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極小曲面のモジュライ空間におけるガロア理論の研究

極小曲面全体の集合である「極小曲面のモジュライ空間」を研究する上で,モジュライ空間上の周期写像を考えることが重要なのであるが,様々な極小曲面の具体例の周期を計算してみると,周期の性質には何らかの対称性があるような印象がある.それは方程式論におけるガロア理論に見られるような,何らかの可解性によって記述できる対称性であることが期待される.そこで本研究では極小曲面のモジュライ理論をガロア理論の観点から確立したい.極小曲面全体のモジュライ空間を解明することを旨とする.極小曲面全体の集合である「極小曲面のモジュライ空間」を研究する上で,モジュライ空間上の周期写像を考えることが重要なのであるが,様々な極小曲面の具体例の周期を計算してみると,周期の性質には何らかの対称性があるような印象がある.それは方程式論におけるガロア理論に見られるような,何らかの可解性によって記述できる対称性であることが期待される.そこで本研究では極小曲面のモジュライ理論をガロア理論の観点から確立したい.本研究の最終目標は極小曲面論におけるガロア理論を確立することであり,最初の2年間は超楕円型極小曲面に関する研究を進めることであった.まず4次元平坦トーラス内の超楕円型極小曲面の具体例の構成を試みた結果,種数が4の場合の具体例で,そのJacobi多様体を具体的に与えることはできたのであるが, 4次元平坦トーラス内の具体例を構成するまでには至らなかった.ただし,こうしたJacobi多様体(8次元平坦トーラス内の極小曲面)を具体的に求めたことにより,それを7次元平坦トーラスや6次元平坦トーラス内の極小曲面などに変形することにより,様々な極小曲面の具体例を構成することができることから,非常に応用性に富んだものが得られた.次に研究を進めるうちに極小曲面の縮約可能性という概念を発見したのだが,その詳細は以下の通りである.3次元平坦トーラス内の極小曲面の具体例を考えるその過程で,種数4の具体例と種数10の具体例が全く同じ極小曲面を与えることが起こった.異なる種数にも関わらずこのような現象が起こるのは誠に奇妙なことであるが,その結論は,種数10の極小曲面が種数4の極小曲面のリフトになっているというものであった.このように,極小曲面を構成した後には必ずそれよりも種数が低い極小曲面に縮約できるかどうかを考えなければならない.そこでこの縮約可能性により元々の極小曲面と縮約された極小曲面との位相の違いを考察し,様々な性質を得た.本研究は極小曲面論におけるガロア理論を確立することを最終的な目標とし,最初の2年間は超楕円型極小曲面に関する研究を進めることであった.昨年度は超楕円型極小曲面の具体例の構成を中心に研究を進めてきたのであるが,その後の様々な経緯から,超楕円型極小曲面全体のモジュライ空間の研究を進める必要性が出てきた.モジュライ空間の有力な研究手法としては名城大学の江尻教授によって確立された理論が知られているが,それには面積関数の第二変分によって定義されるindexとnullityを考察することが重要になる.また,モジュライ空間はindexとnullityによって区分けされるのであるが,2つの極小曲面がどのような経緯で変形されていくかをみることはモジュライ空間の研究にとって非常に重要な課題となる.そこで研究対象となる極小曲面をtという媒介変数による族を用いて変形し,tの動きによってindexやnullityがどう変化するかをみることがモジュライ空間の構造を調べる鍵になる.このことからSchwarz曲面やSchoenのI-WP曲面などの既知の曲面を変形しそのindexとnullityの計算を試みた.indexやnullityの計算には先行研究のみならず,解析的な能力が要求されるのであるが,色々な経緯の後に,全てのtにおいてnullityを計算することに成功した.しかしindexの計算が未解決であり,現在も進行中である.本研究は極小曲面におけるモジュライ理論をガロア理論の観点から進展させることを最終的な目標とするものであった.モジュライ理論に関する先行研究は代数曲線論や変形理論を用いる手法であるが,本研究の3年目では,幾何学的測度論の観点からモジュライ理論を考察することを試みた.そのためには面積関数の第二変分によって定義されるindexとnullityを考察することが重要視される.前述の先行研究はnullityのみを用いるのであるが,本研究ではindexの情報も加味した理論を考えた,このような観点からみた理論としては名城大学の江尻典雄教授による理論が知られており,モジュライ空間をindexとnullityを用いて分類するという発想である.また同氏の理論にはindexとnullityの計算方法も与えられており,indexとnullityをその極小曲面上の第二種微分の周期で記述するというものである.これが具体例の計算において有力かどうかが課題になる.昨年度,江尻教授との共同研究にて,この計算方法は非常に有力な手法であることが判った.事実,同氏の計算方法を具体例に適用し,先行研究にて得られていた具体例のindexとnullityを全て求めることができ,さらにこれまで知られていなかった具体例のindexとnullityも計算することに成功した.

これは極小曲面論のみならず,Riemann面の周期理論においても新しい見地を与えるものであり,次年度も継続してこの研究に取り組みたい.本研究は極小曲面におけるモジュライ理論をガロア理論の観点から進展させることを最終的な目標とするものであったが,最終年度である平成23年度に至るまでには様々な経緯があり,方向転換をすることとなった.ガロア理論の観点からみたモジュライ理論よりも面積関数の第二変分によって定義されるMorse indexとnullityを用いたモジュライ理論の研究を大きく進展させたということがその理由である.極小曲面のMorse indexの研究は90年代にひとつの決定的な理論が出され,それからのこの20年間,その他の進展はほぼなかった.具体例のMorse indexが計算されたという結果も少ないという現状である。一方,極小曲面のモジュライ理論に対する先行研究は変形理論を駆使する手法が知られており,それらはnullityのみを用いたモジュライ理論であった.これに対してMorse indexも加味したモジュライ理論の方がより精密な理論であり重要ではあるのだが,具体例のMorse indexが計算されていないという関係で,モジュライ理論の確立がほぼ絶望的であった.実際,Morse indexを用いたモジュライ理論は名城大学の江尻典雄氏によって定式化されていたのであるが,具体例が伴わないがために文字通り絵に描いた餅という段階であった.そのような中で,数年前,江尻氏との共同研究にて,これまで知られていなかった数々の具体例のMorse indexを計算することに成功した.これによって,Morse indexによるモジュライ理論が急速に進展しているという状態である.このような事情にて当初の計画から研究を移行した次第である.この研究は現在も進行中で,物理や化学の研究者らが構成した極小曲面の具体例のMorse indexも解明できつつあり,今後の進展も大いに期待できる内容である.
細胞の能動的な運動に関わる力学と生化学の連成メカニズムの解明

本研究では,白血球の免疫応答やがん細胞の転移に共通して見られる組織内への浸潤現象がどのような力学的条件の下で成立するのかを明らかにする.本年度は,浸潤現象の数理モデル化の第一ステップとして,最新の実験力学に基づき基盤平面での細胞接着を数理モデル化し,浸潤をはじめとする細胞の能動的な運動を統一的に力学解析するためのプラットフォームの構築を行った.数理モデル化では,分子スケールのアクチン重合・脱重合を細胞スケールの膜の力学にボトムアップ的に導入することによって,連続体力学に基づく新たな細胞膜モデルの構築に成功した.構築した数理モデルを用いたシミュレーションでは,最先端の高速計算技術であるGPU計算を用い,インテグリンに代表される膜貫通型接着タンパクによって細胞膜が基盤平面上に伸展する様子を再現することに成功した.現在,in vitro実験で得られた細胞膜の特性に関する知見を基に,数理モデルの改良に取り組んでいる.既に高速計算手法の確立に成功しているため,今後,改良された数理モデルと実験データを比較することによって,モデル化の妥当性を検証する予定でいる.また,本研究に先立って取り組んでいた毛細血管内における細胞接着の研究は,本年度,1本の雑誌論文としてまとめ,これを米国の生理学系の雑誌にて発表した.さらに,本課題の関連研究として,微小循環系の微小粒子の流動に関する研究もまとめ,現在,同様の雑誌に投稿中である.本年度新たに開始した研究の基盤構築と,先行で取り組んでいた研究を2報投稿することができたことは,当初の期待以上に研究の進展を達成できたと考えている.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
植物の被食害認識のための化学シグナル受容機構

害虫の唾液内に含まれるエリシターは植物の防御応答を誘導する分子であるが、奇主植物におけるエリシター受容体の同定には至ってはいない。本研究では、ハスモンヨトウ幼虫唾液内オリゴ糖成分のエリシター受容体をダイズ(GmHERK)ならびにシロイヌナズナ(AtHERK)において同定し、HERKを介した寄主植物における防御応答メカニズムの解明を試みた。害虫由来エリシターを認識する受容体タンパク質を同定するために、ダイズreceptor-like kinase (RLK)ファミリーから受容体候補遺伝子を選抜し、これらを恒常的に発現する組換えシロイヌナズナを作出した。15候補遺伝子の過剰発現シロイヌナズナ系統に、ハスモンヨトウ幼虫吐き戻し液(OS)を処理したところ、2系統における防御遺伝子PDF1.2の発現量が野生株よりも顕著に誘導された。また、サイズ排除クロマトグラフィーによって精製された、糖化合物を含むエリシター画分(Frα)を上記2系統に処理した場合においても、PDF1.2の発現は野生株と比べて亢進されたことから、HERKは糖エリシターに特異的に応答する受容体である可能性が示唆された。さらに、ウイルスベクターを用いてGmHERKの発現を抑制したノックダウンダイズ系統を作出しFrα処理を行ったところ、防御遺伝子の発現量が野生株に比べて有意に低下した。また、ダイズHERK相同性遺伝子であるAtHERK候補遺伝子の欠損変異株(5系統: R15)にOSを処理したところ、野生株と比べてR2系統(herk1)では、PDF1.2の発現量が有意に低下した。また、AtHERK1は細胞膜上でホモ2量体を形成し、下流因子であるPBL27に情報伝達する可能性も示唆された。これらの結果から、ダイズとシロイヌナズナの両HERKは害虫由来エリシター受容体システムにおける鍵因子として機能することが結論された。実験は計画通りに進んでいる。エリシター分子とHERKの分子間相互作用の確認、エリシター認識時に受容体複合体を形成する相互作用タンパク質の同定、下流シグナル伝達系ネットワークの解明を試みる。エリシターの更なる精製も進める。具体的には、以下の3研究項目を実施する。項目1エリシターの精製および同定項目2 AtHERKの同定および分子機能の解明項目3 AtHERK相互作用タンパク質の同定害虫の唾液内に含まれるエリシターは植物の防御応答を誘導する分子であるが、奇主植物におけるエリシター受容体の同定には至ってはいない。項目1エリシターの精製および同定項目2 AtHERKの同定および分子機能の解明項目3 AtHERK相互作用タンパク質の同定
生涯学習の場としての女性センターと性役割観の変容に関する研究

本研究の目的は、男女共同参画社会における生涯学習施設として、女性センターが男女の性役割観の変容に果たす役割について解明することである。平成16年度においては、女性関連施設の女性学・ジェンダー関連講座受講生の性役割意識についてアンケート調査を行った。平成17年度、18年度は、そのアンケート調査をもとに、講座参加後に「性役割意識が変化した」という回答者、女性4名、男性4名の合計8名と、比較対象のために「性役割意識が変化しなかった」という回答者、女性3名にインタビュー調査をした。調査結果をまとめると以下の通りである。アンケート調査で、講座参加後の性役割意識の変化に注目してみると、13項目のいずれにおいても男女とも13割が意識の変化があったと回答している。講座の中の何が意識の変容をもたらしたのについて、聞き取り調査の結果を見ると、女性と男性では、大きな違いがあった。20代、30代の若い女性は講座の内容よりも、託児と同じような立場の仲間と出会えることが魅力で参加している。しかし、講座の中で、女性センターの職員が話したことや、男女共同参画に関するビデオを見て、性役割意識について考えが変わったということであった。一方、「性役割意識が変化した」という男性4人についてみると、講座に参加する以前に意識の変化があり、講座で意識の変化を再確認したということであった。講座に参加すること、女性センターにくること自体が意識変化の表れといえる。男性インフォーマントたちは、女性学・ジェンダー関連講座に参加するだけでなく、女性センターのさまざまな事業に参画している。女性センターが募集している「市民企画」にも積極的に応募し、助成金を得て「起業講座」や「男性自立講座」を女性センターで開催する企画に参画し、仲間にも紹介している。男性の性役割意識の変化を進めるためには、男性が関心を持っている「起業講座」や「市民企画」を導入し、口コミで女性センターの事業に参加する男性たちを増やしていくことが必要である。若い女性たちを女性センターに参加させるためには一時保育付きの「若いママ」向けの講座の導入が必要であることがわかった。平成16年度においては、女性関連施設の女性学・ジェンダー関連講座と講座出席者の性役割観の変化との関係について、アンケート調査を実施した。調査対象は、全国の女性関連施設で実施された複数回連続の女性学・ジェンダー関連講座に出席した受講生273名(女性227名、男性38名、不明8名)。調査方法は、女性関連施設を通して実施した自記式質問紙調査である。調査時期は、2004年7月12月である。結果の概要(一部)は、以下の通りである。1女性学・ジェンダー関連講座への参加経験は、男女とも半分以上が以前にも受けたことがあった。今回の講座を受講したきっかけについては、男女とも「以前から学習したいと思っていたから」が最も高く、2番目は男女に違いがあり、女性が「広報やお知らせで知ったから」であるのに対し、男性は「仕事や生活上必要だったから」である。今回の学習から得たものに関しては、男女とも「自分を新しい角度から見つめるようになった」が最も高い。3番目には男女の違いがあり、女性は「社会を見る目が広がった」、男性は「女性問題・ジェンダーに敏感になった」であった。

これから学習したい分野は男女とも「男性への男女共同参画意識の浸透に関すること」が高い。女性学・ジェンダー関連講座・講演会企画への参加意欲は男女とも非常に高い。2結婚や家庭、男女の役割意識について講座参加後の意識変化は、どの項目についても「考えは変わらない」が高い割合を占めているが、男性の家事・育児・介護への参画と女性の経済的自立に関しては「そう思うようになった」が男女とも比較的高い。以上の結果から、女性学・ジェンダー関連講座が受講者の男女の役割意識に多少とも影響していることが示された。本研究の目的は、男女共同参画社会における生涯学習施設として、女性センターが男女の性役割観の変容に果たす役割について解明することである。平成17年度においては、前年(平成16年)に全国の女性センターで女性学・ジェンダー関連講座の受講生を対象に実施したアンケート調査を分析し、報告書をまとめ、それをもとにインタビュー調査を行った。アンケート調査の結果は以下の通りである。1講座参加後の性役割意識の変化に注目してみると、男女とも13割の人が意識の変化があったと回答している。結婚、離婚に関する項目では男性で意識変化したと回答した人の割合が多く、男性の介護や女性の経済的自立などの項目では女性で意識変化したと回答した人が多かった。また、「夫は外で働き、妻は家庭を守るべきである」については男女とも否定する方向に意識が変化している。2講座・講演会を企画することへの参画意向に関しては、男女とも希望者が多い。今後女性センターに期待することとしては、女性は「相談事業」「女性学・ジェンダーに関する学習」、男性は「男性問題に関する事業」「市民企画に関する援助」である。以上の結果をもとに、平成17年度は上記アンケートで意識が変化したと回答している男女を中心に、インタビュー調査を行った。(女性4人、男性3人)現在のところ、数は少ないが7人のインフォーマントから得られた結果は以下の通りである。アンケートの回答は、講座参加後に性役割観の変化があったということであるが、実際に話を聞いてみるとインフォーマントの大部分は講座に参加する以前に意識の変化があり、講座で再確認している(女性3人、男性2人)。講座に参加すること、女性センターに来ること自体が意識変化の表れといえよう。しかし、意識が変化したと回答してはいるが、中には男女の役割分業は必要と考えている場合もあった。男性インフォーマントは、女性学・ジェンダー関連講座に参加するだけでなく、女性センターのさまざまな事業に参画している。女性センターが募集している「市民企画」にも積極的に応募し、助成金を得て「起業講座」や「男性自立講座」を女性センターで開催する企画に参画している。女性インフォーマントは、50代以上では講座は自分の考えの再確認のためであった。20代、30代の若い層では講座修了後に別の実践を含む講座に参加し、自立や主体形成に取り組んでいるようであった。
滑動性追跡眼球運動の運動司令生成における前頭葉眼球運動領域の役割

平成14年度も13年度と同様に、2匹目のサルを用いて、モンキーチェアにすわらせるトレーニングから開始し、頭部固定用プラットホームの形成手術、眼球運動測定用サーチコイルの眼窩への導入手術、大脳皮質細胞の電気的活動記録用および微小電気刺激用の電極を装着するためのチェンバーをプラットホームに設置する手術を全身麻酔下にて無菌的に行い、滑動性追跡眼球運動を行わせるパラダイムのタスク(ステップランプ)をトレーニングした。電気生理学的手法により前頭眼野を同定したのちに、一匹目のサルと同様に前頭眼野にGABA_Aレセプターアゴニストのムシモールを微小注入し、滑動性追跡眼球運動への影響を観察し比較検討した。その結果滑動性追跡眼球運動への可逆的な抑制が、一匹目のサルと同様に上下左右4方向すべてにおいて観察された。さらに滑動性追跡眼球運動の適応のパラダイムを用いて適応への影響を観察したところ、適応の抑制が観察された。Initial pursuitに限らずクローズトループの眼球運動にも抑制がみられた。適応すなわち運動学習の場がどこにあるかについての議論は現在の神経科学のトピックスの一つである。前庭動眼反射では適応の場は小脳片葉であることが示されている。サッケード眼球運動の適応に関しても小脳傍虫部や小脳核の役割が示されている。滑動性追跡眼球運動の適応についても小脳の関与が示唆されている。これらの所見と本研究の結果を考え合わせると、前頭葉眼球運動領域より発せられる運動司令が、運動学習に関与するということが考えられる。平成13年度は、滑動性追跡眼球運動のinitial pursuitの部分と、前頭葉大脳皮質との関わりを調べることを目的とした。用いたニホンザルにおいては、頭部固定用プラットホームの形成手術、眼球運動測定用サーチコイルの眼窩への導入手術、さらに大脳皮質細胞の電気的活動記録用および微小電気刺激用の電極を装着するためのチェンバーをプラットホームに設置する手術を、それぞれ全身麻酔下にて無菌的におこなった。またステップランプ状に上下左右4方向に動く視標を追視させることにより、滑動性追跡眼球運動のトレーニングをおこなった。トレーニング終了後、微小電気刺激を行って眼球運動が誘発される領域のマッピングを行い、前頭眼野を同定した。同定した前頭眼野にGABA_Aレセプターアゴニストのムシモールを注入すると、滑動性追跡眼球運動のinitial pursuitの可逆的な抑制が、上下左右4方向すべての眼球運動において観察された。視標の動きに外乱を与え網膜誤差を生じさせると、網膜誤差を減少させるように眼球運動の特性が変化することが知られている。この特性変化は眼球運動の適応として知られ、運動学習モデルと考えられている。滑動性追跡眼球運動においても適応がおこることが既に報告されている。そこでムシモールの前頭眼野への注入による、滑動性追跡眼球運動の適応に対する効果についても調べてみた。その結果、注入側の同側に向かう滑動性追跡眼球運動については、速度の低下がみられたが適応への効果は観察されなかった。
栽培きのこ類の早晩性を決定するQTLの責任遺伝子の同定と検出マーカーの開発

我が国特用林産物の基幹作物である食用きのこ類の栽培において、植え付け後から子実体(所謂、きのこ)の発生までに必要とする期間はきのこの種および品種間で様々であり、収穫までのトータルな栽培期間を決定する極めて重要な育種形質である。本形質は量的形質として知られ、とくに、主要きのこ種であるシイタケにおける本形質の品種間差は著しい。本研究は、このように品種間で要求する栽培期間の長短が顕著であるシイタケを材料として、早晩性を決めている遺伝子群を同定し、その遺伝子情報をDNAマーカー開発等の新規育種技術に繋げることを目標とした。本年度は、親株ゲノムのde novoアッセンブルデータ、両ゲノム間の比較解析により明らかにしたQTL推定領域周辺の座位遺伝子の構成とそれらにおける親株ゲノム間多型の分布情報に基づいて新規のマッピングマーカーを作成し、これまで取得したAFLPマーカーとRADマーカーと合わせて再度、連鎖地図作成およびQTL解析を実施した。解析には遺伝連鎖地図作成ソフト「JoinMap」と統計解析ソフト「R」用いた。その結果、これまで行ったQTL解析の結果に対応する形でQTLが推定され、位置情報が詳細化されることで連鎖群上の複数ヶ所に有意なQTL情報を得た。それぞれの候補領域座位の親株ゲノム間多型と160株の分離集団それぞれの親型(早晩型)との関係を調べると、高い頻度で一致する遺伝子の存在が明らかとなった。現在、それらについて早晩性が明らかな品種50株の早晩型との関係を調査して検証を進めている。今後この調査を継続することで責任遺伝子を明らかにする予定である。とくに、主要きのこ種であるシイタケにおける品種間差は著しい。しかしながら、必要とする当該期間の長短(早晩性)が何故に生じるかについての分子遺伝学的な理解はこれまでほとんどなされていない。本研究は、品種間で要求する栽培期間の長短が顕著であるシイタケを材料として、早晩性を決めている遺伝子群を同定し、その遺伝子情報をDNAマーカー開発等の新規育種技術に繋げることを目標とする。このため、これまでに早生型と晩生型の組み合わせによる交配株由来のQTL解析集団について、AFLPマーカーに基づく13連鎖群からなる遺伝連鎖地を作製し、本地図上に2つのQTLをマッピングしている。これらを基礎にして本年度は、1推定している2つのQTL領域をカバーするゲノム配列を抽出するため、起点となるマッピングマーカーのSTS化を進め、それぞれについて2マーカーの配列情報を取得することができた。2本課題に着手した後、シイタケの長鎖ゲノム配列が海外の研究者により公開された(Chen et al. 2016)ため、2つのQTLについて取得QTL近傍マーカー配列を目印として、公開ゲノム配列から周辺領域配列を抽出した。その結果、両QTL領域の全域について、ほぼ連続した配列情報を得ることができた。3抽出した領域配列について、AUGUSTUSにより遺伝子領域を推定し、それらの機能をblastpにより推定して遺伝子構成をまとめた(公開ゲノムデータから遺伝子のアノテーションデータを入手することができなかった)。初年度の計画の大きなポイントとなるQTL領域のゲノム配列抽出に供試する配列を近傍マーカーのSTS化により取得できた。また、次世代シーケンサー解析による長鎖配列からなるゲノムデータが本課題への取り組み開始後に公開されたため(2016年8月、ただし、アノテーションは利用できる環境になかった)、STS化したマーカーを用いたQTL領域配列の抽出を実施することができた。結果的に、計画していた次世代シーケンサー解析は行わなかったが、ほぼ計画通りに抽出したゲノム配列に基づき、座乗遺伝子を推定して当該領域の遺伝子構成をリスト化し、それらの機能をblastp検索等により推定するところまで進み、次年度のQTL責任遺伝子絞り込みの基本的な準備を行うことができた。このため、これまでに早生型と晩生型の組み合わせによる交配株由来のQTL解析集団について、AFLPマーカーに基づく13連鎖群からなる遺伝連鎖地を作製し、現在本地図上に2つのQTLをマッピングしている。また、前年度はQTL領域内でSTS化できたマーカー配列基づいて、シイタケの公開ゲノムデータ(Chen et al. 2016)における当該領域を推定し、その遺伝子構成をリスト化した。本年度は、公開ゲノム(中国産)と本研究の解析ゲノム(日本産)間の構造的な差異に対応して解析を進めるため、QTL解析に使用したシイタケ親株ゲノム由来配列の取得を目的にNGS解析を行うとともに、解析分離集団に対してRAD-Seq解析を行い、AFLPマーカーに加えて新規マーカーを追加マッピングした。

さらに、親株ゲノム間での変異解析により、相同配列領域ごとに多型部位とその変異様式を明らかにして、次年度絞り込まれた責任遺伝子候補の検証に供試する多型を検索できるようにした。前年度においてSTSマーカーに基づいて取得したQTL領域のゲノム配列がQTL解析に用いた親株由来でなく、公開ゲノム(中国産)データ由来であったことから、座乗遺伝子の種類と順位に解析親株との相違点の多いことが推測される経過となり、解析親株由来のゲノム配列およびその遺伝子情報を得る必要が生じた。このため、前年度時において計画していたRAD-Seq解析(得られるRADマーカー自体に配列情報が付加される)により新規マーカーの追加マッピングを充実させることが必須となり、さらに、親株ゲノムのNGS解析を2回行って、QTL領域座乗遺伝子の推定と絞り込み後の候補遺伝子間の親株間多型の検索ができるようにするため、親株間での変異解析を実施したことで計画よりやや遅れることとなった我が国特用林産物の基幹作物である食用きのこ類の栽培において、植え付け後から子実体(所謂、きのこ)の発生までに必要とする期間はきのこの種および品種間で様々であり、収穫までのトータルな栽培期間を決定する極めて重要な育種形質である。本形質は量的形質として知られ、とくに、主要きのこ種であるシイタケにおける本形質の品種間差は著しい。本研究は、このように品種間で要求する栽培期間の長短が顕著であるシイタケを材料として、早晩性を決めている遺伝子群を同定し、その遺伝子情報をDNAマーカー開発等の新規育種技術に繋げることを目標とした。本年度は、親株ゲノムのde novoアッセンブルデータ、両ゲノム間の比較解析により明らかにしたQTL推定領域周辺の座位遺伝子の構成とそれらにおける親株ゲノム間多型の分布情報に基づいて新規のマッピングマーカーを作成し、これまで取得したAFLPマーカーとRADマーカーと合わせて再度、連鎖地図作成およびQTL解析を実施した。解析には遺伝連鎖地図作成ソフト「JoinMap」と統計解析ソフト「R」用いた。その結果、これまで行ったQTL解析の結果に対応する形でQTLが推定され、位置情報が詳細化されることで連鎖群上の複数ヶ所に有意なQTL情報を得た。それぞれの候補領域座位の親株ゲノム間多型と160株の分離集団それぞれの親型(早晩型)との関係を調べると、高い頻度で一致する遺伝子の存在が明らかとなった。現在、それらについて早晩性が明らかな品種50株の早晩型との関係を調査して検証を進めている。今後この調査を継続することで責任遺伝子を明らかにする予定である。本年度は公開されたゲノム情報を基盤にして、基本となるQTL領域のゲノム配列とその遺伝子構成を推定することができた。このため次の段階として、公開ゲノム(中国産菌株由来)と本研究で供試するゲノム(日本産菌株由来)間で予想される不一致部位(ゲノム多型)をQTL関連領域に焦点を当てて検討し、当該領域の材料株ゲノム由来の配列を確定して行く予定である。また、確定する配列に基づいた推定遺伝子の中から、現在までに報告されているシイタケ子実体形成特異的な発現遺伝子情報等(Tang et al 2013など)を参考にして、早晩性との関係が推察されるものについての絞り込みを行う。
オホーツク文化の展開・地域差と終末過程に関する考古学的研究

本年度は、昨年度から引き続きモヨロ貝塚資料の調査と分析を行った。調査対象はモヨロ貝塚調査団が過去に調査した資料である。詳細は以下のとおりである。1.東京大学文学部所蔵資料の調査東京大学文学部には、モヨロ貝塚調査団が昭和22・23年に発掘調査を行った際に出土した考古資料が収蔵されている。それらの資料のうち、特に土器について実見・図化・写真撮影を行った。これらの一部についてはすでに図版の浄書や各種属性の統計解析等を行っている。2.昨年度調査データの分析昨年度作成したデータのうち、ガラス乾板のデジタル画像データについては整理と内容の分析をほぼ終了し、CD-Rにデータベース化した。また、函館市立博物館・北海道立北方民族博物館の収蔵資料のデータについても、土器図版の浄書や各種属性の統計解析等のデータ分析を行い、考古学的解釈のための基礎データを整えた。3.画像資料の解析モヨロ貝塚の地形や遺構に関する過去の画像データについて、(株)タナカコンサルタントに画像解析の協力を依頼し、研究代表者立ち会いのもと画像から平面図データを作成した。これらの平面図は、遺跡・遺構の立地や分布を分析するための基礎データとして活用が期待される。本年度は、北海道における最も重要なオホーツク文化遺跡である網走市モヨロ貝塚の考古資料に対して、調査・分析を行った。1.ガラス乾板資料のデジタル化東京大学文学部には、昭和22・23年のモヨロ貝塚調査の際に撮影されたガラス乾板資料が多数ある。これらのうち最も重要な50枚について、劣化を防ぐ目的でデジタル化を行った(外注)。さらに納入された画像データについて整理・分析作業を行った。これらの画像には未報告のものも含まれており、過去の調査報告書では判然としなかった、オホーツク文化の竪穴住居址や動物骨を集積した祭祀の内容が、デジタル化された鮮明な画像から判明しつつある。2.函館市立博物館、北海道立北方民族博物館の資料調査上記の二つの博物館には、モヨロ貝塚出土の土器が未報告のまま多数収蔵されている。これらのうち、函館市立博物館の30個体、北海道立北方民族博物館の40個体について、図化・写真撮影を行った。これらの土器については最終年度の報告に向けて現在データベース化・分析を進めている。
効率的肉用牛生産に関する協力研究

水牛の生体における屠肉形質は超音波を利用することによって明瞭に映像として捉えることができる。脂肪層と筋層の境界は鮮明に解析でき、通常の肉用種の場合とほぼ同様であり、脂肪層および筋層の厚さや胸最長筋横断面積は、屠殺することなく十分に推定できることが認められた。Murrahバッファロ-(MB)、Philippine Carabaoバッファロ-(PC)およびそれらの交雑種(CB)の屠肉形質の超音波推定値に対する品種、性、繋養場所ならびに品種と性、繋養場所と性の交互作用の効果について最小自乗分散分析を行ったところ、品種の要因は、胸最長筋横断面積、筋間脂肪厚およびバラの厚さに対して有意な効果をもたらした。超音波測定した品種間の最小自乗平均値では、CBが最も大きな胸最長筋横断面積(第7胸椎部:30.1cm^2、第13胸椎部:35.3cm^2)と最も厚いバラの厚さ(36.4mm)を示した。すなわち、肉量の点でCBが最も優れていることが認められ、MBとPCの交雑によるヘテロ-シス効果が現れたものと考えられた。一方、PCは筋間脂肪厚が最も薄いことが認められ、また、水牛の皮下および筋問脂肪厚は通常の肉用種のそれらに比べて薄いことが認められた。性の効果は、いずれの形質推定値に対しても有意性を示さなかった。さらに、繋養場所の要因は、腹肪交雑を除くすべての屠肉形質に対して有意な影響を及ぼすことが認められた。なお、脂肪交雑はほとんどの個体で0から1-と極めて低い値であった。品種と性の交互作用の効果は、胸最長筋横断面積と脂肪交雑に対して、また、繋養場所と性の交互作用の効果は胸最長筋横断面積に対して、それぞれ有意な影響を及ぼすことが認められた。以上のように、水牛の屠肉形質推定のための超音波利用は、水牛の育種・選抜プログラムの上で欠かせないものであると考えられた。今後さらに本法を利用し、産肉能力の改良のためのより多くの情報を得る必要があると考えられた。肉用牛の効率的生産システムの確立のためには,産肉能力のみならず,子牛の育成段階における母牛の産乳能力もきわめて重要な形質である。セントラル・ルソン州立大学では,フィリピン在来種(PC),ブルガリアからの導入種(MB)およびこれらの交雑種(CB)である水牛を用いた産乳能力や産肉能力の遺伝的改良,特に育種改良のための優良牛の選抜,さらに生産子牛の発育段階における枝肉構成の変化の解明等多くの課題を抱えており,1995年度これらの試験牛から改良に関する基本的知見を得るため産乳能力に関するデータ収集を行うとともに,PC,MB及びCBの約400頭を超音波測定し,得られた皮下脂肪厚,筋間脂肪厚,バラ厚,胸最長筋横断面積及び脂肪交雑等の屠肉形質推定値に対する要因効果について検討した。主な結果は以下の通りである。水牛の乳脂率は約610%とホルスタイン種のそれに比べてはるかに高いことが認められた。また,PC,MB及びCBいずれの胸最長筋横断面積も本邦の和牛のそれよりもかなり小さいことが認められた。

屠肉形質に対する最小自乗分散分析の結果,脂肪交雑を除くすべての屠肉形質推定値に対して繋養地域の飼育環境の有意な影響が認められた。また,品種の違いによる影響は第7及び第13胸椎部の胸最長筋面積,ならびに第7胸椎部の筋間脂肪厚及びバラ厚に対して有意な影響を及ぼし,いずれの形質においてもMB>CB>PCの順に大きな値を示すことが認められた。さらに,繋養地域と性の交互作用の効果は第7及び第13胸椎部の胸最長筋面積に対して,また品種と性の交互作用の効果は第7及び第13胸椎部の胸最長筋面積,脂肪交雑及び皮下脂肪厚に対してそれぞれ有意な影響を及ぼすことが認められた。なお,これらの結果については第8回AAAP(1996.10,東京)に発表予定である。肉用牛の効率的生産システムの確立のためには、産肉能力のみならず、子牛の育成段階における母牛の産乳能力も極めて重要な形質である。セントラル・ルソン州立大学では、フィリピン在来種(Philippine Carabao:PC)、ブルガリアからの導入種(Murra:MB)およびこれらの交雑種(CB)である水牛を用い産乳能力や産肉能力の遺伝子的改良、特に育種改良のための優良牛の選抜・さらに生産子牛の発育段階における枝肉構成の変化の解明等多くの課題を抱えており、1995年度に引き続きこれらの大学ならびに生産農家に繋養されている水牛から改良に関する基本的知見を得るため産乳能力に関するデータ収集を行うとともに、PC、MB及びCBの約300頭(内、約140頭は1995年度に引き続き経時的測定)を超音波測定し、得られた皮下脂肪厚、筋間脂肪厚、バラ厚、胸最長筋横断面積及び脂肪交雑等の屠肉形質推定値に対する要因効果について検討した。主な結果については以下の通りである。水牛の308日間の乳量は、PC、MB及びCBでそれぞれ平均555kg、1,563kg及び1,412kgでMBとCBがPCに比較して有意(P<0.01)に高い値であった。一方、乳脂率は、PC、MB及びCBでそれぞれ平均8.8%、7.0%及び8.1%とPCあるいは交雑種がMBに比べて比較的高いことが認められた。PC、MB及びCBの第7胸椎部の胸最長筋横断面積はそれぞれ平均27.2cm^2、28.3cm^2及び30.1cm^2cmと交雑種が有意(P<0.05)に大きいことが認められた。このことは第13胸椎部の胸最長筋面積についても同様の傾向であった。また、脂肪交雑については、0.120.16でいずれの品種間にも有意な差は認められなかった。水牛の生体における屠肉形質は超音波を利用することによって明瞭に映像として捉えることができる。脂肪層と筋層の境界は鮮明に解析でき、通常の肉用種の場合とほぼ同様であり、脂肪層および筋層の厚さや胸最長筋横断面積は、屠殺することなく十分に推定できることが認められた。Murrahバッファロ-(MB)、Philippine Carabaoバッファロ-(PC)およびそれらの交雑種(CB)の屠肉形質の超音波推定値に対する品種、性、繋養場所ならびに品種と性、繋養場所と性の交互作用の効果について最小自乗分散分析を行ったところ、品種の要因は、胸最長筋横断面積、筋間脂肪厚およびバラの厚さに対して有意な効果をもたらした。超音波測定した品種間の最小自乗平均値では、CBが最も大きな胸最長筋横断面積(第7胸椎部:30.1cm^2、第13胸椎部:35.3cm^2)と最も厚いバラの厚さ(36.4mm)を示した。すなわち、肉量の点でCBが最も優れていることが認められ、MBとPCの交雑によるヘテロ-シス効果が現れたものと考えられた。一方、PCは筋間脂肪厚が最も薄いことが認められ、また、水牛の皮下および筋間脂肪厚は通常の肉用種のそれらに比べて薄いことが認められた。
活動電位の発生部位が聴覚情報処理に果たす役割の解明

神経細胞はシナプス入力を活動電位に変換することにより,情報を符号化する.しかしながら,活動電位が神経細胞のどこで発生するのか,さらにその部位が神経細胞の情報処理にどのような意味をもつのかについては明らかでない.トリの大細胞核(NM)は音の時間情報処理に関わる.NMには周波数局在があり,聴覚情報は特徴周波数(CF)領域毎に処理される.さらに,NMではシナプス入力の数とサイズがCFに応じて異なり,低いCFの細胞ほど多数の小さな入力を受ける.従って本研究では,NMにおいて活動電位の発生部位をCF領域毎に調べ,その聴覚情報処理に果たす役割を検討した初年度には,電気生理学的手法と組織形態学的手法を用いて,NM細胞における活動電位の発生部位が細胞体近傍の軸索起始部であることを示し,さらにそこでのNaチャネルの発現量が低いCF領域ほど高いことを明らかにした.次年度には,コンピューターシミュレーションにより,その機能的意義を検討した.その結果,低いCF領域の細胞においてNaチャネルの発現量が高いことは,多数の小さな入力が加重する際に生じるNaチャネルの不活性化の影響を減少させることにより正確な時間情報処理を行う上で重要な役割を果たすことを明らかにした.さらに以上の結果から,神経細胞では活動電位の発生部位とそこでのイオンチャネル発現がシナプス入力に応じて細胞毎に精巧に調節されることにより,細胞機能が最適化されていることを明らかにした.神経細胞はシナプス入力を活動電位に変換することにより,情報を符号化する.しかしながら,活動電位が神経細胞のどこで発生するのか,さらにその部位が神経細胞の情報処理にどのような意味をもつのかについては明らかでない.トリの大細胞核(NM)は音の時間情報処理に関わる.NMには周波数局在があり,聴覚情報は特徴周波数(CF)領域毎に処理される.さらに,NMではシナプス入力の数とサイズがCFに応じて異なり,低いCFの細胞ほど多数の小さな入力を受ける.従って本研究では,NMにおいて活動電位の発生部位をCF領域毎に調べ,その聴覚情報処理に果たす役割を検討した初年度には,電気生理学的手法と組織形態学的手法を用いて,NM細胞における活動電位の発生部位が細胞体近傍の軸索起始部であることを示し,さらにそこでのNaチャネルの発現量が低いCF領域ほど高いことを明らかにした.次年度には,コンピューターシミュレーションにより,その機能的意義を検討した.その結果,低いCF領域の細胞においてNaチャネルの発現量が高いことは,多数の小さな入力が加重する際に生じるNaチャネルの不活性化の影響を減少させることにより正確な時間情報処理を行う上で重要な役割を果たすことを明らかにした.さらに以上の結果から,神経細胞では活動電位の発生部位とそこでのイオンチャネル発現がシナプス入力に応じて細胞毎に精巧に調節されることにより,細胞機能が最適化されていることを明らかにした.神経細胞はシナプス入力を活動電位に変換することにより,情報を符号化する.従って,我々の複雑な脳機能が発現するしくみを理解する上では,神経細胞において活動電位が発生する過程を明らかにする必要がある.しかしながら,活動電位が神経細胞のどこで発生するのか,さらにその部位が神経細胞の情報処理にどのような意味をもつのかについては明らかでない.トリの蝸牛神経核には大細胞核(NM)と角状核(NA)の2つの亜核があり,それぞれ音の時間と強さの情報処理に関わる.さらに,これらの神経核には周波数局在性があり,聴覚情報はCF領域毎に処理される.従って本研究では,これらの神経核において活動電位の発生部位をCF領域毎に調べることにより,聴覚情報処理における活動電位発生部位の果たす役割を明らかにすることを目指している.本年度は,NM細胞における活動電位の発生部位を電気生理学的手法と組織形態学的手法を用いて検討した.その結果,NMでは高中間CF領域に比べて低CF領域において,Na電流の電流密度が高く,活動電位の振幅も大きかった.また,NM細胞を逆行性に標識した標本においてNaチャネルに対する免疫染色を行った結果,全てのCF領域においてNaチャネルは細胞体近傍の軸索上に存在したが,低CF領域の細胞ほど軸索上の長い領域に高い密度で局在していた.これらの結果は,NMでは低CF領域の細胞ほど活動電位の発生部位にNaチャネルを多く発現していることを示している.今後はさらに,その機能的意義をシミュレーションにより検討するとともに,NAにおける活動電位の発生部位を明らかにする予定である.神経細胞はシナプス入力を活動電位に変換することにより,情報を符号化する.従って,我々の複雑な脳機能が発現するしくみを理解する上では,神経細胞において活動電位が発生する過程を明らかにする必要がある.トリの大細胞核(NM)は音の時間情報処理に関わる.さらに, NMには周波数局在性があり,聴覚情報はCF領域毎に処理される.従って本研究では, NMにおいて活動電位の発生部位をCF領域毎に調べることにより,聴覚情報処理における活動電位発生部位の果たす役割を明らかにする.昨年度は電気生理学的手法と組織形態学的手法を用いて, NM細胞が細胞体近傍の軸索起始部で活動電位を発生し,さらにそこでのNaチャネルの発現量が低いCF領域の細胞ほど大きいことを明らかにした.今年度はさらに,このことの機能的意義を検討した.NMではシナプス入力の数とサイズもCFに応じて異なり,低いCFの細胞ほど多数の小さな入力を受ける.そこで,コンピューターシミュレーションを行った結果,多数の小さな入力を受ける低いCF領域の細胞では,軸索起始部にたくさんのNaチャネルをもつことが正確なタイミングで発火を行う上で特に重要であることが分かった.これは入力が加重される場合にはEPSPの立ち上がりが遅くなりNaチャネルの不活性化とKチャネルの活性化を生じるが, Na電流量が大きいと活動電位発生の潜時が短くなり,この効果を減少させるためであった.

さらに以上の結果から,神経細胞では活動電位の発生部位とそこでのイオンチャネル発現がシナプス入力に応じて細胞毎に精巧に調節されることにより,細胞機能が最適化されていることを明らかにした.
結核菌の細胞内寄生に関わる因子の特定とその制御法の開発

結核菌由来ヌクレオチド加リン酸分解酵素(MtAPA)の活性中心部位にある特異的なループ構造が、基質特異性に関与していることを示した。また、MtAPAの新規阻害剤を見出した。Mycobacterium avium及びM. smegmatisが有しているMtAPA相同タンパク質が、ヌクレオチド加リン酸分解酵素であることを明らかにするとともに、これらの酵素活性がMtAPA新規阻害剤によって阻害されることを示した。一方、結核菌由来Rv2614cタンパク質がアミノアシルtRNA合成酵素であることも示した。これらの研究成果は、結核菌の細胞内寄生メカニズムの解明や新規抗菌薬の開発につながることが期待される。本研究では,結核菌の細胞内寄生に関与していると推定される遺伝子・タンパク質の詳細な機能と構造の相関を明らかにするとともに,得られた知見に基づいて結核菌の細胞内寄生の成立を特異的に阻害する化合物の探索を行い,新規抗結核薬の開発に結びつけることを目的としている.本年度は,これまでに明らかにしてきた結核菌由来ヌクレオチド加リン酸分解酵素(Rv2613c)の詳細な機能と構造の相関解析結果に基づいて,本酵素の活性を阻害すると予想される化合物をインシリコスクリーニングで選択した後,実際の阻害活性を測定することによって,本酵素の活性を阻害する化合物を10種類見出した.さらにそのうち4種類の化合物については, Rv2613cと1次構造上で高い相同性を示すMycobacterium avium由来MAV_3489,並びにM. smegmatis由来MSMEG_2932の活性も阻害するが, Saccharomyces cerevisiae由来のヌクレオチド加リン酸分解酵素の活性は阻害しないことを示した.これらの結果から,本研究結果に基づいて,結核を含む抗酸菌に特異的に作用する抗菌薬のデザインが可能であることが示唆された.さらに, Rv2613c以外の新たな標的タンパク質として,結核菌のゲノム上に存在しているRv1505からRv1516cまでの遺伝子がコードしている12種類のタンパク質を選び,大腸菌内での発現系を構築した.作製した発現株を用いた発現誘導実験の結果から, Rv1509とRv1514cについて可溶性画分での発現を認めた.一方, Rv2613c遺伝子を破壊した結核菌, MAV_3489遺伝子を破壊したM. avium,及びMSMEG_2932遺伝子を破壊したM. smegmatisの作製を目的として,それぞれの破壊株作製用のプラスミドを構築した.結核菌由来ヌクレオチド加リン酸分解酵素(MtAPA)の活性中心部位にある特異的なループ構造が、基質特異性に関与していることを示した。本研究では、結核菌の細胞内寄生に関与していると推定される遺伝子・タンパク質(結核菌由来Rv2609c-Rv2614c)の機能と構造を明らかにすることを目的としている。本年度は、標的タンパク質のうち結核菌由来ヌクレオチド加リン酸分解酵素であるRv2613cの詳細な機能構造相関解析を行い、活性中心部位近傍に存在するループ構造が本酵素の基質特異性に大きな影響を与えていることを明らかにした。また、Rv2613cと1次構造上で高い相同性を示すMycobacterium avium由来MAV_3489、並びにM. smegmatis由来MSMEG_2932について、大腸菌内での発現系の構築と精製を行いその酵素学的諸性質を明らかにした。その結果、両タンパク質ともにヌクレオチド加リン酸分解酵素であることを示した。ゲルろ過カラムを用いた分析結果から、MAV_3489とMSMEG_2932はRv2613cと同様に特徴的な4量体構造を形成して活性を保持していることが示唆された。この特徴的な4量体構造は基質結合部位の形成に関与していることが推測されていることから、この構造的特徴を利用することによりRv2613cのみならずMAV_3489やMSMEG_2932の活性も阻害する新規化合物をデザインすることが可能であると考えられた。一方、別の標的タンパク質であるRv2609cについては、大腸菌内では可溶性画分に発現しなかったため、M. smegmatisを宿主とした発現系の構築を行い、その発現条件を検討した。さらに、結核菌のゲノム上に存在する標的遺伝子を破壊した株を作製するため、標的遺伝子をクローニングしてその遺伝子配列中に変異を挿入した、破壊株作製用プラスミドの構築を行った。本研究では、新規抗結核薬の開発を目標として、結核菌の細胞内寄生に関与していると推定されるタンパク質の機能と構造を明らかにし、得られた知見に基づいて、その機能を阻害する新規阻害剤をデザインするとともに、結核菌に対する抗菌活性を測定することを目的としている。

本年度はまず、これまでに見出した、抗酸菌由来ヌクレオチド加リン酸分解酵素の活性を特異的に阻害する15種類の化合物を用いて、結核菌に対する抗菌活性の測定を行った。抗菌活性は、微量液体希釈法によるMIC値測定で評価した。その結果、15種類の化合物には著しい抗菌活性は認められなかったが、そのうち1種類の化合物が高濃度(256μg/mL)存在している条件下では結核菌の生育能がコントロールと比較して若干低下していることが示唆された。そこで、この化合物の構造情報を基にして、側鎖などを置換した4種類の化合物を入手した。抗菌活性について結核菌H37Rv株を用いて測定した結果、そのうちの1種類の化合物において、顕著な抗菌活性が認められた。MIC値について6回の測定を行った結果、中央値と最頻値ともに本化合物のMIC値は32μg/mLであった。さらに、結核菌H37Ra株に対する抗菌活性も測定したところ、本化合物のMIC値は48μg/mLであった。このMIC値は、既存の抗結核薬であるカナマイシンやストレプトマイシンに匹敵する値であると考えられた。また、結核菌由来ヌクレオチド加リン酸分解酵素(MtAPA)に対する本化合物の50%阻害濃度は3μMであったことから、本化合物はMtAPAの機能を阻害することによって結核菌に対して抗菌活性を示すことが示唆された。この作用機序は、既存の抗結核薬の作用機序とは全く異なることから、本研究で得られた成果は薬剤耐性結核菌にも有効な新規抗結核薬の開発につながることが期待される。構造生物学、細菌学本研究では,結核菌の細胞内寄生に関与していると推定される遺伝子・タンパク質を標的分子として選び,その詳細な機能と構造の相関を明らかにするとともに,得られた知見に基づいてその機能を特異的に阻害する化合物を特定することによって,新規抗結核薬の開発に結びつけることを目的としている.これまでに,結核菌由来ヌクレオチド加リン酸分解酵素(Rv2613c)の詳細な機能構造相関解析の結果に基づいて本酵素の活性を阻害すると予想される化合物をインシリコスクリーニングで選択した後, Rv2613cを含む4種類のヌクレオチド加リン酸分解酵素(Mycobacterium avium由来MAV_3489, M. smegmatis由来MSMEG_2932,及びSaccharomyces cerevisiae由来APA1)に対する実際の阻害活性を測定することによって,抗酸菌由来のヌクレオチド加リン酸分解酵素の活性のみを特異的に阻害する4種類の化合物を特定した.さらに, Rv2613c以外の新たな標的タンパク質として,結核菌由来の12種類のタンパク質(Rv1505からRv1516c)を選び,大腸菌を宿主とした発現系を構築し, Rv1509とRv1514cについては可溶性画分での発現を確認した.これらの結果については積極的に学会発表を行った.このように,新規抗結核薬のデザインに結びつく化合物を同定するなど,当初の目標通りに研究の大部分は順調に進展している.