Distortion of Dimension under Quasiconformal Mappings

Quasiconformal mappings are natural generalizations of conformal mappings. They are homeomorphisms with 'bounded distortion' of which there exist several approaches. In this work we study dimension distortion properties of quasiconformal mappings both in the plane and in higher dimensional Euclidean setting. The thesis consists of a summary and three research articles. A basic property of quasiconformal mappings is the local Hölder continuity. It has long been conjectured that this regularity holds at the Sobolev level (Gehring's higher integrabilty conjecture). Optimal regularity would also provide sharp bounds for the distortion of Hausdorff dimension. The higher integrability conjecture was solved in the plane by Astala in 1994 and it is still open in higher dimensions. Thus in the plane we have a precise description how Hausdorff dimension changes under quasiconformal deformations for general sets. The first two articles contribute to two remaining issues in the planar theory. The first one concerns distortion of more special sets, for rectifiable sets we expect improved bounds to hold. The second issue consists of understanding distortion of dimension on a finer level, namely on the level of Hausdorff measures. In the third article we study flatness properties of quasiconformal images of spheres in a quantitative way. These also lead to nontrivial bounds for their Hausdorff dimension even in the n-dimensional case.

Kannan, kasvatusympäristön ja ehdollistamisen vaikutus lohenpoikasten pedonvälttämiskäyttäytymiseen

Istutetut kalat selviävät luonnonoloissa usein huomattavasti luonnossa kasvaneita lajikumppaneitaan heikommin. Laitosten kasvatusaltaissa kasvavilla kaloilla ei ole ennen istutusta tarvetta oppia luonnossa välttämättömiä taitoja. Jos istutuskalat ovat sukupolvi sukupolven jälkeen laitoskalojen jälkeläisiä, voi myös kalojen perimä laitostua, kun perimään kertyy luonnossa selviytymisen kannalta haitallisia ja laitosoloissa hyödyllisiä ominaisuuksia. Suomessa hyvä esimerkkilaji istutuskaloista ja niiden ongelmista on lohi (Salmo salar). Yksi istutusten tuloksellisuudelle merkityksellisistä kalojen taidoista on pedonvälttämiskäyttäytyminen eli se, kuinka hyvin kalat välttävät saaliksi jäämistä. Sekä laitosoloissa kasvamisen että perimän laitostumisen on todettu voivan muuttaa kalojen pedonvälttämiskäyttäytymiseen liittyviä käyttäytymispiirteitä. On myös saatu näyttöä perimältään laitostuneiden kalojen luonnonkantaisia kaloja suuremmasta riskistä jäädä petojen saaliiksi. Luonnonkalojen ja laitoskalojen väliset erot sopeutuvuudessa luonnonoloihin ovat poikineet runsaasti tutkimuksia, joissa on selvitetty, miten laitoskalojen pedonvälttämiskäyttäytyminen saataisiin muistuttamaan enemmän luonnonkalojen käyttäytymistä. Tärkeimpiä samankaltaistamiskeinoja ovat laitosten kasvatusaltaiden muuttaminen virikkeellisiksi eli enemmän luonnonoloja vastaaviksi ja laitoskalojen kouluttaminen ennen istutusta. Tutkin kokeissani perimän laitostumisen, virikkeellisen kasvatusympäristön ja klassisen ehdollistamisen vaikutuksia yksivuotiaiden lohenpoikasten pedonvälttämiskäyttäytymiseen. Käytössäni oli Simojoen populaation lohenpoikasia neljästä eri kanta-kasvatusympäristö-käsittelystä: perinteisissä kasvatusaltaissa kasvatettuja luonnonkannan kaloja, virikkeellisissä kasvatusaltaissa kasvatettuja luonnonkannan kaloja, perinteisissä kasvatusaltaissa kasvatettuja laitostuneen kannan kaloja ja virikkeellisissä kasvatusaltaissa kasvatettuja laitostuneen kannan kaloja. Ensimmäisessä kokeessani vertailin eri käsittelyjen kalojen poistumisnopeutta ns. lähtölaatikosta sekä uintikäyttäytymistä kaukalossa, jossa ne eivät olleet aiemmin olleet. Toisessa kokeessa tarkkailin, miten ns. hälyaine vaikutti rohkeuskokeessa olleiden kalojen käyttäytymiseen, kun niitä uitettiin uudestaan samoissa kaukaloissa. Kolmannessa kokeessa ehdollistin molempien laitoskantaisten käsittelyjen kaloja hauen hajulle hälyaineen avulla. Ehdollistamisen jälkeen tarkkailin, kuinka poikaset käyttäytyvät kaukaloissa, joihin johdettiin hauen hajua. Tein myös selviytymiskokeen, jossa vapautin saman ehdollistamiskäsittelyn läpikäyneitä kaloja altaisiin, joissa hauet saivat saalistaa poikasia ja joihin oli kasattu poikasille suojapaikaksi kiviröykkiö. Odotin luonnonkantaisten, virikkeellisesti kasvatettujen ja ehdollistettujen kalojen olevan muita varovaisempia ja hauilta paremmin selviytyviä. Virikkeellinen kasvatus lisäsi monella käyttäytymismuuttujalla mitattuna kalojen varovaisuutta tai arkuutta. Joillain muuttujilla mitattuna virikkeellisyys vaikutti varovaisuutta tai arkuutta lisäten vain luonnonkantaisiin kaloihin Siten myös kalan kannalla oli merkitystä. Yhdessä käyttäytymismuuttujassa kannalla oli lisäksi kasvatusympäristöstä riippumatonkin vaikutus. Hälyaine vaikutti kaloihin lähinnä niiden liikkumista vähentäen. Ehdollistamisen vaikutus kaukalomuuttujiin riippui kasvatusympäristöstä: ehdollistaminen lisäsi virikkeellisissä oloissa kasvatettujen ja vähensi tavallisissa altaissa kasvatettujen uimista. Ehdollistamisella tai kasvatusympäristöllä ei ollut vaikutusta kalojen selviytymiseen haukien saalistukselta. Tulokset herättivät myös mahdollisia uusia tutkimuskysymyksiä. Tulosten perusteella voin sanoa, että kasvatuksessa käytetyt yksinkertaiset ja edulliset virikkeet ja ehdollistamismenetelmät voivat vaikuttaa kalojen käyttäytymiseen muuttamalla sitä varovaisemmaksi ja sopeutuvammaksi eli mahdollisesti joiltain osin luonnonmukaisemmaksi tai luonnossa selviytymistä auttavaksi. Erot virikkeellisen kasvatuksen vaikutuksissa luonnonkantaisiin ja laitoskantaisiin kaloihin voivat kertoa siitä, kuinka tärkeää oli, että kokeissa oli mukana molempien kantojen kaloja. Tulosten soveltamismahdollisuudet ovat lupaavat, koska tämä oli yksi ensimmäisistä koejärjestelyistä, joissa virikkeellistettyjen kasvatusaltaiden kalatiheydet olivat samaa luokkaa kuin kalankasvatuslaitoksissa tavallisesti käytetyt tiheydet.

Inarinsaamen käsitemetaforat

This study discusses the conceptual metaphors of Inari Saami, an endangered, indigenous, Finno-Ugrian language spoken in northern Finland. The research focuses on systematical mappings between source and target domains in conventional Inari Saami metaphors and metonymies. The research material consists of the Inarinsaamen idiomisanakirja [Inari Saami idiom dictionary] which has been compiled by the author in collaboration with an Inari Saami co-author; the Inarilappisches Wörterbuch; Inarinsaamelaista kansantietoutta [Inari Saami folk knowledge]; and Aanaarkiela čájttuzeh [Inari Saami sample texts]. The metaphors and metonymies found in these literary sources are divided into categories on the basis of the target domains and according to the classic model of Lakoff ja Johnson (1980). This method reveals the systematical recurrence of source domains inside each category and thus discovers the systematical patterns of metaphoric mapping, the conceptual metaphors . As a result 44 conceptual metaphors and 16 conceptual metonymies are presented through approximately 500 glossed examples. These findings are discussed against the background of what is known about the cognitive and neural processing of metaphors on the one hand, and what is known about Inari Saami culture on the other. This theoretical framework highlights culture as the underlying force behind conceptual metaphors. The recurring metonymies seem to follow a culturally salient indexicality. For example, the Inari Saami conceptual metonymy TIME IS NATURE reflects the seasonal changes in the year s cycle, which was the salient index of time in traditional Inari Saami culture. The recurring metaphors, for their part, follow a culturally salient iconicity. The conceptual metaphor PRIDE IS ANTLERS is based on an iconicity which is experienced and interpreted by the Inari Saami. A proud person is associated with a reindeer who shows off his impressive antlers. The conceptual metaphor/metonymy seems to be a reflection of culture rather than a cognitive means of understanding an abstract domain in terms of a concrete domain, as hypothesized by certain theoreticians. Repeating this study with other languages may lead to the possibility of typologizing the metaphorical systems of the world s languages and understanding the diversity of metaphor systems in the endangered languages of the world.

Toimijaroolit ja roolien välinen dynamiikka Vihreän liiton periaateohjelmassa 2006

Pro gradu -tutkielmassani tarkastelen toimijarooleja poliittisen puolueen periaateohjelmassa. Aineistonani on Vihreän liiton vuonna 2006 voimaan tullut periaateohjelma. Periaateohjelma on puolueen yhteisen keskustelun tuloksena syntyvä, kantaaottava ja voimakkaan ideologinen teksti, johon valikoidaan mukaan puolueen tärkeäksi katsomat asiat. Ohjelma on tekstinä preskriptiivinen ja sisältää runsaasti toimintavaatimuksia ja -ohjeita, mikä korostaa toimijuuden keskeisyyttä tutkimuskohteena juuri tässä tekstilajissa. Tekstilajikysymykset ja periaateohjelman kirjoituksen konventiot vaikuttavat myös aineistossani leimalliseen aktiivisesti toimivan subjektin häivyttämisen. Pyrin erittelemään ja analysoimaan Vihreän liiton ohjelmaa tapausesimerkkinä siitä, miten toimijaroolien kautta rakennetaan ohjelmatekstin maailmaa ja toimijoiden suhteita siinä. Välineenä analyysissani käytän A.J. Greimasin kehittelemää aktanttimallia (katso Greimas 1979). Semanttinen malli jäsentää tekstin maailman toimijoita rooleihin niiden suorittamien funktioiden perusteella. Keskeisimmät tarkasteltavat roolit ovat aktiivisen toimijan kategoria, statiivisen vaikuttajan kategoria ja toiminnan kohteiden kategoriat. Aineistonani olevan tekstin tunnusomaisen polarisaation tähden jaan kunkin näistä kategorioista edelleen puolueen kannan mukaiseen eli hyväksi esitettyyn ja kannan vastaiseen eli pahaksi esitettyyn. Analyysin tuloksena muodostuu käsitys periaateohjelman prototyyppisille toimijarooleille annetuista ominaisuuksista. Tärkeimpiä erottelevia ominaisuuksia ovat statiivisuus/dynaamisuus, agentiivisuus/sen puute sekä abstraktisuus/konkreettisuus. Statiivisuuden ja abstraktiuden totean koko tekstille leimallisiksi piirteiksi, erityisesti periaateohjelman pahalle. Tyypillinen paha on epäinhimillinen voima kuten ilmastonmuutos tai globalisaatio. Puolueen kannan puolella olevissa rooleissa ominaisuuksien hajonta on suurempaa. Puolueviitteiset toimijat sekä puoluetulkintainen me-pronomini ovat lähinnä kielen prototyyppistä agentiivista toimijaa. Ne ovat subjektiasemissa kommunikaatiotoiminnalle ja evidentiaalisuuden lähteenä asenteita ilmaistessa. Kommunikaatio itsessään hahmottuu keskeisenä toimintana ohjelmassa. Ihmisviitteisyys on lähinnä uhrin tai hyötyjän roolien piirre. Erityisen mielenkiintoinen seikka on kansalainen-sanaan ja sen lähimerkityksisiin vastineisiin kohdistuva ristiriita ohjelman metatekstin kansan aktiivista toimintaa ihannoivassa kielenkäytössä ja samanaikaisessa kansalaisten kielentämisessä tekstissä toiminnan kohteiksi. Ihmiset ovat periaateohjelmassa uhreja tai hyötyjiä, kun taas toimintavelvoitteet kohdennetaan tyypillisesti valtioille ja yhteiskunnan rakenteille. Poimin myös tarkasteltavaksi sellaisia kielen keinoja ja ilmiöitä kuin modaalisuus, kausaatiot, vaihtoehtoisten maailmojen käyttö ja nominalisaatio, sikäli kuin ne valottavat tarkasteltavana olevia toimijarooleja. Modaalisuus ja kausaatiot ovat tekstin merkityssuhteiden ilmiöitä. Kausaatio on ohjelmassa merkittävän vähäkäyttöinen, kun taas runsaslukuiset nesessiivirakenteet edustuvat ilman niille odotuksenmukaisia argumentteja. Modaalisuuden lähde ja kohde jätetään usein kielentämättä. Molemmat edellä mainitut seikat korostavat nykyhetkeä ja tulevaa toimintaa tekstin keskiössä. Toiminnan suorittajaa häivytetään tekstistä eri keinoin. Näin on erityisesti, kun puhutaan sävyltään negatiivisesta toiminnasta tai dynaamisesta toiminnasta. Dynaamista toimintaa kuvaavat verbit sijoittuvat tyypillisesti infinitiivisiin lausekkeihin, jotka on upotettu argumenttirakenteeseen tai sijoitettu ehtolauseella tai tulevaisuudesta puhuttaessa mahdollisiin maailmoihin. Näin toiminta ei reaalistu rakenteessa tässä ja nyt, vaan potentiaalisena toimintana tulevaisuudessa. Samalla syntyy myös potentiaalisen sankarin rooli, joka tässä ja nyt olevasta sankarista poiketen on ohjelmassa yleinen. Tätä roolia tarjotaan niin puolueen potentiaalisille tukijoille kuin pahoille voimillekin, kunhan ne määritellään uudelleen puolueen aatteille alisteisena sijoittamalla niiden yhteyteen puolueen diskurssin kiinteästi liittyviä attribuutteja kuten vihreä tai ekologinen.

Maasto- ja helikopterilaskenta metsäpeurakannan ikä- ja sukupuolijakauman seurannassa

Suomenselän keskiosissa elävän metsäpeuraosakannan kehitystä on seurattu muutaman vuoden välein toistuvilla talvisilla helikopterilaskennoilla. Menetelmällä saadaan tarkka arvio osakannan yksilömäärästä sekä ikä- ja sukupuolijakaumasta. Lentolaskenta on kuitenkin kallis, eikä sitä voida tehdä vähälumisina talvina. Tietoa kannan tilasta ei saada laskentojen välisinä vuosina. Näiden syiden vuoksi seurantamenetelmiä on tarpeen kehittää ja monipuolistaa. Peurapopulaation ikä- ja sukupuolirakennetta voidaan arvioida keräämällä havaintoja eläimistä sellaisena aikana jolloin kaikki ikäluokat liikkuvat samoilla alueilla. Vasaosuuden perusteella voidaan arvioida kannan lisääntymismenestystä ja suurpetojen saalistuksen vaikutuksia. Sukupuolijakauma puolestaan kertoo esimerkiksi väärin kohdennetun pyynnin vaikutuksista. Suomenselän alueen metsästäjät keräsivät maastohavaintoaineiston peuraosakannan ikä- ja sukupuolijakaumasta 11.10.–16.12.2007. Peuralaumoja valokuvattiin samassa yhteydessä havaintojen tarkentamiseksi. Kevättalvella 2008 tehtiin helikopterilaskenta. Menetelmien antamia ikä- ja sukupuolijakaumia vertailtiin, ja syitä poikkeamiin pohdittiin. Sekä maastohavaintojen että lento- ja maastolaskennan kuva-aineistojen perusteella arvioidut metsäpeuran vasaosuudet olivat yhdenmukaiset. Yksittäisten laskijoiden havaintojen vasaosuuksissa oli vaihtelua, joka johtui ensisijaisesti peurojen elintavoista. Laskennan ajankohta, havaitun lauman koko ja laskijan taidot vaikuttivat tulokseen vain vähän. Hirvas- ja vaadinosuuksissa oli hajontaa. Maastolaskennassa naaraiden osuus oli aliarvio, lentolaskennassa puolestaan hirvasosuus. Tulosten perusteella maastolaskenta sopii erinomaisesti metsäpeurakannan vasaosuuden seurantaan, ja ns. ”early warning” -järjestelmäksi ilmaisemaan muutoksista kantaa säätelevissä tekijöissä. Aikuiskannan rakennetta voidaan seurata parhaiten valokuvaamalla tai videoimalla peuralaumoja silloin kun laumakoko on suurimmillaan.

Expression Analysis of Host-Induced Genes and Proteins of Potato Pathogen Pectobacterium atrosepticum

Pectobacterium atrosepticum on Gram-negatiivinen bakteeri, joka aiheuttaa perunan tyvi- ja märkämätää. P. atrosepticum bakteerin optimilämpötila on melko alhainen ja se on yleinen lauhkeilla alueilla. Tyvimätä leviää pääasiassa siemenperunan välityksellä ja siksi se on ongelma erityisesti siemenperunan tuotannossa. P. atrosepticum kannan SCRI1043 genomi on julkaistu ja sitä tutkitaan malliorganismina märkä- ja tyvimädän taudinaiheuttamisen ymmärtämiseksi. Tämä opportunistinen taudinaiheuttaja voi elää isäntäkasvissa kuukausia piilevänä, aiheuttamatta näkyviä oireita. Suotuisissa olosuhteissa bakteerit alkavat jakautua ja tuottaa kasvin kudoksia hajottavia entsyymejä. Mädäntyvä kasvimassa tarjoaa ravinteita bakteerien kasvuun ja mahdollistaa isäntäkasvin asuttamisen. Soluseiniä hajottavien entsyymien merkitys taudinaiheuttamisessa on hyvin tunnettu, mutta oireettomasta jaksosta ja taudin alkuvaiheista tiedätään vain vähän. Bakteerin genomi sisältää monia toksiineja, adhesiineja, hemolysiineja ja muita proteiineja, joilla saattaa olla merkitys taudinaiheuttamisessa. Tässä työssä käytettiin proteomiikkaa ja mikrosiruanalysiä P. atrosepticum bakteerin erittyvien proteiinien ja geeniekspression tutkimiseen. Proteiinit, jotka eritetään ulos bakteerista, toimivat todennäköisesti taudinaiheuttamisessa, koska ne ovat suorassa kontaktissa isäntäkasvin kanssa. Analyysit suoritettiin olosuhteissa, jotka muistuttavat kasvin soluvälitilaa: matala pH, vähän ravinteita ja matala lämpötila. Isäntäkasvin läsnäolon vaikutusta proteiinien tuottoon ja geeniekspressioon tutkittiin lisäämällä perunauutetta kasvatusalustaan. Tutkimuksessa tunnistettiin P. atrosepticum bakteerin monia jo tunnettuja ja mahdollisesti taudinaiheuttamiseen liittyviä proteiineja. Perunauute lisäsi hiljattain tunnistetun, proteiinien eritysreittiä (tyyppi VI sekreetio, T6SS) koodaavien geenien ilmentymistä. Lisäksi bakteerin havaittiin erittävän useita T6SS:n liittyviä proteiineja kasvualustaan, johon oli lisätty perunauutetta. T6SS:n merkitys bakteereille on vielä epäselvä ja sen vaikutuksesta taudinaiheuttamiseen on julkaistu ristiriitaisia tuloksia. Märkä- ja tyvimädän ymmärtäminen molekulaarisella tasolla luo pohjan tautien kontrollointiin tähtäävään soveltavaan tutkimukseen. Tämä tutkimus lisää tietoa kasvi-patogeeni- interaktiosta ja sitä voidaan tulevaisuudessa käyttää hyväksi esimerkiksi diagnostiikassa, resistenttien perunalajikkeiden jalostuksessa tai viljely- ja varastointiolosuhteiden parantamisessa.

Heterotrophic Bacteria Associated with Cyanobacteria in Recreational and Drinking Water

Cyanobacterial mass occurrences, also known as water blooms, have been associated with adverse health effects of both humans and animals. They can also be a burden to drinking water treatment facilities. Risk assessments of the blooms have generally focused on the cyanobacteria themselves and their toxins. However, heterotrophic bacteria thriving among cyanobacteria may also be responsible for many of the adverse health effects, but their role as the etiological agents of these health problems is poorly known. In addition, studies on the water purification efficiency of operating water treatment plants during cyanobacterial mass occurrences in their water sources are rare. In the present study, over 600 heterotrophic bacterial strains were isolated from natural freshwater, brackish water or from treated drinking water. The sampling sites were selected as having frequent cyanobacterial occurrences in the water bodies or in the water sources of the drinking water treatment plants. In addition, samples were taken from sites where cyanobacterial water blooms were surmised to have caused human health problems. The isolated strains represented bacteria from 57 different genera of the Gamma-, Alpha- or Betaproteobacteria, Actinobacteria, Flavobacteria, Sphingobacteria, Bacilli and Deinococci classes, based on their partial 16S rRNA sequences. Several isolates had no close relatives among previously isolated bacteria or cloned 16S rRNA genes of uncultivated bacteria. The results show that water blooms are associated with a diverse community of cultivable heterotrophic bacteria. Chosen subsets of the isolated strains were analysed for features such as their virulence gene content and possible effect on cyanobacterial growth. Of the putatively pathogenic haemolytic strains isolated in the study, the majority represented the genus Aeromonas. Therefore, the Aeromonas spp. strains isolated from water samples associated with adverse health effects were screened for the virulence gene types encoding for enterotoxins (ast, alt and act/aerA/hlyA), flagellin subunits (flaA/flaB), lipase (lip/pla/lipH3/alp-1) and elastase (ahyB) by PCR. The majority (90%) of the Aeromonas strains included one or more of the six screened Aeromonas virulence gene types. The most common gene type was act, which was present in 77% of the strains. The fla, ahyB and lip genes were present in 30 37% of the strains. The prevalence of the virulence genes implies that the Aeromonas may be a factor in some of the cyanobacterial associated health problems. Of the 183 isolated bacterial strains that were studied for possible effects on cyanobacterial growth, the majority (60%) either enhanced or inhibited growth of cyanobacteria. In most cases, they enhanced the growth, which implies mutualistic interactions. The results indicate that the heterotrophic bacteria have a role in the rise and fall of the cyanobacterial water blooms. The genetic and phenotypic characteristics and the ability to degrade cyanobacterial hepatotoxins of 13 previously isolated Betaproteobacteria strains, were also studied. The strains originated from Finnish lakes with frequent cyanobacterial occurrence. Tested strains degraded microcystins -LR and -YR and nodularin. The strains could not be assigned to any described bacterial genus or species based on their genetic or phenotypic features. On the basis of their characteristics a new genus and species Paucibacter toxinivorans was proposed for them. The water purification efficiency of the drinking water treatment processes during cyanobacterial water bloom in water source was assessed at an operating surface water treatment plant. Large phytoplankton, cyanobacterial hepatotoxins, endotoxins and cultivable heterotrophic bacteria were efficiently reduced to low concentrations, often below the detection limits. In contrast, small planktonic cells, including also possible bacterial cells, regularly passed though the water treatment. The passing cells may contribute to biofilm formation within the water distribution system, and therefore lower the obtained drinking water quality. The bacterial strains of this study offer a rich source of isolated strains for examining interactions between cyanobacteria and the heterotrophic bacteria associated with them. The degraders of cyanobacterial hepatotoxins could perhaps be utilized to assist the removal of the hepatotoxins during water treatment, whereas inhibitors of cyanobacterial growth might be useful in controlling cyanobacterial water blooms. The putative pathogenicity of the strains suggests that the health risk assessment of the cyanobacterial blooms should also cover the heterotrophic bacteria.

Food and Indoor Air Isolated Bacillus Non-Protein Toxins: : Structures, Physico-Chemical Properties and Mechanisms of Effects on Eukaryotic Cells

We report here the structures and properties of heat-stable, non-protein, and mammalian cell-toxic compounds produced by spore-forming bacilli isolated from indoor air of buildings and from food. Little information is available on the effects and occurrence of heat-stable non-protein toxins produced by bacilli in moisture-damaged buildings. Bacilli emit spores that move in the air and can serve as the carriers of toxins, in a manner similar to that of the spores of toxic fungi found in contaminated indoor air. Bacillus spores in food cause problems because they tolerate the temperatures applied in food manufacture and the spores later initiate growth when food storage conditions are more favorable. Detection of the toxic compounds in Bacillus is based on using the change in mobility of boar spermatozoa as an indicator of toxic exposure. GC, LC, MS, and nuclear magnetic resonance NMR spectroscopy were used for purification, detection, quantitation, and analysis of the properties and structures of the compounds. Toxicity and the mechanisms of toxicity of the compounds were studied using boar spermatozoa, feline lung cells, human neural cells, and mitochondria isolated from rat liver. The ionophoric properties were studied using the BLM (black-lipid membrane) method. One novel toxin, forming ion channels permeant to K+ > Na+ > Ca2+, was found and named amylosin. It is produced by B. amyloliquefaciens isolated from indoor air of moisture-damaged buildings. Amylosin was purified with an RP-HPLC and a monoisotopic mass of 1197 Da was determined with ESI-IT-MS. Furthermore, acid hydrolysis of amylosin followed by analysis of the amino acids with the GS-MS showed that it was a peptide. The presence of a chromophoric polyene group was found using a NMR spectroscopy. The quantification method developed for amylosin based on RP-HPLC-UV, using the macrolactone polyene, amphotericin B (MW 924), as a reference compound. The B. licheniformis strains isolated from a food poisoning case produced a lipopeptide, lichenysin A, that ruptured mammalian cell membranes and was purified with a LC. Lichenysin A was identified by its protonated molecules and sodium- and potassium- cationized molecules with MALDI-TOF-MS. Its protonated forms were observed at m/z 1007, 1021 and 1035. The amino acids of lichenysin A were analyzed with ESI-TQ-MS/MS and, after acid hydrolysis, the stereoisomeric forms of the amino acids with RP-HPLC. The indoor air isolates of the strain of B. amyloliquefaciens produced not only amylosin but also lipopeptides: the cell membrane-damaging surfactin and the fungicidal fengycin. They were identified with ESI-IT-MS observing their protonated molecules, the sodium- and potassium-cationized molecules and analysing the MS/MS spectra. The protonated molecules of surfactin and fengycin showed m/z values of 1009, 1023, and 1037 and 1450, 1463, 1493, and 1506, respectively. Cereulide (MW 1152) was purified with RP-HPLC from a food poisoning strain of B. cereus. Cereulide was identified with ESI-TQ-MS according to the protonated molecule observed at m/z 1154 and the ammonium-, sodium- and potassium-cationized molecules observed at m/z 1171, 1176, and 1192, respectively. The fragment ions of the MS/MS spectrum obtained from the protonated molecule of cereulide at m/z 1154 were also interpreted. We developed a quantification method for cereulide, using RP-HPLC-UV and valinomycin (MW 1110, which structurally resembles cereulide) as the reference compound. Furthermore, we showed empirically, using the BLM method, that the emetic toxin cereulide is a specific and effective potassium ionophore of whose toxicity target is especially the mitochondria.

Genetic diversity and microcystin production by Anabaena in the Gulf of Finland, Baltic Sea

Syanobakteerit (sinilevät) ovat olleet Itämeressä koko nykymuotoisen Itämeren ajan, sillä paleolimnologiset todisteet niiden olemassaolosta Itämeren alueella ovat noin 7000 vuoden takaa. Syanobakteerien massaesiintymät eli kukinnat ovat kuitenkin sekä levinneet laajemmille alueille että tulleet voimakkaimmiksi viimeisten vuosikymmenien aikana. Tähän on osasyynä ihmisten aiheuttama kuormitus, joka rehevöittää Itämerta. Suomenlahti, jota tämä tutkimus käsittelee, on kärsinyt tästä rehevöitymiskehityksestä muita Itämeren altaita enemmän. Syanobakteerit muodostavat jokakesäisiä kukintoja Suomenlahdella - niin sen avomerialueilla kuin rannoillakin. Yleisimmät kukintoja muodostavat syanobakteerisuvut ovat Nodularia, Anabaena ja Aphanizomenon. Kukinnat aiheuttavat paitsi esteettistä haittaa myös terveydellisen riskitekijän. Niiden myrkyllisyys liitetään usein Nodularia-suvun tuottamaan nodulariini-maksamyrkkyyn. Itämeren Aphanizomenon-suvun on todettu olevan myrkytön. Vaikka Itämeren kukintoja aiheuttavista Nodularia- ja Aphanizomenon-syanobakteereista tiedetään varsin paljon, on molekyylimenetelmiin pohjautuva syanobakteeritutkimus ohittanut Itämeren Anabaena-suvun monelta osin. Tämän työn tarkoituksena oli syventää käsitystämme Itämeren Anabaena-syanobakteerista, sen mahdollisesta myrkyllisyydestä, geneettisestä monimuotoisuudesta ja fylogeneettisista sukulaisuussuhteista. Tässä työssä eristettiin 49 planktista Anabaena-kantaa, joista viisi tuottivat mikrokystiinejä. Tämä oli ensimmäinen yksiselitteinen todiste, että Itämeren Anabaena tuottaa maksamyrkyllisiä mikrokystiini-yhdisteitä. Jokainen eristetty myrkyllinen Anabaena-kanta tuotti useita mikrokystiini-variantteja. Lisäksi mikrokystiinejä löydettiin kukintanäytteistä, joissa oli myrkkyä syntetisoivia geenejä sisältäneitä Anabaena-syanobakteereita. Myrkkyjä löydettiin molempina tutkimusvuosina 2003 ja 2004. Myrkkyjen esiintyminen ei siten ollut vain yksittäinen ilmiö. Tässä työssä saimme viitteitä siitä, että maksamyrkyllinen Anabaena-syanobakteeri esiintyisi vähäsuolaisissa vesissä. Tämä riippuvuussuhde jää kuitenkin tulevien tutkimuksien selvitettäväksi. Tässä työssä havaittiin mikrokystiinisyntetaasi-geenien inaktivoituminen Itämeren Anabaena-kannassa ja kukintanäytteissä. Kuvasimme Anabaena-kannan mikrokystiinisyntetaasigeenien sisältä insertioita, jotka hyvin todennäköisesti inaktivoivat myrkyntuoton. Insertion sisältäneeltä kannalta löysimme kuitenkin kaikki mikrokystiinisyntetaasigeenit osoittaen, että geenien olemassaolo ei välttämättä varmista kannan mikrokystiinintuottoa. Mielenkiintoista oli se, että inaktivaation aiheuttavia insertioita löytyi kukintanäytteistä molemmilta tutkimusvuosilta. Vastaavia insertioita ei kuitenkaan löydetty makean veden Anabaena-kannoista tai järvinäytteistä. On yleistä, että syanobakteerikukinnoista löytyy usean syanobakteerisuvun edustajia. Myrkyllisiä sukuja tai lajeja ei voida kuitenkaan erottaa mikroskooppisesti myrkyttömistä. Käsillä olevassa tutkimuksessa kehitettiin molekyylimenetelmä, jolla on mahdollista määrittää kukinnan mahdollisesti maksamyrkylliset syanobakteerisuvut. Tätä menetelmää sovellettiin Itämeren kukintojen tutkimiseen. Itämeren pintavesistä ja ranta-alueiden pohjasta eristetyt Anabaena-kannat osoittautuivat geneettisesti monimuotoisiksi. Tämä Anabaena-syanobakteerien geneettinen monimuotoisuus vahvistettiin monistamalla geenejä suoraan kukintanäytteistä ilman kantojen eristystä. Makeiden vesien ja Itämeren Anabaena-kannat ovat geneettisesti hyvin samankaltaisia. Geneettisissä vertailuissa kävi kuitenkin ilmi, että pohjassa elävien Anabaena-kantojen geneettinen monimuotoisuus oli suurempaa kuin pintavesistä eristettyjen kantojen. Itämeren Anabaena-kantojen sekvenssit muodostivat omia ryhmiä sukupuun sisällä, jolloin on mahdollista, että nämä edustavat Itämeren omia Anabaena-ekotyyppejä. Tämä tutkimus oli ensimmäinen, jossa uusin molekyylimenetelmin systemaattisesti selvitettiin Itämeren Anabaena-syanobakteerin geneettistä populaatiorakennetta, fylogeniaa ja myrkyntuottoa. Tulevaisuudessa monitorointitutkimuksissa on otettava huomioon myös Itämeren Anabaena-syanobakteerin mahdollinen maksamyrkyntuotto – erityisesti vähäsuolaisemmilla rannikkovesillä.

Bayesian fisheries stock assessment: integrating and updating knowledge

In this thesis the use of the Bayesian approach to statistical inference in fisheries stock assessment is studied. The work was conducted in collaboration of the Finnish Game and Fisheries Research Institute by using the problem of monitoring and prediction of the juvenile salmon population in the River Tornionjoki as an example application. The River Tornionjoki is the largest salmon river flowing into the Baltic Sea. This thesis tackles the issues of model formulation and model checking as well as computational problems related to Bayesian modelling in the context of fisheries stock assessment. Each article of the thesis provides a novel method either for extracting information from data obtained via a particular type of sampling system or for integrating the information about the fish stock from multiple sources in terms of a population dynamics model. Mark-recapture and removal sampling schemes and a random catch sampling method are covered for the estimation of the population size. In addition, a method for estimating the stock composition of a salmon catch based on DNA samples is also presented. For most of the articles, Markov chain Monte Carlo (MCMC) simulation has been used as a tool to approximate the posterior distribution. Problems arising from the sampling method are also briefly discussed and potential solutions for these problems are proposed. Special emphasis in the discussion is given to the philosophical foundation of the Bayesian approach in the context of fisheries stock assessment. It is argued that the role of subjective prior knowledge needed in practically all parts of a Bayesian model should be recognized and consequently fully utilised in the process of model formulation.

Rhizoctonia -Scots pine interactions: detection, impact on seedling performance and host defence gene response

Rhizoctonia spp. are ubiquitous soil inhabiting fungi that enter into pathogenic or symbiotic associations with plants. In general Rhizoctonia spp. are regarded as plant pathogenic fungi and many cause root rot and other plant diseases which results in considerable economic losses both in agriculture and forestry. Many Rhizoctonia strains enter into symbiotic mycorrhizal associations with orchids and some hypovirulent strains are promising biocontrol candidates in preventing host plant infection by pathogenic Rhizoctonia strains. This work focuses on uni- and binucleate Rhizoctonia (respectively UNR and BNR) strains belonging to the teleomorphic genus Ceratobasidium, but multinucleate Rhizoctonia (MNR) belonging to teleomorphic genus Thanatephorus and ectomycorrhizal fungal species, such as Suillus bovinus, were also included in DNA probe development work. Strain specific probes were developed to target rDNA ITS (internal transcribed spacer) sequences (ITS1, 5.8S and ITS2) and applied in Southern dot blot and liquid hybridization assays. Liquid hybridization was more sensitive and the size of the hybridized PCR products could be detected simultaneously, but the advantage in Southern hybridization was that sample DNA could be used without additional PCR amplification. The impacts of four Finnish BNR Ceratorhiza sp. strains 251, 266, 268 and 269 were investigated on Scot pine (Pinus sylvestris) seedling growth, and the infection biology and infection levels were microscopically examined following tryphan blue staining of infected roots. All BNR strains enhanced early seedling growth and affected the root architecture, while the infection levels remained low. The fungal infection was restricted to the outer cortical regions of long roots and typical monilioid cells detected with strain 268. The interactions of pathogenic UNR Ceratobasidium bicorne strain 1983-111/1N, and endophytic BNR Ceratorhiza sp. strain 268 were studied in single or dual inoculated Scots pine roots. The fungal infection levels and host defence-gene activity of nine transcripts [phenylalanine ammonia lyase (pal1), silbene synthase (STS), chalcone synthase (CHS), short-root specific peroxidase (Psyp1), antimicrobial peptide gene (Sp-AMP), rapidly elicited defence-related gene (PsACRE), germin-like protein (PsGER1), CuZn- superoxide dismutase (SOD), and dehydrin-like protein (dhy-like)] were measured from differentially treated and un-treated control roots by quantitative real time PCR (qRT-PCR). The infection level of pathogenic UNR was restricted in BNR- pre-inoculated Scots pine roots, while UNR was more competitive in simultaneous dual infection. The STS transcript was highly up-regulated in all treated roots, while CHS, pal1, and Psyp1 transcripts were more moderately activated. No significant activity of Sp-AMP, PsACRE, PsGER1, SOD, or dhy-like transcripts were detected compared to control roots. The integrated experiments presented, provide tools to assist in the future detection of these fungi in the environment and to understand the host infection biology and defence, and relationships between these interacting fungi in roots and soils. This study further confirms the complexity of the Rhizoctonia group both phylogenetically and in their infection biology and plant host specificity. The knowledge obtained could be applied in integrated forestry nursery management programmes.

Evaluation of methods and applications for behavioural profiling of transgenic mice

During the last 10-15 years interest in mouse behavioural analysis has evolved considerably. The driving force is development in molecular biological techniques that allow manipulation of the mouse genome by changing the expression of genes. Therefore, with some limitations it is possible to study how genes participate in regulation of physiological functions and to create models explaining genetic contribution to various pathological conditions. The first aim of our study was to establish a framework for behavioural phenotyping of genetically modified mice. We established comprehensive battery of tests for the initial screening of mutant mice. These included tests for exploratory and locomotor activity, emotional behaviour, sensory functions, and cognitive performance. Our interest was in the behavioural patterns of common background strains used for genetic manipulations in mice. Additionally we studied the behavioural effect of sex differences, test history, and individual housing. Our findings highlight the importance of careful consideration of genetic background for analysis of mutant mice. It was evident that some backgrounds may mask or modify the behavioural phenotype of mutants and thereby lead to false positive or negative findings. Moreover, there is no universal strain that is equally suitable for all tests, and using different backgrounds allows one to address possible phenotype modifying factors. We discovered that previous experience affected performance in several tasks. The most sensitive traits were the exploratory and emotional behaviour, as well as motor and nociceptive functions. Therefore, it may be essential to repeat some of the tests in naïve animals for assuring the phenotype. Social isolation for a long time period had strong effects on exploratory behaviour, but also on learning and memory. All experiments revealed significant interactions between strain and environmental factors (test history or housing condition) indicating genotype-dependent effects of environmental manipulations. Several mutant line analyses utilize this information. For example, we studied mice overexpressing as well as those lacking extracellular matrix protein heparin-binding growth-associated molecule (HB-GAM), and mice lacking N-syndecan (a receptor for HB-GAM). All mutant mice appeared to be fertile and healthy, without any apparent neurological or sensory defects. The lack of HB-GAM and N-syndecan, however, significantly reduced the learning capacity of the mice. On the other hand, overexpression of HB-GAM resulted in facilitated learning. Moreover, HB-GAM knockout mice displayed higher anxiety-like behaviour, whereas anxiety was reduced in HB-GAM overexpressing mice. Changes in hippocampal plasticity accompanied the behavioural phenotypes. We conclude that HB-GAM and N-syndecan are involved in the modulation of synaptic plasticity in hippocampus and play a role in regulation of anxiety- and learning-related behaviour.

Ecological impacts of Phlebiopsis gigantea biocontrol treatment against Heterobasidion spp. as revealed by fungal community profiling and population analyses

Wood decay fungi belonging to the species complex Heterobasidion annosum sensu lato are among the most common and economically important species causing root rot and stem decay in conifers of the northern temperate regions. New infections by these pathogens can be suppressed by tree stump treatments using chemical or biological control agents. In Finland, the corticiaceous fungus Phlebiopsis gigantea has been formulated into a commercial biocontrol agent called Rotstop (Verdera Ltd.). This thesis addresses the ecological impacts of Rotstop biocontrol treatment on the mycoflora of conifer stumps. Locally, fungal communities within Rotstop-treated and untreated stumps were analyzed using a novel method based on DGGE profiling of small subunit ribosomal DNA fragments amplified directly from wood samples. Population analyses for P. gigantea and H. annosum s.l. were conducted to evaluate possible risks associated with local and/or global distribution of the Rotstop strain. Based on molecular community profiling by DGGE, we detected a few individual wood-inhabiting fungal species (OTUs) that seemed to have suffered or benefited from the Rotstop biocontrol treatment. The DGGE analyses also revealed fungal diversity not retrieved by cultivation and some fungal sequence types untypical for decomposing conifer wood. However, statistical analysis of DGGE community profiles obtained from Rotstop-treated and untreated conifer stumps revealed that the Rotstop treatment had not caused a statistically significant reduction in the species diversity of wood-inhabiting fungi within our experimental forest plots. Locally, ISSR genotyping of cultured P. gigantea strains showed that the Rotstop biocontrol strain was capable of surviving up to six years within treated Norway spruce stumps, while in Scots pine stumps it was sooner replaced by successor fungal species. In addition, the spread of resident P. gigantea strains into Rotstop-treated forest stands seemed effective in preventing the formation of genetically monomorphic populations in the short run. On a global scale, we detected a considerable level of genetic differentiation between the interfertile European and North American populations of P. gigantea. These results strongly suggest that local biocontrol strains should be used in order to prevent global spread of P. gigantea and hybrid formation between geographically isolated populations. The population analysis for H. annosum s.l. revealed a collection of Chinese fungal strains that showed a high degree of laboratory fertility with three different allopatric H. annosum s.l. taxa. However, based on the molecular markers, the Chinese strains could be clearly affiliated with the H. parviporum taxonomical cluster, which thus appears to have a continuous distribution range from Europe through southern Siberia to northern China. Keywords: Rotstop, wood decay, DGGE, ISSR fingerprinting, ribosomal DNA

Pentitol phosphate dehydrogenases: Discovery, characterization and use in D-arabitol and xylitol production by metabolically engineered Bacillus subtilis

The ultimate goal of this study has been to construct metabolically engineered microbial strains capable of fermenting glucose into pentitols D-arabitol and, especially, xylitol. The path that was chosen to achieve this goal required discovery, isolation and sequencing of at least two pentitol phosphate dehydrogenases of different specificity, followed by cloning and expression of their genes and characterization of recombinant arabitol and xylitol phosphate dehydrogenases. An enzyme of a previously unknown specificity, D-arabitol phosphate dehydrogenase (APDH), was discovered in Enterococcus avium. The enzyme was purified to homogenity from E. avium strain ATCC 33665. SDS/PAGE revealed that the enzyme has a molecular mass of 41 ± 2 kDa, whereas a molecular mass of 160 ± 5 kDa was observed under non-denaturing conditions implying that the APDH may exist as a tetramer with identical subunits. Purified APDH was found to have narrow substrate specificity, converting only D-arabitol 1-phosphate and D-arabitol 5-phosphate into D-xylulose 5-phosphate and D-ribulose 5-phosphate, respectively, in the oxidative reaction. Both NAD+ and NADP+ were accepted as co-factors. Based on the partial protein sequences, the gene encoding APDH was cloned. Homology comparisons place APDH within the medium chain dehydrogenase family. Unlike most members of this family, APDH requires Mn2+ but no Zn2+ for enzymatic activity. The DNA sequence surrounding the gene suggests that it belongs to an operon that also contains several components of phosphotransferase system (PTS). The apparent role of the enzyme is to participate in arabitol catabolism via the arabitol phosphate route similar to the ribitol and xylitol catabolic routes described previously. Xylitol phosphate dehydrogenase (XPDH) was isolated from Lactobacillus rhamnosus strain ATCC 15820. The enzyme was partially sequenced. Amino acid sequences were used to isolate the gene encoding the enzyme. The homology comparisons of the deduced amino acid sequence of L. rhamnosus XPDH revealed several similar enzymes in genomes of various species of Gram-positive bacteria. Two enzymes of Clostridium difficile and an enzyme of Bacillus halodurans were cloned and their substrate specificities together with the substrate specificity of L. rhamnosus XPDH were compared. It was found that one of the XPDH enzymes of C. difficile and the XPDH of L. rhamnosus had the highest selectivity towards D-xylulose 5-phosphate. A known transketolase-deficient and D-ribose-producing mutant of Bacillus subtilis (ATCC 31094) was further modified by disrupting its rpi (D-ribose phosphate isomerase) gene to create D-ribulose- and D-xylulose-producing strain. Expression of APDH of E. avium and XPDH of L. rhamnosus and C. difficile in D-ribulose- and D-xylulose-producing strain of B. subtilis resulted in strains capable of converting D-glucose into D-arabitol and xylitol, respectively. The D-arabitol yield on D-glucose was 38 % (w/w). Xylitol production was accompanied by co-production of ribitol limiting xylitol yield to 23 %.