメア領域の構造に大きな違いがあることが明らかにできた。これと並行してTheileria parva, T. annulataとのシンテニー解析により、T. orientalisのシゾント、スポロゾイトに発現する表面抗原遺伝子を同定した。また、相同性解析の結果見出されたT. orientalis赤血球バンド3結合性タンパク質相同遺伝子(TpSCOP)の機能解析を実施し、本分子がリンパ球アクチンに結合すること、またアポトーシス抵抗性に関与することを見出した。
日本語の特殊拍の知覚に対する韻律情報の影響とその習得過程に関する研究

日本語の特殊拍の知覚において、韻律情報(特に基本周波数(F0)の変動)や隣接要素の持続時間がどのように影響するかを調べるために、日本語母語話者を対象とした知覚実験を実施した。長音と撥音の比較や、語内の位置による影響の比較を通して、母音持続時間以外にも、F0変動や隣接する分節音の音声的な持続時間と音韻的な長短の判断、語内の位置、被験者の方言などの様々な要因が日本語の母音の長短の知覚に影響することが明らかとなった。平成25年度の研究実施計画に沿って、日本語の特殊拍の知覚におけるピッチ変動の影響を実証的に調べた文献資料を収集し、問題点を整理して以下のようにまとめることができた。第一に、比較的研究が行われている日本語母語話者の長音の知覚についても、先行研究ごとに結果の相違が大きく、現時点で単純な一般化をすることは危険である。日本語学習者に対する知覚実験を実施する前に、母語話者の知覚の傾向をより詳細に把握しなければならない。第二に、特殊拍の中では、長音に比べて促音や撥音の知覚におけるピッチ変動の影響を検討している研究が少ない。特に、撥音に関するものが少ないため、撥音に関する研究を実施しなければ全体像の把握が困難となる。以上の点を踏まえて、当初の実験計画の一部を修正し、撥音に関する知覚実験と、長音に関する知覚実験を実施した。前者は、これまであまり注目されてこなかった撥音の知覚とピッチ変動の影響を調べるものであり、長音・促音の知覚実験結果と合わせて、「日本語の特殊拍の知覚」としての一般化のための基礎とすべく実施した。後者は、すでに指摘されてきた長音の知覚とピッチ変動の関係をより詳細に把握することを目的としたものであり、日本語母語話者を対象に語頭および語中環境で実施した。撥音の実験結果から、語頭および語中環境において、ピッチ下降が生じると撥音の知覚が促進されるという傾向が観察され、この傾向はこれまでに長音や促音について指摘されてきた傾向と一致するものであった。一方、長音の実験結果の分析においては、先行研究で指摘されてきたものとは大きく異なる結果が観察され、被験者間で個人差も大きかったことから、今後は条件をよりコントロールしたうえでさらなる調査を継続し、どのような要因によりピッチ変動が生じるのかを明らかにしたうえで、ピッチ変動が生じる理由を探っていく必要があることがわかった。平成25年度の実験結果を踏まえて、平成26年度には日本語母語話者の長音の知覚においてピッチ変動の影響が種々の条件(語内の位置、被験者の属性、ピッチ変動の向き等)とどのような交互作用を持っているのかをさらに調べるための知覚実験を実施した。また、長音・促音・撥音を含めた特殊拍全体の知覚とピッチ変動の関係の一般化に向けた実験実施にも着手した。さらに、特殊拍間の相互作用を調べるため、超重音節に関する考察も行った。今年度は、主に長音の知覚に関して、昨年度に実施した撥音に関する実験結果との比較や、過去に実施してきた東京方言や東海地方の方言での実験結果と九州地方の方言での実験結果との比較を行い、以下のことを明らかにした。実験の結果から、日本語母語話者の長音の知覚におけるピッチ変動の影響の現れ方は、語内の位置のみならず被験者の方言によっても異なる可能性が示され、従来言われてきた下降調が長音知覚を促進するという単純な一般化の妥当性に疑問を投げかける結果が得られた。さらに、同じ特殊拍に分類される長音と撥音とで、ピッチ変動の現れ方が異なることが示唆される結果も得られた。以上の実験結果は、特殊拍の知覚とピッチ変動の関係の一般化をすることは現時点では困難であるものの、この分野の研究に一般言語学や社会言語学的観点からの研究の余地があることを示すものであった。翌年度は、こうした観点を取り入れながら、より条件をコントロールした知覚実験により、特殊拍の知覚とピッチ変動の関係の一般化を目指す必要がある。これまでの実験結果から、日本語の特殊拍の知覚におけるピッチ変動の影響の現れ方は想定されていたほど単純ではなく、語内の位置、被験者の属性、ピッチ変動の向き、ピッチ変動の度合い等、様々な要因を考慮しなければならないことが明らかとなった。ピッチ変動の影響の全体像を捉えるためには、議論の土台となる実験データをさらに収集すると同時に、ピッチ変動の影響が生じるメカニズムに関する考察が必要である。以上の事柄を踏まえて、平成27年度には引き続き特殊拍の知覚に関する知覚実験を継続して実施するとともに、これまで実験等により収集してきたデータを用いて、ピッチ変動をはじめとした特殊拍の知覚に関連する二次的要因がどのように生じたものなのかを検討した。これまでの先行研究や自身の研究において実施してきたものよりも、条件を細かく設定して知覚実験を実施することにより、従来の研究において音の長さの知覚に対する「ピッチ変動の影響」と呼ばれてきたものが、音韻的な(アクセントとしての)高低による影響と、音声的な(物理的な周波数の)レベルでの高低による影響に分離できること、また、基本周波数が変動することによる影響と、基本周波数の絶対的な高さによる影響とに分離できることを明らかにした。さらに、このようにそれぞれの影響を分離することにより、従来説明が難しかった現象を簡潔に捉えることができる可能性を指摘した。これらの成果のうち、平成27年度中にまとめきれなかった部分は、次年度に論文として投稿する予定である。

平成27年度より研究代表者が機関を異動したため、それに伴って異動の事前・事後に研究を遂行するための時間が予定よりも取れなくなってしまったことで、これまでの研究成果を論文にまとめきることができなかった。そのため、補助事業期間延長申請を行い、まとめきれなかった部分については次年度に論文として投稿する予定である。本事業におけるこれまでの実験結果から、日本語の特殊拍の知覚における「ピッチ変動の影響」とされてきたものが、音韻的な(アクセントとしての)高低による影響と、音声的な(物理的な周波数の)レベルでの高低による影響に分離できること、また、音声的な高低は基本周波数が変動することによる影響と、基本周波数の絶対的な高さによる影響とに分離できることが明らかとなった。さらに、このようにそれぞれの影響を分離することにより、従来説明が難しかった現象を簡潔に捉えることができる可能性が示された。以上の事柄を踏まえて、平成28年度は先行研究において未解決の問題として残されていた母音長の知覚とF0上昇の関係を、最新の知見に基づいて再検討した。基本周波数が変動することによる影響と、基本周波数の絶対的な高さによる影響とを分けて分析した結果、先行研究において解釈が困難だとされてきたF0上昇の影響を、F0下降を含めたF0変動全体の枠組みの中で自然に説明することができることを指摘した。本事業全体を通して、日本語の特殊拍の知覚におけるピッチ変動の影響の現れ方は想定されていたほど単純ではなく、語内の位置、被験者の属性(方言等)、語のアクセント型、ピッチ変動の向き、ピッチ変動の度合い、ピッチ変動開始時点における基本周波数など、物理的・音声的なレベルのものから、アクセントなどの音韻論的レベルのもの、また、被験者の属性のように社会言語学的なレベルのものまで様々な要因を考慮しなければならないことが明らかとなった。今後、この現象をさらに解明していくためには、特定の分野のみならず、複数の領域にまたがる幅広い知見に基づいて研究を進めていく必要がある。日本語の特殊拍の知覚において、韻律情報(特に基本周波数(F0)の変動)や隣接要素の持続時間がどのように影響するかを調べるために、日本語母語話者を対象とした知覚実験を実施した。長音と撥音の比較や、語内の位置による影響の比較を通して、母音持続時間以外にも、F0変動や隣接する分節音の音声的な持続時間と音韻的な長短の判断、語内の位置、被験者の方言などの様々な要因が日本語の母音の長短の知覚に影響することが明らかとなった。今年度は、昨年度よりも知覚実験の被験者をスムーズに集めることができ、結果的により多くの知覚実験を並行して進めることができ、この点では当初の計画以上の進展があった。一方、集めたデータが多くなった分、集計・入力に時間を要してしまい、研究代表者の所属機関異動も重なって、実験結果を分析・考察するのがやや遅れ気味になり、研究成果を論文として報告するのは来年度に持越しとなった。以上のことを総合的に判断して、研究はおおむね順調に進展していると判断する。最終年度に当たるため、これまでに実施した実験結果の分析・考察を行い、論文にまとめる作業を行う。論文の査読等にて追加で実験を実施する必要性が指摘された場合は、状況に応じて実験を行うことも検討する。音声学
山地森林流域における流出水の滞留時間と溶存成分濃度の平均化作用に関する研究

研究対象流域として筑波大学川上演習林内に設置した試験流域を選定し,トリチウム,デューテリウム,酸素-18ならびに無機溶存成分をトレーサーとして,流域内循濃水の滞留時間と溶存成分濃度の平均化作用について考察を行った。本研究の結果得られた知見は以下の通りである。1)流域内土壌水,地下水,流出水のトリチウム濃度から求められる渓流水の平均滞留時間は2.5年である。この値はこれまでに得られているわが国の山地源流域の河川水のそれに比較して妥当な値である。2)上記渓流水の滞留時間は見かけ上の値であり,実質的には滞留時間約4カ月の土壌水と滞留時間約19年の地下水が7:3の割合で混合したものである。3)この土壌水と地下水の混合は斜面基部から谷底にかけてのriparian zoneと呼ばれる範囲において行われており,河川水の無機溶存成分の形成を考える上でこのriparian zoneが重要である。Riparian zoneでは滞留時間の短かい土壌水と滞留時間の長い地下水の流線が集中し,これによって両成分の混合が行われ,河川水の水質が決定することが明らかとなった。4)土壌水の安定同位体比は深度1m以深においては大きく変動せず,ある一定の値に収束する均質化現象が認められる。この均質化現象は土壌水の動的挙動と密接に関係しており,深度1m以内に生ずる収束ゼロフラックス面と発散ゼロフラックス面の発生・消滅が大きな原因となっている。5)安定同位体比に見られるる流域内での均質化現象は,発散ゼロフラックス面が消滅し,収束ゼロフラックス面が形成される際に,この収束ゼロフラックス面の近傍で古い水と新しい水が混合することによって生ずる現象であることが明らかとなった。研究対象流域として,筑波大学川上演習林内に設置した試験流域(流域面跡0.14km^2)を選定し,本年度はトリチウムをトレ-サ-として,降水,土壌水,地下水,流出水の滞留時間について考察を行った。今年度得られた知見は以下の通りである。1.流域への入力となる降水のトリチウム濃度(19891991)には3.18.4T.U.であり,各年とも4月に最も高い値を示す。2.19891991年の3年間における土壌水と地下水のトリチウム濃度はそれぞれ,2.68.8T.U.,7.611.9T.U.の値を示し,土壌水に比較して地下水はかなり高いトリチウム濃度を示す。3.同じく1989年1991年の流出水(渓流水)のトリチウム濃度は6.610.5T.U.の間で変化し,土壌水と地下水の中間的な値を示す。4.降水,土壌水,地下水のトリチウム濃度に基づいて,完全混合モデルによって求めた土壌水と地下水の滞留時間はそれぞれ,4ケ月と19年である。5.流出水はこれら滞留時間の異なる土壌水と地下水である割合で混合したものであり,流出水のトリチウム濃度に基づいて物質収支式から求めた流出水に対する土壌水の寄与割合は0.7である。6.一方,本試験流域において,過去5年間の水収支から求められる流出水の滞留時間は約10ヵ月であり,トリチウムをトレ-サ-として求めたそれと大きく異なる。7.上記6の結果は,土壌水と地下水を含む地中水が水循環に一様には関与していないことを示唆するものであり,流域の乾湿の状態によって,地中水の流動様式は異なることを意味している。次年度以降は,本年度の研究成果を踏まえ,溶存成分濃度の流域内における平均化作用について考察を進める予定である。

研究対象流域として,筑波大学川上演習林内に設置した試験流域(流域面積0.14Km^2)を選定し,本年度はトリチウムおよび水素・酸素の安定同位体(デューテリウムおよび酸素-18)をトレーサーとして,流域内循環水の滞留時間ならびに溶存成分濃度の平均化作用について考察した。今年度得られた知見は以下の通りである。1.昨年度得られた土壌水,地下水,流出水のトリチウム濃度に基づいて,流域から流出する渓流水の見かけ上の滞留時間を計算すると2.5年という値が得られた。この値はこれまでに得られているわが国の山地源流域の河川水のそれに比較してほぼ妥当な値である。2.上記の渓流水の滞留時間はあくまでも見かけ上のそれであり,その内容は滞留時間約4カ月の土壌水と滞留時間約19年の地下水が7:3で混合したものである。3.土壌水の酸素・水素の安定同位体の鉛直プロフィルを分析したところ,同位体濃度が年間にわたって大きな変動を示す深度は地表面下約1mまでの範囲であり,それ以深では年間を通じてほぼ同じ値を示していた。このことは安定同位体濃度に関する限り,深度1m以内において濃度の平均化作用が行われていることを示唆している。4.流域土壌水のδ-ダイヤグラムでは,直線の勾配は約8となり,蒸発散作用を受けている土壌水の濃縮プロセスは同位体平衡プロセスとして行われていることが明らかとなった。このことは土壌水の同位体濃度に基づいて蒸発散量の定量的な評価が可能であることを意味している。次年度は最終年度にあたるため,昨年度および本年度の研究成果を踏まえて,研究課題についてのとりまとめを行う予定である。研究対象流域として,筑波大学川上演習林内に設置した試験流域(流域面積0.14km^2)を選定し,トリチウム,水素・酸素の安定同位体ならびに無機水質成分をトレーサーとして,流域内循環水の溶存成分濃度の平均化作用について考察した。1)土壌水の水素・酸素安定同位体比は,深度1mまでの範囲において年間にわたって大きな変動を示すが,それ以深においては年間変動は少なく,ある一定の値に収束する均質化現象を示す。2)この均質化現象は土壌水の挙動と密接に関連しており,深度1m以内に生ずる収束ゼロフラックス面と発散ゼロフラックス面の発生・消滅が大きな原因となっている。3)安定同位体比に見られる流域内での均質化現象は,発散ゼロフラックス面が消滅し,収束ゼロフラックス面が形成される際に,この収束ゼロフラックス面の近傍で古い水と新しい水が混合することによって生ずることが明らかとなった。4)河川水の無機水質成分の形成を考える上では斜面基部から谷底にかけての範囲が重要であり,この範囲では滞留時間の短かい土壌水と滞留時間の長い地下水の流線が集中する場所を形成し,これによって両成分の混合が行われ,河川水の水質が形成されることが明らかとなった。
栽培作物エネルギー供給系のバイオジェネシス

植物ミトコンドリアのエネルギー産生F_1F_0ATPaseを構成するサブユニットのうち、ミトコンドリアDNAにコードされたF_1ーαおよび、F_09サブユニットを支配する遺伝子が、互いにhead-to-headで隣接して存在することを明らかにし、この領域の全構造ならびに遺伝子転写地図を明らかにした。これら2つの遺伝子にはいずれも複数のmRNAがミトコンドリア中に検出されたが、それらmRNAの5、および、3末端部分のDNA塩基配列の比較、などから植物ミトコンドリア遺伝子のmRNA生成機構について考察した。サツマイモ塊根ミトコンドリアのF_1複合体を構成する6種のサブユニットを全て分離・精製し、核遺伝子に支配された5種のサブユニットのN末端アミノ酸配列を決定した。これらのN末端配列を、細菌、酵母、動物のF_1や、葉緑体CF_1などの他生物種F_1サブユニットの既知のアミノ酸配列と比較することによって、δ′以外のサブユニットについてはその対応関係を明らかにすることができた。その結果、植物ミトコンドリアのF_1は、そのサブユニット組成において、他生物種のF_1と比べ進化的にユニークな位置を占めることが示唆された。更に、新たに開発したcDNAクローニング用の発現プラスミドベクターを用いて、核支配F_1ーδサブユニットのcDNAクローンを単離し、その塩基配列より推定された前駆体の構造を、δサブユニットのN末端配列と比較することによって、ミトコンドリアへの特異的輸送に関わると思われる前駆体N末端のプレ配列を推定した。このプレ配列は、動物や酵母のミトコンドリアタンパク質のプレ配列とは類似するが、葉緑体タンパク質前駆体のN末端トランジットペプチドとは異なった構造的特徴を示した。イモなどの作物の貯蔵器官では,光合成器官に比べミトコドリアのF_1F_0ATPaseを介した酸化的リン酸化が細胞内ATP供給の上で占める役割が高いと考えられる.研究の遅れている植物F_1F_0のバイオジェネシスに関して,本年度は以下の成果を得た.1.サツマイモ塊根のF.ナ_<1.ニ>の核支配サブユニットのうち,既に解析を終えたβを除く4種(γ,δ,δ′,ε)の全てについて精製とN末端アミノ酸配列の決定を行った.その配列の相同性から,γはウシ,細菌のγ,δは細菌のδやウシのOSCPに対応することが強く示唆された. δとδ′のN末端配列は全く異なり,またδはトウモロコシのF.ナ_<1.ニ>δに対する抗体と反応するが, δ′は全く反応しなかった.これらのことから, δとδ′は構造的に異なるタンパク貭であり, δ′が単子葉植物の単離万に含まれないサブユニットであることが分り,その構造と機能や進化的意義に興味が持たれる.2.δのN末端アミノ酸配列よりDNAプローブを合成し,新規に開発したcDNAクローニング用ベクターを用いて作成した塊根cDNAライブラリーをスクリーニングした.その結果,数個の強い陽性のシグナルを与えるコロニーを同定し,現在そのcDNAを解析中である.δ′についても同様にcDNAクローニングの為のプローブを合成した.3.アラスカエンドウのミトコンドリアDNAに支配されたF_1α遺伝子の5′上流に,α遺伝子とは逆向きにF.ナ_<0.ニ>サブユニット9遺伝子が存在することを見出して全構造を決定した.また,この領域の転写地図を作成し,両遺伝子共に5′や3′末端部位の異なる複数のmRNAがミトコンドリア中に存在することを明らかにして,これらミトコンドリア遺伝子のプロモーターを同定するために,mRNAの5′末端部位の決定を行った.植物ミトコンドリアのエネルギー産生F_1F_0

ATPaseを構成するサブユニットのうち、ミトコンドリアDNAにコードされたF_1αおよびF_09サブユニットの遺伝子が、ゲノム中で互いにhead-to-headで隣接して存在することを明らかにしていたが、この領域の全転写地図の作成によって、いずれの遺伝子も主に5′末端位置の異なる複数のmRNAが存在することをが明らかになった。更に、これらmRNA分子種のin vitrocapping実験によって、5′末端の異なるmRNAは複数のプロモータ部位からの転写開始によるものであることが強く示唆された。我々が新たに開発したcDNAクローニング用の発現ベクターpNVT6を用いて、サツマイモ塊根cDNAライブラリーを作成し、F_18サブユニットのN末端アミノ酸配列に基づいて合成したDNAプローブでスクリーニングすることにより、構造の僅かに異なる2種の全鎖長cDNAを同定した。その一つpFIDBは1035bpのcDNAを持ち、その全塩基配列の決定から244アミノ酸よりなるF_18前駆体をコードしていた。前駆体アミノ酸配列の46番目以降に成熟型のN末端アミノ酸配列が現われることから、前駆体N末端の45アミノ酸がミトコンドリアへの移行に関与するプレ配列であろうと考えられた。成熟型領域のアミノ酸配列は、ホウレンソウのCF_18と24%の、ウシミトコンドリアのOSCPと36%の相同性を示したが、N末端プレ配列には一次構造上の相同性は見られなかった。しかし、プレ配列は塩基性アミノ酸、SerやThrに富み、また両親媒性のαヘリックス構造を作りうるという、他生物種ミトコンドリアタンパク質のプレ配列と共通の構造的特徴を示した。葉緑体タンパク質のトランジットペプチドでは、両親媒性ヘリックス構造をとるとは考えにくく、こうした違いが2つのオルガネラへのタンパク質の特異的輸送に重要であろうと推定した。
好中球遊走機能分子TM316の蛋白一次構造の決定と機能ドメインの検索

好中球の遊走機能を抑制するモノクローナル抗体であるTM316抗体が認識するcDNAをクローニングし、そのアミノ酸の一次構造を明らかにし、さらに機能ドメインを検索するのが本研究の目的であった。計画調書に記載した如く、昨年度に発現ベクターで作成した好中球cDNAライブラリーとTM316抗体を用いてクローニングした約1400塩基対のcDNAを用いて、本年度はさらに長い約1700塩基対のcDNAをクローニングしたが、最終的にこれらのクローンはTM316分子をコードする遺伝子であることを特定することは出来なかった。すなわち、このcDNAを用いたノーザンブロットの解析では、シグナルは約2000塩基のところに検出され、さらに好中球だけでなく、リンパ球等にも検出されることが判明したからである。TM316抗体は好中球特異的に約150kDaの分子と反応することから、おそらくこのcDNAが規定する蛋白ではないと考えられた。そこで今年度はさらに別のアプローチとして、TM316抗体を用いて、好中球膜分画から免疫沈降法により精製した分子のアミノ酸配列の決定を行なった。まずこの精製分子を直接シークエンサーにて分析したがシグナルが検出されず、N末端がブロックされていると考えられた。そこでV8プロテアーゼ、リシルエンドペプチダーゼなどを用いて精製分子を部分分解し、その分解された断端のN末端をシークエンスすることにした。現在V8プロテアーゼによる2つの断端のN末端8アミノ酸残基及び6アミノ酸残基の配列を決定することが出来ている。コンピューターによる検索では既知の配列ではないことも判明している。今後この配列をプローブとしてcDNAをクローニングしていく予定である。
特殊混合培養系を用いた水素発酵法による新しい有機廃水処理技術の探索

多党類の水素発酵を解明するために、多党類としてデンプン、二糖類としてショ糖およびラクトース、単糖類としてグルコースを実験用の基質とした。独自に集積培養した特殊混合細菌群を用いた水素発酵特性に関してHRTを変化させて35°Cで連続実験を行い、水素生成収率、COD除去率および代謝産物の生成を把握し、基質による比較検討を行った。実験にはケモスタット型反応槽を用いた。各種糖類排水に対して水素発酵の最適HRTはそれぞれ6.08.0時間の範囲にあった。HRTが12時間以上になるとメタンガスが若干検出された。この条件において、グルコース、ラクトース、ショ糖およびデンプンからの水素生成収率はそれぞれ9.33mmol-H2/g-glucose、10.01mmol-H2/g-lactose、9.29mmol-H2/g-sucrose、10.33mmol-H2/g-starchであった。各基質に対するCOD除去率はHRTの増加と共に高くなり、HRT6時間以上の条件では、グルコースは37.742.3%、ラクトースは26.230.8%、ショ糖は32.235.2%、デンプンは35.044.3%の範囲でそれぞれ安定した。全体としてグルコースとデンプンを基質とした場合のCOD除去率は若干高く、40%を越えることもできた。また、バイオガス中の水素含有率は40%に達していた。代謝物としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸およびカプロン酸が検出されたが、酢酸及び酪酸が主成分であった。基質利用及び増殖特性の動力学解析(最大比増殖速度0.280.55h-1)の結果から判断して、本研究の混合培養系は、普通の酸生成細菌と十分競争することができると考えられた。多糖類の水素発酵を解明するために、多糖類としてデンプン、二糖類としてスクロースおよびラクトース、単糖類としてグルコースを実験用の基質とした.独自に集積培養した特殊混合細菌群を用いた水素発酵特性に関してHRTを変化させて35°Cで連続実験を行い、水素生成収率、COD除去率および代謝産物の生成を把握し、基質による比較検討を行った.実験にはケモスタット型反応槽を用いた.(1)各種糖類排水に対して水素発酵の最適HRTはそれぞれ6.0-8.0時間の範囲にあった.HRTが12時間以上になるとメタンガスが若干検出された.この条件において、グルコース、ラクトース、ショ糖およびデンプンからの水素生成収率はそれぞれ9.33mmol-H_2/g-glucose、10.01mmol-H_2/g-lactose、9.29mmol-H_2/gsucrose、10.33mmol-H_2/g-starchであった.COD除去率は30-40%程度であり、バイオガス中の水素含有率は40%に達していた.(2)代謝産物としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸およびカプロン酸が検出されたが、酸酢および酪酸が主成分であった.(3)基質利用および増殖特性の動力学解析(最大比増殖速度0.28-0.55h^<-1>)の結果から判断して、本研究の混合培養系は、普通の酸生成細菌と十分競争することができると考えられる.以上の結果を総合すると、本研究で集積培養した嫌気性細菌の混合培養系を用いることにより、さまざまな糖類排水から高効率水素発酵を行うことができると予想される.多党類の水素発酵を解明するために、多党類としてデンプン、二糖類としてショ糖およびラクトース、単糖類としてグルコースを実験用の基質とした。
Fusarium oxysporumの病原性機構に関する研究

Fusarium oxysporumは、世界的に広く分布する土壌生息性の糸状菌である。本菌には、植物の根から侵入して萎ちょう性の病害を引き起こす80以上の病原性系統が存在する。本研究では、メロンつる割病菌(F.oxysporum f.sp.melonis)の病原性関連遺伝子を探索することによって、F.oxysporumの病原性機構を遺伝子レベルから解析することを目的とした。先に、形質転換ベクターを用いた遺伝子タギング法によって、メロンつる割病菌から17株の病原性変異株を分離し、それらのうち1株からミトコンドリア運搬体タンパク質をコードする遺伝子(FOW1)を同定した。本年度は、変異株B137の変異遺伝子の同定を試みた。その結果、B137株では菌類に特有なZn(II)2Cys6ファミリーの転写制御因子をコードする遺伝子(FOW2)が変異していることが明らかとなった。fow2変異株の病原性を検定したところ、本病に感受性の8品種すべてに全く病徴を引き起こさなかったことから、病原性を完全に欠損したことが示された。メロンつる割病菌は植物感染時にFOW2を発現すること、その変異株は根への侵入と組織中での定着・増殖能を失うことから、FOW2は植物への侵入と植物中での増殖の両方に重要な遺伝子であることが明らかとなった。また、fow2変異株の培地中で菌糸生育と胞子形成は正常であることから、FOW2は病原性に特異的に関与することが示唆された。FOW2は他の病原性系統にも広く分布し、トマト萎ちょう病菌(F.oxysporum f.sp.lycopersici)でも病原性に不可欠であることを確認した。以上の結果から、FOW2は病原性に直接関与する遺伝子群の発現を制御しており、これらを同定することによってF.oxysporumの病原性機構をより具体的に解明できることが示唆された。
腎癌における核マトリックスタンパクHMGI(Y)の発現と役割に関する検討

ヒトの核マトリックスタンパクHMGI(Y)に対する抗体は現在、Santa Cruz社から市販されているもののみである。まず最初に、ヌードマウスに移植された前立腺癌細胞株PC3のXenograftを用いて免疫組織染色を行った。この細胞株はすでに申請者らが、抽出核タンパクを用いてのWestern blotにおいてHMGI(Y)の発現を確かめているものである。結果は、核マトリックスタンパクではあるが、細胞質内にもわずかに染色が認められた。核内においては、顆粒状の染色像を示すものや、Homogenousな染色像を示す細胞が混在していた。腎癌の臨床検体でもこの抗体を用いて、凍結切片を用いて免疫組織染色を行った。正常組織における発現強度は腫瘍部分と比較して有意に低かった。発現の正確な定量には、免疫組織染色法よりWestern blotの方が優れているが、Western blotを行うには核タンパクの抽出操作が必要となり、手技的にかなり難しくなるという問題がある。そこで、発現の定量化をmRNAで行うこととし、Real-time PCRを行った。4種類の腎癌細胞株(OUR-10,NC65,Caki-1,ACHN)においては全て164bpの予想通りのサイズのPCR productが得られた。また、凍結腎癌組織を用いて38例について検討した結果、正常部分に比べて癌組織(原発巣)の方が発現レベルは高い傾向を示した。また、癌組織における発現ではhigh stageの方がlow stageより発現が高い傾向を示した。Real-time PCRによる原発巣おけるHMGI(Y)の発現は、遠隔転移、リンパ節転移の有無、組織学的悪性度とは相関を示さなかった。原発巣癌組織における高発現症例は低発現症例より統計学的には有意ではなかったものの、予後不良の傾向を示した。以下に箇条書きとしてまとめる。●HMGI(Y)は,同一症例では正常腎組織と比べて腎癌組織で有意に高発現していた。●HMGI(Y)は,正常腎組織ではT1症例とT2以上症例の間で発現に有意差を認めなかった。●HMGI(Y)は,腎癌組織ではT1症例よりもT2以上症例で有意に高発現していた。●HMGI(Y)が高値の症例では,低値の症例と比べて予後が悪い傾向を認めた。ヒトの核マトリックスタンパクHMGI(Y)に対する抗体は現在、Santa Cruz社から市販されているもののみであり、これを用いた。これは、それぞれの細胞が細胞周期のどの時期に位置しているかを反映しているのではないかと推測される。腎癌の臨床検体でもこの抗体を用いてまず、凍結切片を用いて免疫組織染色を行った。検体間のばらつきはあるものの、おおむね癌細胞は、やはり核および一部細胞質と思われる部分にも発現しているように思われた。

正常組織においてはこれらの発現は腫瘍部分と比較して有意に発現強度は低く、やはり細胞増殖との関連を思わせるのもであった。発現の正確な定量には、免疫組織染色法よりWestern blotの方が優れているが、Western blotを行うには核タンパクの抽出操作が必要となり、手技的にかなり難しくなるという問題がある。従って、正確性には欠けるが、発現量の検討には免疫組織染色の結果を(-),(±),(1+)(2+)まで4段階にScore化して行うことにした。また、凍結検体は量的に少ないので、現在、この抗体がパラフィン包埋組織でも染色可能かどうか調べている。その一方で、mRNAの発現を見るため、RT-PCRによる発現の検討も行っている。発現量は腫瘍細胞の増殖速度や悪性度と関連しているようである。前年度に行った、前立腺癌細胞株PC3のマウス皮下xenograftにおける核マトリックスタンパクHMGI(Y)抗体による免疫組織染色は癌細胞優位な染色性を示したが、ヒト腎癌の臨床検体における、染色強度の比較による半定量化は困難であることが判明した。従って、各病期における腎癌の凍結組織を用いた免疫組織染色では、病期と相関した発現強度を示さなかった。臨床病理学的研究のためには染色性の定量化が望ましいが、そのためにはパラフィン包埋組織でも染色のできる抗体を入手する必要がある。実際には、市販されている抗体ではパラフィン包埋組織を染色することはできなかった。そこで、発現の定量化をタンパクではなく、mRNAで行うこととし、Real-time PCRを行った。4種類の腎癌細胞株(OUR-10,NC65,Caki-1,ACHN)においては全て164bpの予想通りのサイズのPCR productが得られ、前立腺癌細胞株DU145,PC3とともに高発現を示した。また、凍結腎癌組織を用いて20例について検討した結果、癌組織においては100%高発現を認めたが、正常組織では約60%程度の発現頻度であった。定量化によって、正常部分に比べて癌組織(原発巣)の方が発現レベルは概ね高い傾向を示した。また、癌組織における発現ではhigh stageの方がlow stageより発現が高い傾向を示した。次に、転移を有する腎癌症例に関して原発巣におけるHMGI(Y)の発現レベルの検討をやはりReal-time PCRにて検討した。症例はわずか8例であるが、これらの症例では正常腎組織と原発巣腎癌組織におけるHMGI(Y)の発現比が2を超えると優位に予後不良の傾向を示した。ヒトの核マトリックスタンパクHMGI(Y)に対する抗体は現在、Santa Cruz社から市販されているもののみである。まず最初に、ヌードマウスに移植された前立腺癌細胞株PC3のXenograftを用いて免疫組織染色を行った。この細胞株はすでに申請者らが、抽出核タンパクを用いてのWestern blotにおいてHMGI(Y)の発現を確かめているものである。結果は、核マトリックスタンパクではあるが、細胞質内にもわずかに染色が認められた。
ラージＮ極限におけるツイストされた時空縮約モデルの研究

SU(N)格子ゲージ理論は、Nを無限に持っていった極限で時空の自由度を内部空間に吸収できてしまう可能性がある。本研究では1の4乗格子上で定義された時空縮約モデルをツイストされた境界条件のもとで研究した。1)時空縮約モデルを用い弦定数を精度良く求め、計算結果が通常のSU(N)ゲージ理論でNを無限大にした外挿値と完全に一致していることを示し、理論の正しさを証明した。2)2つのアジョイントフェルミオンを持つ時空縮約モデルが、赤外固定点で支配されるコンフォーマル理論の特徴を示すこと、および1つのアジョイントフェルミオンを持つ時空縮約モデルが、コンファイニングな理論の性質を持つことを示した。素粒子の標準モデルは、その基礎をSU(N)ゲージ理論においている。一般にSU(N)ゲージ理論は非常に複雑な構造を持っているが、4次元格子上で定義されたSU(N)格子ゲージ理論は、Nを無限に持っていった極限で時空の自由度を内部空間に吸収できてしまう可能性がある。実際、江口・川合は格子点が1点しかない時空縮約理論を考えた。現在この理論は江口・川合模型(EK-model)と呼ばれている。EK-modelにはZ(N)対称性があり、この対称性が破れていなければ、4次元格子上でのSU(N)ゲージ理論とEK-modelはNを無限に持っていった極限で同等である。しかしこの対称性は自発的に破れてしまい、2つの理論は等しくない。この困難を解決するために、Gonzalez-Arroyoと申請者は、EK-modelにツイストされた境界条件を課しtwisted EK-model(TEK-model)を提案した。TEK-modelが正しくSU(N)格子ゲージ理論を再現するのであれば、ラージN極限での弦定数が計算できるはずである。ラージNゲージ理論は有限なNの理論に比べ構造は著しく簡単化されるが、いまだに非摂動論的な物理量の計算が行われたことはない。本研究の第一の目的は、TEK-modelを用いてラージNゲージ理論の弦定数の計算を世界に先駆けて行うことである。連続理論での弦定数の値を求めるために、ゲージ相互作用を変えながら格子上の弦定数を計算し、格子間隔aを0に持ってゆく外挿を行った。これと並行して、通常の有限なNの格子ゲージ理論でもNの値を3, 4, 5, 6, 8と変えながら連続理論での弦定数を求め、N無限大への外挿を行った。外挿値はTEKモデルでの値と完全に一致しており、TEKモデルの正しさが証明されたと同時に、ラージNゲージ理論の弦定数が外挿せずに直接求まったことになる。現在この理論は江口・川合模型(EK-model)と呼ばれているが、物理的に重要な弱結合領域では、理論の持つZ(N)対称性が自発的に破れてしまい、このモデルは正しくない。TEK-modelが正しくSU(N)格子ゲージ理論を再現するのであれば、ラージN極限での弦定数が計算できるはずであり、平成23、24年度はこの研究を行った。得られた結果は、通常の有限なNの格子ゲージ理論でNの値を3, 4, 5, 6, 8にとり、N無限大への外挿を行った値と完全に一致しており、TEKモデルの正しさが証明されたと同時に、ラージNゲージ理論の弦定数が外挿せずに直接求まったことになる。近年、アジョイント表現に属するフェルミオンを伴ったSU(N)ゲージ場理論が大きな関心を呼んでいる。25年度は、この理論のラージN極限での性質を、ツイストされた時空縮約モデルを用いて研究した。2つのアジョイントフェルミオンを持つ理論では、クォーク質量を小さくしたとき、弦定数が急速にゼロに近づき、赤外固定点で支配されるコンフォーマル理論の特徴を示すことを確かめた。1つのアジョイントフェルミオンを持つ理論では、クォーク質量を小さくしても弦定数は有限の値にとどまり、理論はコンファイニングなように見えることを示した。

素粒子の標準モデルは、その基礎をSU(N)非可換ゲージ理論においている。一般にSU(N)非可換ゲージ理論は非常に複雑な構造を持っているが、4次元格子上で定義されたSU(N)格子ゲージ理論は、Nを無限に持っていった極限で時空の自由度を内部空間に吸収できてしまう可能性がある。実際、江口・川合は格子点が1点しかない時空縮約理論を考えた。現在この理論は江口・川合模型(EK-model)と呼ばれている。EK-modelにはZ(N)対称性があり、この対称性が破れていなければ、4次元格子上でのSU(N)ゲージ理論とEK-modelはNを無限に持っていった極限で同等である。しかしこの対称性は弱結合相および中間結合相で自発的に破れてしまい、2つの理論は等しくない。この困難を解決するために、Gonzalez-Arroyoと申請者は、EK-modelにツイストされた境界条件を課したtwisted EK-model(TEK-model)を提案した。TEK-modelが正しくSU(N)格子ゲージ理論を再現するのであれば、ラージN極限での弦定数が計算できるはずである。ラージNゲージ理論は有限なNの理論に比べ構造は著しく簡単化されるが、いまだに非摂動論的な物理量の計算が行われたことはない。本研究の第一の目的は、TEK-modelを用いてラージNゲージ理論の弦定数の計算を世界に先駆けて行うことである。連続理論での弦定数の値を求めるには、ゲージ相互作用定数βをNで割った't Hooftカップリングb=β/Nを変えながら格子上の弦定数を計算し、格子間隔aを0に持ってゆく外挿をしなければならない。本年度はSU(841)ゲージ群を用い、8つのbの値で計算を行ない、弦定数の連続理論での値を評価した。NをLの2乗としたTEK-modelは、Lの4乗の格子点をもつ4次元格子ゲージ理論とNの2乗分の1のオーターの補正項を除き等価である。通常の格子ゲージ理論で連続理論への外挿をするには、格子の大きさは32の4乗程度が必要であり、したがってTEK-modelではLが29,すなわちNが841の大きさを持つSU(N)群を考えなければならない。連続理論の弦定数の値をラージN極限で求めるため、SU(841)群のTEK-modelの大規模数値シミュレーションを、高エネルギー加速器研究機構のHitachi SR-16000-M1スーパーコンピューターおよび京都大学基礎物理学研究所のHitachi SR-16000-XM1スーパーコンピューターを用いて行った。目標とした統計精度が得られ、連続理論の弦定数の値をラージN極限で求めることができ、研究成果を査読付き専門誌に発表した。
転座切断点領域遺伝子のリンパ造血器腫瘍発生における役割と診断治療への応用

リンパ造血器腫瘍発症に関与する転座切断点領域遺伝子とそれらの標的遺伝子を明らかにし、抗体作製や遺伝子診断法を確立することで臨床応用をはかることを目的として以下の点について研究を進めた。第一として、粘膜関連リンパ組織(MALT)リンパ腫に特異的な染色体異常t(11;18)(q21;q21)の18q21転座切断点領域から、新規遺伝子MALT1を単離した。遺伝子異常の本体は、11q21領域の細胞死を阻害する機能を持つAPI2遺伝子とMALT1遺伝子が融合し、API2-MALT1キメラ蛋白を形成することを明らかにし、RT-PCR法を確立した。第二として、全悪性リンパ腫の50%をしめ、複数の疾患単位を含むびまん性大細胞型B細胞性リンパ腫(DLBL)は臨床的に意義のある疾患単位がこの中に見いだせないことから、一つの疾患単位として扱われている。リンパ腫発症にかかわる主要な責任遺伝子BCL1,BCL2,BCL6、細胞表面マーカー、臨床病態を検討し、分化段階に相当する細胞表面マーカーを用いることにより、3つ疾患単位が存在する可能性を示唆した。第三として、既に我々が明らかにしてきた転座切断点遺伝子を中心とし、これらの標的遺伝子を明らかにすることは、腫瘍化機能を明らかにするために、今年度は乳児白血病、治療関連白血病に関するMLL遺伝子について、mRNA発現差異検出法であるcDNA array法並びにRepresenlational difference analysis法を用いて行い、標的候補遺伝子を見いだした。
中枢神経系の発生・分化にかかわる新しいセリンプロテアーゼ群の機能解析

1)脳内セリンプロテアーゼの局在解析ヒトの脳内においてNeurosin(KLK6)は、老人班や神経原繊維変化に一致して存在することを明らかにした。また、従来オリゴデンドロサイトに特異的に発現していると考えられていたNeurosinが、マウスの顔面神経軸索損傷モデルにおいて損傷した顔面神経細胞に発現誘導されることを明らかにした。さらに、このモデルにおいては、運動神経特異的プロテアーゼMotopsin(PRSS12)の発現が損傷神経細胞で低下することを見いだした。2)培養細胞系での脳内セリンプロテアーゼの解析神経系由来のヒト培養細胞では、グリオーマにNeurosinが発現していることを見いだし、このうちU373細胞では、Neurosinの発現量はエストロゲン処理によって増加することを明らかにした。また、Hippostasin(KLK11)は、脳型と前立腺型の二つのアイソフォームが存在し、Neuroblastomaや前立腺癌細胞に発現していることを明らかにした。興味深いことに生体内では前立腺型の発現が認められるのに対して、すべての培養細胞では脳型のみが発現していることを見いだした。3)ゲノム遺伝子の解析上記のHippostasinのアイソフォームは、ヒトのゲノム構造との対比から第一エクソンの選択的スプライシングによることを明らかにした。さらに、この選択的スプライシングにはHippostasin遺伝子内の2カ所のプロモーターの発現によるものであることを明らかにしつつある。また、マウスMotopsin遺伝子をクローン化し、その構造を明らかにしつつある。これらの成果の一部は、英文学術雑誌やSociety for Neuroscience、日本分子生物学会等、国内および海外の学会において発表した。Motopsinの発現が最大となる生後10日齢の脳についてMotopsinが大脳皮質II/III、V、および、IVb層、辺縁系、海馬CA1の一部、その他すべての運動神経核に発現していることをin situ hybridizationによって明らかにした。運動神経核以外の領域での発現は、生後10日齢でみられるものの、成体マウス脳では認められなかった。2)組み換え蛋白質の作製と酵素学的解析trypsinogenのシグナル配列の下流にヒスチジンヘキサマーとenterokinaseの切断サイトを連結したbaculovirus用のベクターを開発した。これにHippostasinのプロテアーゼドメインをつないだコンストラクトを作製し、baculovirus発現系で産生させたところ、培養上清中に組み換え蛋白質が分泌された。組み換えプロテアーゼはキレートカラムで容易に精製され、エンテロキナーゼで処理することにより活性化することができた。Hippostasinについては、Boc-Phe-Arg-MCAを良い基質とするkallikrein様の酵素活性をもつことが明らかになった(論文投稿中)。現在、産生効率を上昇させるべく、コンストラクトを改良中である。さらに、Hippostasinには選択的スプライシングにより脳型と前立腺型の2種類のmRNAが存在することを明らかにした。以上は、北米神経科学会、日本神経科学会、日本生化学会、分子生物学会等で発表した。
疎行列に帰着される超大規模半正定値行列への並列計算による高速求解の実装

半正定値計画問題の計算時間短縮は、センサネットワーク問題や多項式計画問題など様々な問題にとって重要である。本研究では並列計算で計算時間短縮を行うが、その計算時間の多くを占めるSchur補完行列が疎行列となる特徴を注目し、行列要素ごとの計算時間を見積もることで計算負荷分散を行い、効率的な並列計算手法の提案を行った。数値実験を通して、提案手法により大幅な計算時間短縮が達成されることを確認した。本研究の対象である半正定値計画問題(Semilleinite Programming,以下SDP)は、線形計画問題のHilbert空間への拡張である。SDPに対する効率的なソフトウェアが開発されると、量子化学や制御理論などSDPの様々な応用で、実際に数値計算を行なうことができるようになる。SDPは、主双対内点法で解くことが多いが、近年の応用である多項式計画問題やセンセーネットワーク問題では、主双対内点法の計算時間の多くを占あるSchur補完行列が疎行列になることが解かっている。つまり、これらの応用ではSchur補完行列は、ほとんどの要素が0となるため、0となる要素をスキップすることで高速に計算することが可能である。本年度は、これまでに開発してきた並列SDPソルバーSDPARA (SemiDefinite Proramming Algorithm)を改良して、疎なSchur補完行列を効率的に計算することを可能にした。Schur補完行列の計算時間は、主にその要素の計算と行列のCholesky分解である。要素の計算では、それぞれの要素に必要な計算時間を問題の入力からあらかじめ予測し複数のプロセッサに平均的に計算負荷がかかる分散方法を導入した。また、並列疎コレスキー分解ライブラリMUMPSの入によって、Cholesky分解についても大幅に計算時間を短縮することを可能にした。これらの改良により、従来解くことのできなかった30,000点以上のセンサーをもつセンサーネットワーク問題を実際に計算することが可能になった.この結果については国際数理計画学会ISMP2009で成果発表を行なった。本年度は、計算時間の多くが集中するSchur補完行列の並列計算について、Schur補完行列が疎になる場合の効率を向上させた。これにより、センサーネットワークなどで解くことができる問題の規模を大きくすることが可能となった。また、量子化学では大きなSDPが発生しやすいが、今年度は超大規模な量子化学のSDPをスパコンを用いて解くことに成功した。これは、Schur補完行列が密となるSDPでは世界でも最大規模であり、また、富士通のプレスリリースでも発表をされている。また、センサーネットワークなどでは、SDPを用いると精度の高い近似解を生成することが知られているが、それぞれのセンサーがどの範囲に存在するか特定することも重要である。本年度は、SDPの目的関数を改めて設定することで、少ない計算量ながらセンサーの存在範囲を特定する手法を提案した。この手法は多項式最適化問題にも応用することができ、その場合には最適解の存在範囲を見積もることが可能となり、複数の最適解が存在しているかどうかなどの検証に役立つものと考えている。この存在範囲の特定に関するSDPの研究内容も、国際学会で成果発表を行っている。半正定値計画問題(Semidefinite Programming,以下SDP)は,量子化学や組合せ最適化など幅広い応用を持つ数理最適化問題であり,21世紀の線形計画問題とも考えられている.しかし,近年の応用では計算量が莫大となる傾向が強く,並列計算を用いた計算時間短縮が重要である.本研究では,計算時間が集中するSchur補完行列に着目し,この行列の多くの要素が0,つまりSchur補完行列が疎となるときに効率的に並列計算を実行するソフトウェアの開発し,その数値実験を行ってきた.本年度は,電力使用の制限に伴い,従来の大規模並列計算を積極的に行うことが難しい状況となったことを踏まえて,Schur補完行列が疎となる代表的なSDPのひとつであるセンサーネットワークの性質などに重点を置き研究を進めた.ここでは固定されていないセンサーについて,最短路手法によりそのセンサー位置を推測し,SDPを用いた既存手法を組合せることで効率的な手法を検討している.また,多項式計画問題もSDP緩和で精度の高い近時解を得られることが知られているが,この近時解を中心として本来の最適解を含む最小の楕円をSDP計算により求める研究を発展させた.この手法は従来提案されていた手法よりも半径の精度の面では劣るが、計算量が著しく縮小しているため,楕円の形を変化させての反復計算が可能となり,従来手法とは異なった観点で最適解の性質を推定できるようになった。なお,昨年度までの並列計算ソフトウェア開発およびその数値実験についても,国際学会で発表を行っており,また学術雑誌への掲載される予定である.このソフトウェアは,世界最大規模のSDPを解くことができるソフトウェアとして多くの研究者に認識されており,今後のさらに多方面への利用を期待できる。