• 遺伝的多様性の維持は、水圏生物の持続的利用や保全を図る上で重要なポイントです。本研究は、DNA分析と集団遺伝学的な解析を主なツールとして、１）自然集団の遺伝的構造や系統地理を明らかにして保全方策を提言し、２）栽培漁業の対象となっている魚介類について、放流種苗の遺伝的特徴や海域での種苗の生残率または再生産への寄与度を明らかにすることによって、より良い放流方法の確立に貢献することを目指しています。

海洋や河川・湖沼の生態系の現況調査においては、種数や個体数だけではなく遺伝的多様性についてもモニタリングしておくことの重要性が認識されつつあります。主に分析手法や解析方法についての学術指導や共同研究を行う準備があります。

• セルラーゼ遺伝子を用いたバイオ燃料生産に適したイネの開発研究を行っている。収穫前にセルラーゼを高発現させ細胞壁の部分分解を行えば、収穫後の稲わらの糖化性が向上するのではないかと考えた。まず、セルラーゼを恒常的に高発現するイネを作成したところ、稲わらの糖化性が向上したが、形態異常や不稔が観察された。そこで、老化時期特異的にセルラーゼを高発現させたところ、形態や稔性は正常で稲わらの糖化性が向上した。

未利用稲わらをバイオマスとして有効利用できる。この技術は他の植物に応用可能である。また、改良されている前処理や糖化・発酵微生物と組み合せることによりさらにバイオ燃料生産の効率化が図れる。

近年の異常気象の多発により、作物の種子、果実生産の低下が危惧されている。これまでに低温、高温ストレス下で応答する遺伝子群を同定しており、ゲノム編集などにより、温度ストレス下でも生産が可能なシステムを構築する。

従来から用いられている遺伝子組換え手法に加え、ゲノム編集技術により実用に供することが可能な遺伝子改変が可能になった。

• 作物生産とその生産物の作物・子実は、食糧、環境、エネルギー、アメニティに応用でき、地球温暖化にある21 世紀には人類にとって、様々な面においてこれまで以上に重要度が増加している。その作物の子実生産を向上させるためには、昨今の激変する環境ストレスに耐性を有する作物の開発は至上命題である。特に環境ストレスに対して弱い受粉・受精の生殖形質を改変し、種子、果実生産を向上させることを目的とする。

高温、低温ストレス下で子実生産を左右する遺伝子群を同定している。収量増を見込めるF1 雑種品種育成に重要な自家不和合性遺伝子の利用も進め、種苗産業などとの連携が可能である。

• 地球規模での温暖化は、コムギやオオムギなどの収量に多大な影響を及ぼしている。また、異常気象は局所的な低温ももたらし、東北地方でのイネの冷害は有名である。これら主要作物の温度障害は、いずれも花粉形成の過程が最も脆弱であり、ストレスにより正常花粉ができなくなる。本技術は、植物ホルモンのオーキシンやジベレリン、さらにはカーボンソースを適切な時期に散布することで、これら障害を完全に克服するものである。

適切な植物ホルモン等を利用することで異常気象による作物の収量低下を防ぐことができ、農作物の安定的な生産に資する。

• 両親の良いところを併せ持った多収品種をつくる究極の育種法にハイブリッド品種（一代雑種品種）を作る技術がある。ハイブリッドライスを育種する基盤として、細胞質雄性不稔性と稔性回復システムが使われる。我々は東北大学オリジナルのCW型細胞質雄性不稔性イネの利用を検討し、その分子基盤を研究している。CW細胞質はこれまで不可能であったインディカ品種の雄性不稔化を実現できるので、高い利用価値が期待できる。

ハイブリッド品種のイネは、通常の品種と比較して30％ほどの収量増が期待され、その栽培面積は世界全体の13％を占めている。コメ産業の国際化を狙った日本独自の新規ハイブリッドライス育種基盤を提供できる。

• 食の安全性から健全生活の向上に貢献する上で、薬剤に頼らない家畜生産技術の開発が望まれる。我々は、世界に先駆けて樹立したブタおよびウシ腸管上皮（PIE,BIE）細胞により、家畜対応型の腸管免疫調節機能性の評価系を構築した。本評価系は、家畜に最適な腸管免疫を介する生菌剤や有用成分の選抜・評価を可能とし、動物実験を軽減させながら効率よく薬剤代替のための選抜・評価が行える他、詳細な機構解明にも有用である。

畜産業界における飼料や動物医薬の開発において、家畜に対応した生菌剤等のスクリーニングおよび有効性の評価や既存製品の再評価、機構解明等の推進が可能となり、新たな製品開発に向けた有意義な共同研究ができる。

• 食の安全性から健全生活の向上に貢献する上で、薬剤に頼らない家畜生産技術の開発が望まれる。我々は、世界に先駆けて樹立したブタおよびウシ腸管上皮（PIE,BIE）細胞により、家畜対応型の腸管免疫調節機能性の評価系を構築した。本評価系は、家畜に最適な腸管免疫を介する生菌剤や有用成分の選抜・評価を可能とし、動物実験を軽減させながら効率よく薬剤代替のための選抜・評価が行える他、詳細な機構解明にも有用である。

畜産業界における飼料や動物医薬の開発において、家畜に対応した生菌剤等のスクリーニングおよび有効性の評価や既存製品の再評価、機構解明等の推進が可能となり、新たな製品開発に向けた有意義な共同研究ができる。

• 人間らしい精神と行動を実現する脳の仕組みを、脳機能計測（図１）と生理・行動計測を駆使して明らかにしている。心の仕組みは、自己と外界との関係性の認知処理という視点から、３つの脳領域群（図２）で処理される「出力とフィードバック入力の関係性」（図３）として整理される：身体的自己（身体と外界の関係：Ａ）、社会的自他関係（自己と他者との社会的関係：Ｂ）、自己の社会的価値（Ｃ）。

心の働きを脳活動から推測する技術の開発や、人間らしい判断を可能にするアルゴリズムの開発を通じて、製品開発・評価に応用できる可能性がある。

• 高周波数超音波を用いることで、空間分解能が高く非侵襲的な生体組織イメージングが可能です。私たちが開発した超音波顕微鏡は、周波数100MHz で光学顕微鏡40 〜 100 倍相当、GHz領域の超音波により細胞1個も観察可能な高解像度を実現しており、組織の形態だけではなく弾性計測も可能です。また、最近では組織にレーザー光を照射した際に発生する超音波の検出を原理とするリアルタイム三次元光音響イメージングシステムを開発し、皮下の毛細血管網や酸素飽和度が可視化できるようになりました。

高周波数超音波および光音響イメージングは非侵襲的に繰り返し計測できるので、動脈硬化の超早期診断、皮膚のエイジング、組織の代謝状態の評価など化粧品・医薬品の効果判定に応用できます。高周波数超音波は、生体組織だけではなく、光学的手法では困難とされる不透明な薄膜や二重の透明コーティングなどを、0.1ミクロンの精度の計測が必要な産業分野へも応用可能です。

• 生体分子の機能を正しく理解するには他の生体分子との相互作用が保たれた状態、すなわち生きた状態で観察することが重要です。そこで、有機化学および蛋白質科学の双方からのアプローチにより新たな機能性分子を開発し、生体分子の可視化および光を用いた機能制御に取り組んでいます。特に、オルガネラ内の分子やイオン濃度の定量や、蛋白質機能を光操作するケージド化合物あるいはフォトスイッチ化合物の開発に実績があります。