理化学研究所（理研）生命医科学研究センター ゲノム解析応用研究チームの寺尾 知可史 チームリーダー（静岡県立総合病院 臨床研究部 免疫研究部長、静岡県立大学 薬学部ゲノム病態解析講座 特任教授）、劉 暁渓 上級研究員（研究当時：ゲノム解析応用研究チーム 研究員; 静岡県立総合病院 臨床研究部 研究員）、東京大学医科学研究所附属ヒトゲノム解析センター シークエンス技術開発分野の松田 浩一 特任教授らの共同研究グループは、大規模な日本人の全ゲノムシークエンス（WGS）[1]情報を分析し、日本人集団の遺伝的構造、ネアンデルタール人[2]およびデニソワ人[3]由来のDNAと病気の関連性、そしてゲノムの自然選択が影響を及ぼしている領域を複数発見しました。 本研究成果は、日本人集団の遺伝的特徴や起源の理解、さらには個別化医療[4]や創薬研究への貢献が期待されます。 今回、共同研究グループは、バイオバン

文部科学省が毎年4月の科学技術週間にあわせて制作する学習資料「一家に1枚」について、令和6年度版のテーマとして理化学研究所が企画した「世界とつながる"数理"」が選ばれ、2024年3月25日にダウンロード用画像が文部科学省の科学技術週間のページに公開されました。 ポスターは全国の小学校・中学校・高等学校、大学等へ配布されている他、今後、科学館や博物館などでも配られる予定です。また、紙面の内容をより掘り下げた特設ウェブサイトも公開する予定です。 制作に当たっては、理研数理創造プログラム（iTHEMS）の永井 智哉 コーディネーターをはじめとした研究者や事務部門の職員を含めた理研所内外の制作チームにより制作監修をしました。 「数学を道具として使うこと」で世界のものごとを理解したり答えを出したりする「数理」をテーマに、数理が私たちの生活でどのような形で使われているのかを、さまざまな事例をもとに紹介

理化学研究所（理研）量子コンピュータ研究センター 量子複雑性解析理研白眉研究チームの桑原 知剛 理研白眉チームリーダー（開拓研究本部 桑原量子複雑性解析理研白眉研究チーム 理研白眉研究チームリーダー）、ヴー・バンタン 特別研究員、京都大学 理学部の齊藤 圭司 教授の共同研究チームは、相互作用するボーズ粒子[1]系において量子もつれ[2]が伝達する速度の限界を理論的に解明しました。 本研究成果は、多数のボーズ粒子が相互に作用することで生じる量子力学的な動きを理解する上で新しい洞察を提供すると同時に、量子コンピュータ[3]を含む情報処理技術における根本的な制約を解明することにも寄与すると期待されます。 量子力学で現れる最も基本的な粒子であるボーズ粒子が相互作用を通じてどのくらいの速さで量子的な情報を伝達できるのか、という問題は長年未解決でした。 共同研究チームはリーブ・ロビンソン限界[4]と呼

理化学研究所（理研）環境資源科学研究センター 植物免疫研究グループの白須 賢 グループディレクター（環境資源科学研究センター 副センター長）、ブルーノ・ポクマン・ゴウ 基礎科学特別研究員、門田 康弘 専任研究員らの国際共同研究チームは、植物の免疫受容体[1]の進化の軌跡を解明しました。 本研究成果は、植物免疫の起源と進化の理解につながるとともに、得られた知見を用いることで、植物のゲノム情報から免疫受容体として働く遺伝子と発生・成長に関わる遺伝子を迅速かつ正確に予測できるようになりました。 国際共同研究チームは、公開されている350種の植物ゲノム情報から、細胞膜に局在する受容体をコードする遺伝子を約21万個抽出して比較解析を行いました。そして、病原体の侵入を認識する免疫受容体群（ロイシンリッチリピート（LRR）[2]受容体型リン酸化酵素（LRR-RLKs）[3]、およびロイシンリッチリピート

理化学研究所（理研）環境資源科学研究センター バイオ生産情報研究チームの野村 俊尚 研究員（科技ハブ産連本部 バトンゾーン研究推進プログラム 藻類資源アップサイクル研究チーム 研究員（いずれも研究当時）、現 山形大学 農学部 准教授、環境資源科学研究センター バイオ生産情報研究チーム 客員主管研究員）、持田 恵一 チームリーダー（科技ハブ産連本部 バトンゾーン研究推進プログラム 藻類資源アップサイクル研究チーム 副チームリーダー）、科技ハブ産連本部 バトンゾーン研究推進プログラム 藻類資源アップサイクル研究チームの鈴木 健吾 チームリーダー（株式会社ユーグレナ エグゼクティブフェロー）らの共同研究グループは、微細藻類ユーグレナの産業利用種であるユーグレナ・グラシリス（Euglena gracilis）[1]（以下、ユーグレナ）において、Cas12a RNP複合体[2]を用いた高効率ゲノム編

理化学研究所（理研）環境資源科学研究センター 植物ゲノム発現研究チームの関 原明 チームリーダー、戸高 大輔 研究員、筑波大学 生命環境系の草野 都 教授らの共同研究グループは、トマトへのエタノールの投与により、高温ストレス耐性が強化されることを発見しました。 本研究成果は、農作物の高温耐性を強化する技術の開発に貢献すると期待できます。 今回、共同研究グループは、トマトの幼植物体に、安価で入手しやすいエタノールを投与した後、高温ストレス環境下に置きました。その結果、高温ストレス後の生存率が向上することおよび高温ストレスによる果実の生育ダメージが低減することを見いだしました。遺伝子発現や代謝産物の量的変化を網羅的に解析したところ、エタノールの投与によって、1）LEAと呼ばれるストレス応答性遺伝子の発現量が増加すること、2）グルコースやフルクトースなどの糖類が蓄積すること、3）増加すると生体に

「科学道100冊」シリーズベスト盤、「科学道100冊 傑作選」を発表 －理研の研究者 × 本のプロ・編工研が選ぶ、良書100冊－ 日本で唯一の自然科学の総合研究所である理化学研究所（理研）[1]と本の可能性を追求する編集工学研究所[2]による「科学道100冊」プロジェクト[3]。書籍を通じて、科学者の生き方や考え方、科学の面白さや素晴らしさを届けることを目指し、選りすぐりの本を紹介しています。 シリーズ第7弾となる今回は、これまでの「科学道100冊」シリーズを総括した「傑作選」を発表します。 「科学道100冊」プロジェクトの歩み 2017年にはじまった「科学道100冊」プロジェクトは、全国の書店・図書館・教育機関でフェアを展開し、多くの人に科学の良書との出会いを提供してきました。2019年からは中学生・高校生を中心とした幅広い層に対して、科学の多様な魅力を継続的に伝えるべく、毎年恒例の企画

理化学研究所（理研）光量子光学研究センター フォトン操作機能研究チームの田中 拓男 チームリーダー（開拓研究本部 田中メタマテリアル研究室 主任研究員）らの国際共同研究グループは、光の偏光で焦点距離を制御できるメタレンズを開発しました。 本研究成果は、超小型のデジタルカメラや光学顕微鏡、光学センサーなど小型で高性能な光学機器の創出に貢献すると期待されます。 今回、国際共同研究グループは、入射する光の偏光方向を変えるだけで焦点距離が変化するメタレンズの開発に成功しました。メタレンズとは光の波長よりも細かなナノメートル（nm、1nmは10億分の1メートル）スケールの人工構造によって構成されるレンズで、わずか750ナノメートルの厚みしかない極薄のレンズです。このメタレンズを構成するナノ構造を特定の光の偏波（偏光）にのみ応答するように設計して、光の偏光方向を変化させることでレンズの焦点距離を自在に

理化学研究所（理研）生命機能科学研究センター 染色体分配研究チームの三品 達平 基礎科学特別研究員（研究当時、現 客員研究員）、京都大学 生態学研究センターの佐藤 拓哉 准教授、国立台湾大学の邱 名鍾 助教、大阪医科薬科大学 医学部の橋口 康之 講師（研究当時）、神戸大学 理学研究科の佐倉 緑 准教授、岡田 龍一 学術研究員、東京農業大学 農学部の佐々木 剛 教授、福井県立大学 海洋生物資源学部の武島 弘彦 客員研究員らの国際共同研究グループは、ハリガネムシのゲノムにカマキリ由来と考えられる大量の遺伝子を発見し、この大規模な遺伝子水平伝播[1]がハリガネムシによるカマキリの行動改変（宿主操作[2]）の成立に関与している可能性を示しました。 本研究成果は、寄生生物が系統的に大きく異なる宿主の行動をなぜ操作できるのかという謎を分子レベルで解明することに貢献すると期待されます。 自然界では、寄生

理化学研究所（理研）光量子工学研究センター 先端光学素子開発チームの海老塚 昇 研究員と開拓研究本部 石橋極微デバイス工学研究室の岡本 隆之 専任研究員（研究当時）の研究チームは、国宝油滴天目（ゆてきてんもく）茶碗[1]の青紫色の光彩、いわゆる曜変（ようへん）の発色を油滴（油の滴に似た斑点）の反射と釉薬（ゆうやく、うわぐすり）の2次元回折格子[2]構造によって説明しました。 本研究成果は油滴天目茶碗や曜変天目（ようへんてんもく）茶碗の鑑賞のために最適な照明を提案できる上、釉薬の配合や焼成（焼き締め、焼結）方法を解明する糸口になると期待されます。 曜変とは漆黒の釉薬が厚くかかった建盞（けんさん。中国の宋時代の10～13世紀に建窯（けんよう。中国福建省にあった名窯）において焼成された、鉄質黒釉（こくゆう）の天目茶碗）の内面に大小さまざまな斑点が浮かび、その周りが暈（かさ）のように青く輝き、その

生命の設計図、ゲノムDNAは糸巻きのようなタンパク質に巻き付いて、細胞の核の中にコンパクトに収納されています。DNAの中にある遺伝子を読み取るときにはDNAを糸巻きから外す必要がありますが、外した後の糸巻きがどうなるかは謎でした。関根 俊一 チームリーダーらの研究グループは、外れた糸巻きが元通りになるまでの一連の過程を撮影することに成功し、この謎を解決に導きました。 遺伝子発現に潜む謎 私たちの細胞の中にある染色体46本分のDNAを全部つなぐと、約2メートルの長さになる。DNAは「ヒストン」というタンパク質に2周ほど巻き付いて「ヌクレオソーム」という小さな構造をつくる。膨大な数のヌクレオソームが数珠つなぎになったものが「クロマチン」である。「クロマチン構造は、長大なDNAを小さな核の中に収納する仕組みであるとともに、DNAのどの部分をいつ働かせるかということを制御する重要な機能を担っていま

理化学研究所（理研）生命医科学研究センター 粘膜システム研究チームの宮本 浩邦 客員主管研究員、大野 博司 チームリーダー、マイクロバイオーム研究チームの須田 亙 副チームリーダー、バイオリソース研究センター 植物-微生物共生研究開発チームの市橋 泰範 チームリーダー、光量子工学研究センター 光量子制御技術開発チームの守屋 繁春 専任研究員、和田 智之 チームリーダー、環境資源科学研究センター 代謝システム研究チームの平井 優美 チームリーダー、環境代謝分析研究チームの菊地 淳 チームリーダー、千葉大学大学院 園芸学研究院の児玉 浩明 教授、金沢大学 疾患モデル総合研究センターの西内 巧 准教授、福島大学 食農学類の二瓶 直登 教授、北里大学 医療衛生学部の佐藤 隆司 講師らの共同研究グループは、堆肥-土壌-植物の相互作用モデルを構築することに成功しました。 本研究成果は、持続可能な農業の

理化学研究所（理研）環境資源科学研究センター 環境代謝分析研究チームの菊地 淳 チームリーダー、生命医科学研究センター 粘膜システム研究チームの宮本 浩邦 客員主管研究員、大野 博司 チームリーダー、北里大学 医療衛生学部 血液学研究室の佐藤 隆司 講師らの共同研究グループは、機械学習[1]、構造方程式[2]、因果推論[3]を用いて、魚の陸上養殖施設の下流の海草[4]（アマモ[4]）の繁茂に関わる成長特性の評価指標を見いだすことに成功しました。 本研究成果は、持続可能な開発目標（SDGs）[5]の「14.海の豊かさを守ろう」に貢献し、ブルーエコノミー[6]社会の構築につながると期待できます。 アマモ場は、低炭素社会の実現に必要とされるブルーカーボン[7]の認証対象であり、また、魚介類の卵から幼生を養う"海のゆりかご"として生物多様性を確保するブルーリソース[7]の観点からも重要なことから、

大型放射光施設「SPring-8」は、SDGsや2050年カーボンニュートラル達成に向けた研究を支える施設で、施設のグリーン化も積極的に進めています。しかし、その過程で意外なところにネックがあったのです。高エネルギーの電磁波である放射線にさらされると、長寿命のはずのLEDが数カ月で点灯しなくなってしまいました。田中 均グループディレクター（GD）らはその原因を究明し、驚くほど簡単な解決方法を見いだしました。 放射線環境下ではLEDが使えない?! 施設のグリーン化の一環として、SPring-8でも、蛍光灯からLEDへの置き換えを実施している。ところが、加速器トンネル内のLEDは数カ月ですべて故障してしまった。強い放射線（X線）の影響と考えられたが、当時、LEDのメーカーでさえそのような故障が起きるとは認識しておらず、原因も分からなかった。田中GDはその原因を探ろうとチームを立ち上げた。 そん

理化学研究所（理研）脳神経科学研究センター親和性社会行動研究チームの大村菜美研究員、黒田公美チームリーダーらの国際共同研究グループは、科学的根拠に基づく赤ちゃんの泣きやみと寝かしつけのヒントを発見しました。 本研究成果は、赤ちゃんの泣きに困る養育者のストレスの軽減や、虐待防止につながると期待できます。 黒田公美チームリーダーらは2013年、親が赤ちゃんを運ぶとおとなしくなる「輸送反応[1]」をマウスとヒトにおいて発見しました。しかしこの研究では、運ぶ時間が約20秒間と短く、かつ運ぶのをやめると赤ちゃんは再び泣き出すという課題がありました。 今回、国際共同研究グループは、赤ちゃんが泣いているとき、母親が抱っこして5分間連続で歩くと、泣きやむだけでなく、約半数の赤ちゃんが寝付くことを発見しました。また、親の腕の中で眠った赤ちゃんをベッドに置くとき、赤ちゃんが目覚めやすいのは親から体が離れるタイ

私たちの体にも植物にも炭素はたくさん含まれています。この炭素という元素、そもそもどのようにしてつくられたのでしょうか。その解明のために、スーパーコンピュータ「富岳」で原子核の構造を計算したのが阿部喬協力研究員（以下、研究員）らです。研究開始から10年余り、これまでの理論物理の常識を覆す発見がありました。 誰も答えにたどりつけなかった難題 138億年前にビッグバンが起きたとき、宇宙に存在した元素は、ほぼ、水素とヘリウムだけ。核子（陽子と中性子）でできた原子核が衝突を繰り返し、核子数の多い元素がつくられてきた。英国の天文学者フレッド・ホイルは核子が12個の炭素について「核子が4個のヘリウムが3個合体する過程で生じる不安定状態があるはず」と1954年に予言した。後に、「ホイル状態」と呼ばれるようになったが、その構造は謎だった。 図1 炭素の原子核の成り立ち 陽子2個と中性子2個のヘリウムの原子核

理化学研究所（理研）開拓研究本部染谷薄膜素子研究室の福田憲二郎専任研究員（創発物性科学研究センター創発ソフトシステム研究チーム専任研究員）、染谷隆夫主任研究員（同チームリーダー）、早稲田大学大学院創造理工学研究科総合機械工学専攻の梅津信二郎教授、シンガポール南洋理工大学の佐藤裕崇准教授らの国際共同研究グループは、光エネルギーで再充電可能な電源ユニットを含む電子部品を搭載したサイボーグ昆虫を開発しました。 本研究成果は、昆虫の寿命が続く限り、電池切れを心配することなく、サイボーグ昆虫の長時間かつ長距離の活動を可能にすることから、その用途の拡大に貢献すると期待できます。 エレクトロニクスの進歩により、生物と機械の統合が進み、特に都市型捜索救助、環境モニタリング、危険地域の検査などの用途に、行動制御モジュールを備えたサイボーグ昆虫が提案されています。 今回、国際共同研究グループは、厚さ4マイクロ

現在、世界各国で研究開発が進められている量子コンピュータ。量子計算をする上で不可欠なものに「量子もつれ」という物理現象があります。量子もつれには謎が多く、その解明は量子コンピュータの発展に大きく寄与します。このような中、量子もつれの重大な性質の一つを理論的に明らかにしたのが、桑原知剛理研白眉研究チームリーダー（白眉TL）です。 謎の多い「量子もつれ」という物理現象 量子とは粒子と波の性質を併せ持つ、極めて小さな物質やエネルギーの単位のことをいう。このようなミクロな世界での物理現象を記述するのが量子力学であり、その中の奇妙な現象の一つに「量子もつれ」がある。量子もつれとは、2個以上の量子が古典力学では説明できない不思議な相関を持つことをいう。 桑原白眉TLはこう話す。「例えば、量子にはスピンという自転のような性質があり、スピンは上向きと下向きの2通りしかないことが知られています。ここで、上向

理化学研究所（理研）環境資源科学研究センター植物ゲノム発現研究チームの関原明チームリーダー、松井章浩研究員（研究当時）、戸高大輔研究員らの共同研究グループは、植物へのエタノールの投与により、高温ストレス耐性が強化されることを発見しました。 本研究成果は、農作物の高温耐性を強化する肥料や技術の開発に貢献すると期待できます。 小胞体[1]の中では、生命現象の維持に必須なタンパク質の折り畳みなどが行われています。さまざまな環境ストレスにより、折り畳みが不完全なタンパク質が小胞体内に過剰に蓄積してしまった状態を「小胞体ストレス」と呼びます。 今回、共同研究グループは、モデル植物のシロイヌナズナに安価で入手しやすいエタノールを投与し、遺伝子発現や代謝産物の量的変化を網羅的に解析したところ、「小胞体ストレス応答（UPR）[1]」が高温ストレス耐性の獲得に関与していることが示唆されました。そこで、小胞体