Fine-tuning of the signalling network controlling morphogenesis and stem cell development in teeth

Tooth development is regulated by sequential and reciprocal interactions between epithelium and mesenchyme. The molecular mechanisms underlying this regulation are conserved and most of the participating molecules belong to several signalling families. Research focusing on mouse teeth has uncovered many aspects of tooth development, including molecular and evolutionary specifi cs, and in addition offered a valuable system to analyse the regulation of epithelial stem cells. In mice the spatial and temporal regulation of cell differentiation and the mechanisms of patterning during development can be analysed both in vivo and in vitro. Follistatin (Fst), a negative regulator of TGFβ superfamily signalling, is an important inhibitor during embryonic development. We showed the necessity of modulation of TGFβ signalling by Fst in three different regulatory steps during tooth development. First we showed that tinkering with the level of TGFβ signalling by Fst may cause variation in the molar cusp patterning and crown morphogenesis. Second, our results indicated that in the continuously growing mouse incisors asymmetric expression of Fst is responsible for the labial-lingual patterning of ameloblast differentiation and enamel formation. Two TGFβ superfamily signals, BMP and Activin, are required for proper ameloblast differentiation and Fst modulates their effects. Third, we identifi ed a complex signalling network regulating the maintenance and proliferation of epithelial stem cells in the incisor, and showed that Fst is an essential modulator of this regulation. FGF3 in cooperation with FGF10 stimulates proliferation of epithelial stem cells and transit amplifying cells in the labial cervical loop. BMP4 represses Fgf3 expression whereas Activin inhibits the repressive effect of BMP4 on the labial side. Thus, Fst inhibits Activin rather than BMP4 in the cervical loop area and limits the proliferation of lingual epithelium, thereby causing the asymmetric maintenance and proliferation of epithelial stem cells. In addition, we detected Lgr5, a Wnt target gene and an epithelial stem cell marker in the intestine, in the putative epithelial stem cells of the incisor, suggesting that Lgr5 is a marker of incisor stem cells but is not regulated by Wnt/β-catenin signalling in the incisor. Thus the epithelial stem cells in the incisor may not be directly regulated by Wnt/β-catenin signalling. In conclusion, we showed in the mouse incisors that modulating the balance between inductive and inhibitory signals constitutes a key mechanism regulating the epithelial stem cells and ameloblast differentiation. Furthermore, we found additional support for the location of the putative epithelial stem cells and for the stemness of these cells. In the mouse molar we showed the necessity of fi ne-tuning the signalling in the regulation of the crown morphogenesis, and that altering the levels of an inhibitor can cause variation in the crown patterning.

Sostdc1 Plays an Essential Role in Mammalian Tooth Patterning : Insight into the Rodent Dental Evolution

This thesis work focuses on the role of TGF-beta family antagonists during the development of mouse dentition. Tooth develops through an interaction between the dental epithelium and underlying neural crest derived mesenchyme. The reciprocal signaling between these tissues is mediated by soluble signaling molecules and the balance between activatory and inhibitory signals appears to be essential for the pattern formation. We showed the importance of Sostdc1 in the regulation of tooth shape and number. The absence of Sostdc1 altered the molar cusp patterning and led to supernumerary tooth formation both in the molar and incisor region. We showed that initially, Sostdc1 expression is in the mesenchyme, suggesting that dental mesenchyme may limit supernumerary tooth induction. We tested this in wild-type incisors by minimizing the amount of mesenchymal tissue surrounding the incisor tooth germs prior to culture in vitro. The cultured teeth phenocopied the extra incisor phenotype of the Sostdc1-deficient mice. Furthermore, we showed that minimizing the amount of dental mesenchyme in cultured Sostdc1-deficient incisors caused the formation of additional de novo incisors that resembled the successional incisor development resulting from activated Wnt signaling. Sostdc1 seemed to be able to inhibit both mesenchymal BMP4 and epithelial canonical Wnt signaling, which thus allows Sostdc1 to restrict the enamel knot size and regulate the tooth shape and number. Our work emphasizes the dual role for the tooth mesenchyme as a suppressor as well as an activator during tooth development. We found that the placode, forming the thick mouse incisor, is prone to disintegration during initiation of tooth development. The balance between two mesenchymal TGF-beta family signals, BMP4 and Activin is essential in this regulation. The inhibition of BMP4 or increase in Activin signaling led to the splitting of the large incisor placode into two smaller placodes resulting in thin incisors. These two signals appeared to have different effects on tooth epithelium and the analysis of the double null mutant mice lacking Sostdc1 and Follistatin indicated that these TGF-beta inhibitors regulate the mutual balance of BMP and Activin in vivo. In addition, this work provides an alternative explanation for the issue of incisor identity published in Science by Tucker et al. in 1998 and proposes that the molar like morphology that can be obtained by inhibiting BMP signaling is due to partial splitting of the incisor placodes and not due to change in tooth identity from the incisor to the molar. This thesis work presents possible molecular mechanisms that may have modified the mouse dental pattern during evolution leading to the typical rodent dentition of modern mouse. The rodent dentition is specialized for gnawing and consists of two large continuously growing incisors and toothless diastema region separating the molars and incisors. The ancestors of rodents had higher number of more slender incisors together with canines and premolars. Additionally, murine rodents, which include the mouse, have lost their ability for tooth replacement. This work has revealed that the inhibitory molecules appear to play a role in the tooth number suppression by delineating the spatial and temporal action of the inductive signals. The results suggest that Sostdc1 plays an essential role in several stages of tooth development through the regulation of both the BMP and Wnt pathway. The work shows a dormant sequential tooth forming potential present in wild type mouse incisor region and gives a new perspective on tooth suppression by dental mesenchyme. It reveals as well a novel mechanism to create a large mouse incisor through the regulation of mesenchymal balance between inductive and inhibitory signals.

The role of MADS and TCP transcription factors in Gerbera hybrida flower development

Angiosperms represent a huge diversity in floral structures. Thus, they provide an attractive target for comparative developmental genetics studies. Research on flower development has focused on few main model plants, and studies on these species have revealed the importance of transcription factors, such as MADS-box and TCP genes, for regulating the floral form. The MADS-box genes determine floral organ identities, whereas the TCP genes are known to regulate flower shape and the number of floral organs. In this study, I have concentrated on these two gene families and their role in regulating flower development in Gerbera hybrida, a species belonging to the large sunflower family (Asteraceae). The Gerbera inflorescence is comprised of hundreds of tightly clustered flowers that differ in their size, shape and function according to their position in the inflorescence. The presence of distinct flower types tells Gerbera apart from the common model species that bear only single kinds of flowers in their inflorescences. The marginally located ray flowers have large bilaterally symmetrical petals and non-functional stamens. The centrally located disc flowers are smaller, have less pronounced bilateral symmetry and carry functional stamens. Early stages of flower development were studied in Gerbera to understand the differentiation of flower types better. After morphological analysis, we compared gene expression between ray and disc flowers to reveal transcriptional differences in flower types. Interestingly, MADS-box genes showed differential expression, suggesting that they might take part in defining flower types by forming flower-type-specific regulatory complexes. Functional analysis of a CYCLOIDEA-like TCP gene GhCYC2 provided evidence that TCP transcription factors are involved in flower type differentiation in Gerbera. The expression of GhCYC2 is ray-flower-specific at early stages of development and activated only later in disc flowers. Overexpression of GhCYC2 in transgenic Gerbera-lines causes disc flowers to obtain ray-flower-like characters, such as elongated petals and disrupted stamen development. The expression pattern and transgenic phenotypes further suggest that GhCYC2 may shape ray flowers by promoting organ fusion. Cooperation of GhCYC2 with other Gerbera CYC-like TCP genes is most likely needed for proper flower type specification, and by this means for shaping the elaborate inflorescence structure. Gerbera flower development was also approached by characterizing B class MADS-box genes, which in the main model plants are known regulators of petal and stamen identity. The four Gerbera B class genes were phylogenetically grouped into three clades; GGLO1 into the PI/GLO clade, GDEF2 and GDEF3 into the euAP3 clade and GDEF1 into the TM6 clade. Putative orthologs for GDEF2 and GDEF3 were identified in other Asteraceae species, which suggests that they appeared through an Asteraceae-specific duplication. Functional analyses indicated that GGLO1 and GDEF2 perform conventional B-function as they determine petal and stamen identities. Our studies on GDEF1 represent the first functional analysis of a TM6-like gene outside the Solanaceae lineage and provide further evidence for the role of TM6 clade members in specifying stamen development. Overall, the Gerbera B class genes showed both commonalities and diversifications with the conventional B-function described in the main model plants.

Kin selection, social polymorphism, and reproductive allocation in ants

Social groups are common across animal species. The reasons for grouping are straightforward when all individuals gain directly from cooperating. However, the situation becomes more complex when helping entails costs to the personal reproduction of individuals. Kin selection theory has offered a fruitful framework to explain such cooperation by stating that individuals may spread their genes not only through their own reproduction, but also by helping related individuals reproduce. However, kin selection theory also implicitly predicts conflicts when groups consist of non-clonal individuals, i.e. relatedness is less than one. Then, individual interests are not perfectly aligned, and each individual is predicted to favour the propagation of their own genome over others. Social insects provide a solid study system to study the interplay between cooperation and conflict. Breeding systems in social insects range from solitary breeding to eusocial colonies displaying complete division of reproduction between the fertile queen and the sterile worker caste. Within colonies, additional variation is provided by the presence of several reproductive individuals. In many species, the queen mates multiply, which causes the colony to consist of half-sib instead of full-sib offspring. Furthermore, in many species colonies contain multiple breeding queens, which further dilutes relatedness between colony members. Evolutionary biology is thus faced with the challenge to answer why such variation in social structure exists, and what the consequences are on the individual and population level. The main part of this thesis takes on this challenge by investing the dynamics of socially polymorphic ant colonies. The first four chapters investigate the causes and consequences of different social structures, using a combination of field studies, genetic analyses and laboratory experiments. The thesis ends with a theoretical chapter focusing on different social interactions (altruism and spite), and the evolution of harming traits. The main results of the thesis show that social polymorphism has the potential to affect the behaviour and traits of both individuals and colonies. For example, we found that genetic polymorphism may increase the phenotypic variation between individuals in colonies, and that socially polymorphic colonies may show different life history patterns. We also show that colony cohesion may be enhanced even in multiple-queen colonies through patterns of unequal reproduction between queens. However, the thesis also demonstrates that spatial and temporal variation between both populations and environments may affect individual and colony traits, to the degree that results obtained in one place or at one time may not be applicable in other situations. This opens up potential further areas of research to explain these differences.

The viral coat protein is regulated by HSP70 and HSP40 in Potato virus A infection

Plus-stranded (plus) RNA viruses multiply within a cellular environment as tightly integrated units and rely on the genetic information carried within their genomes for multiplication and, hence, persistence. The minimal genomes of plus RNA viruses are unable to encode the molecular machineries that are required for virus multiplication. This sets requisites for the virus, which must form compatible interactions with host components during multiplication to successfully utilize primary metabolites as building blocks or metabolic energy, and to divert the protein synthesis machinery for production of viral proteins. In fact, the emerging picture of a virus-infected cell displays tight integration with the virus, from simple host and virus protein interactions through to major changes in the physiological state of the host cell. This study set out to develop a method for the identification of host components, mainly host proteins, that interact with proteins of Potato virus A (PVA; Potyvirus) during infection. This goal was approached by developing affinity-tag based methods for the purification of viral proteins complexed with associated host proteins from infected plants. Using this method, host membrane-associated viral ribonucleoprotein (RNP) complexes were obtained, and several host and viral proteins could be identified as components of these complexes. One of the host proteins identified using this strategy was a member of the heat shock protein 70 (HSP70) family, and this protein was chosen for further analysis. To enable the analysis of viral gene expression, a second method was developed based on Agrobacterium-mediated virus genome delivery into plant cells, and detection of virally expressed Renilla luciferase (RLUC) as a quantitative measure of viral gene expression. Using this method, it was observed that down-regulation of HSP70 caused a PVA coat protein (CP)-mediated defect associated with replication. Further experimentation suggested that CP can inhibit viral gene expression and that a distinct translational activity coupled to replication, referred to as replication-associated translation (RAT), exists. Unlike translation of replication-deficient viral RNA, RAT was dependent on HSP70 and its co-chaperone CPIP. HSP70 and CPIP together regulated CP turnover by promoting its modification by ubiquitin. Based on these results, an HSP70 and CPIP-driven mechanism that functions to regulate CP during viral RNA replication and/or translation is proposed, possibly to prevent premature particle assembly caused by CP association with viral RNA.

The Pathobiology of the Saccular Cerebral Artery Aneurysm Rupture and Repair : A Clinicopathological and Experimental Approach

Backround and Purpose The often fatal (in 50-35%) subarachnoid hemorrhage (SAH) caused by saccular cerebral artery aneurysm (SCAA) rupture affects mainly the working aged population. The incidence of SAH is 10-11 / 100 000 in Western countries and twice as high in Finland and Japan. The estimated prevalence of SCAAs is around 2%. Many of those never rupture. Currently there are, however, no diagnostic methods to identify rupture-prone SCAAs from quiescent, (dormant) ones. Finding diagnostic markers for rupture-prone SCAAs is of primary importance since a SCAA rupture has such a sinister outcome, and all current treatment modalities are associated with morbidity and mortality. Also the therapies that prevent SCAA rupture need to be developed to as minimally invasive as possible. Although the clinical risk factors for SCAA rupture have been extensively studied and documented in large patient series, the cellular and molecular mechanisms how these risk factors lead to SCAA wall rupture remain incompletely known. Elucidation of the molecular and cellular pathobiology of the SCAA wall is needed in order to develop i) novel diagnostic tools that could identify rupture-prone SCAAs or patients at risk of SAH, and to ii) develop novel biological therapies that prevent SCAA wall rupture. Materials and Methods In this study, histological samples from unruptured and ruptured SCAAs and plasma samples from SCAA carriers were compared in order to identify structural changes, cell populations, growth factor receptors, or other molecular markers that would associate with SCAA wall rupture. In addition, experimental saccular aneurysm models and experimental models of mechanical vascular injury were used to study the cellular mechanisms of scar formation in the arterial wall, and the adaptation of the arterial wall to increased mechanical stress. Results and Interpretation Inflammation and degeneration of the SCAA wall, namely loss of mural cells and degradation of the wall matrix, were found to associate with rupture. Unruptured SCAA walls had structural resemblance with pads of myointimal hyperplasia or so called neointima that characterizes early atherosclerotic lesions, and is the repair and adaptation mechanism of the arterial wall after injury or increased mechanical stress. As in pads of myointimal hyperplasia elsewhere in the vasculature, oxidated LDL was found in the SCAA walls. Immunity against OxLDL was demonstrated in SAH patients with detection of circulating anti-oxidized LDL antibodies, which were significantly associated with the risk of rupture in patients with solitary SCAAs. Growth factor receptors associated with arterial wall remodeling and angiogenesis were more expressed in ruptured SCAA walls. In experimental saccular aneurysm models, capillary growth, arterial wall remodeling and neointima formation were found. The neointimal cells were shown to originate from the experimental aneurysm wall with minor contribution from the adjacent artery, and a negligible contribution of bone marrow-derived neointimal cells. Since loss of mural cells characterizes ruptured human SCAAs and likely impairs the adaptation and repair mechanism of ruptured or rupture-prone SCAAs, we investigated also the hypothesis that bone marrow-derived or circulating neointimal precursor cells could be used to enhance neointima formation and compensate the impaired repair capacity in ruptured SCAA walls. However, significant contribution of bone marrow cells or circulating mononuclear cells to neointima formation was not found.

Biology and Molecular Markers of Malignant Gonadal Germ Cell Tumors

Germ cell tumors occur both in the gonads of both sexes and in extra-gonadal sites during adoles-cence and early adulthood. Malignant ovarian germ cell tumors are rare neoplasms accounting for less than 5% of all cases of ovarian malignancy. In contrast, testicular cancer is the most common malignancy among young males. Most of patients survive the disease. Prognostic factors of gonadal germ cell tumors include histology, clinical stage, size of the primary tumor and residua, and levels of tumor markers. Germ cell tumors include heterogeneous histological subgroups. The most common subgroup includes germinomas (ovarian dysgerminoma and testicular seminoma); other subgroups are yolk sac tumors, embryonal carcinomas, immature teratomas and mixed tumors. The origin of germ cell tumors is most likely primordial germ cells. Factors behind germ cell tumor development and differentiation are still poorly known. The purpose of this study was to define novel diagnostic and prognostic factors for malignant gonadal germ cell tumors. In addition, the aim was to shed further light into the molecular mechanisms regulating gonadal germ cell tumorigenesis and differentiation by studying the roles of GATA transcription factors, pluripotent factors Oct-3/4 and AP-2γ, and estrogen receptors. This study revealed the prognostic value of CA-125 in malignant ovarian germ cell tumors. In addition advanced age and residual tumor had more adverse outcome. Several novel markers for histological diagnosis were defined. In the fetal development transcription factor GATA-4 was expressed in early fetal gonocytes and in testicular carcinoma precursor cells. In addition, GATA-4 was expressed in both gonadal germinomas, thus it may play a role in the development and differentiation of the germinoma tumor subtype. Pluripotent factors Oct-3/4 and AP-2γ were expressed in dysgerminomas, thus they could be used in the differential diagnosis of the germ cell tumors. Malignant ovarian germ cell tumors expressed estrogen receptors and their co-regulator SNURF. In addition, estrogen receptor expression was up-regulated by estradiol stimulation. Thus, gonadal steroid hormone burst in puberty may play a role in germ cell tumor development in the ovary. This study shed further light in to the molecular pathology of malignant gonadal germ cell tumors. In addition, some novel diagnostic and prognostic factors were defined. This data may be used in the differential diagnosis of germ cell tumor patients.

Sireenit, floksit ja iirikset- Puu-Käpylän koristekasvit

Puu-Käpylä (“Wooden Käpylä”), a neighbourhood of Helsinki, is the earliest example of the Garden City Movement in Finland. The suburb of valuable wooden architecture was built between 1920 and 1925, with the aim to provide a healthy housing area for working-class families with many children. The houses were erected by a co-operative (Käpylän kansanasunnot, “People?s Dwellings”) and they are protected by the city plan since 1960?s. However, the historical value of the sheltered courtyards has not been investigated. The aim of this study was to survey the garden flora of Puu-Käpylä and to evaluate the authenticity of the courtyard gardens. The survey covered the area of one residential quarter (1.2 ha) with twelve 2-storey semi-detached timber houses arranged around a common yard, which was originally appointed for the tenants? vegetable gardens. The houses are still rented, and each flat is allowed a small lot of the courtyard for cultivation. A complete list was made of all perennial, ornamental plant taxa present in the quarter. Spring bulbs were missed due to the timing of the survey. Generally, the plants were recorded on species level, with the exception of common lilacs, shrub roses, irises and peonies that were thoroughly studied for cultivar identification. It was assumed that plants initially grown in the courtyard could be distinguished by studying Finnish garden magazines, books and nursery catalogues published in the 1920?s and by comparing the present vegetation to surviving documents from the quarter. The total number of ornamental plant taxa identified was 172, of which 17 were trees, 47 shrubs, 7 climbers and 101 herbaceous perennials. The results indicated that a major part of the shrubs, climbers and perennials presumably originated from the 1970?s or later, whereas ca. 70 % of the tree specimens were deemed as original. The survey disclosed a heritage variety of common lilac, resembling cultivar „Prince Notger?, a specific peony taxon, Paeonia humilis Retz., cultivated in Nordic countries since long ago, and a few historic iris varieties. Well-preserved design elements included front gardens on one side of the quarter, a maple alley on another side as well as trees at the garden gates. Old garden books and magazines did not shed much light on the Finnish garden flora commonly used in the period when Puu-Käpylä was built. However, they gave a valuable picture of contemporary planting design. Nursery catalogues offered insight into the assortment of ornamental plants traded in the 1920?s. Conclusions on the authenticity of the current flora were mainly drawn on the basis of old photographs and a vegetation survey map drawn in the 1970?s. This study revealed a need for standardization of syrvey methods applied when investigating garden floras. Uniform survey techniques would make the results comparable and enable a future compilation of data from e.g. historic gardens.

Suomenlinnan Kustaanmiekan ketokasvillisuus ja siihen vaikuttavat tekijät

Suomenlinna on yksi Helsingin suosituimmista matkailu- ja kulttuurinähtävyyksistä. Kustaanmiekan, samoin kuin koko Suomenlinnan luonto on muodostunut perinteisestä suomalaisesta saaristoluonnosta ja vuosisatojen saatossa paikalle tulleista linnoituksien kasvistosta. Saaren vaihtelevien elinympäristöjen johdosta alueen kasvillisuus on hyvin rikasta. Linnoituksien monet kasvilajit ovat tulleet tulokaskasveina eri puolilta Eurooppaa sekä Venäjältä. Suurin osa Suomenlinnan alueesta on kallioketoa ja tämän lisäksi myös valliketoa, joista molemmat kuuluvat suojeltaviin alueisiin. Kustaanmiekan niityillä kasvaa keto- ja paahdelajeja, kuten harvinaista ketonoidanlukkoa (Botrychium lunaria L.) sekä ketoneilikkaa (Dianthus deltoides L.). Tämän tutkimuksen ensisijaisena tarkoituksena oli kartoittaa Kustaanmiekan alueen kesäkauden 2009 ketokasvilajisto ja eri putkilokasvilajien runsaus. Tutkimuksessa selvitettiin myös maaperätekijöiden ja alueen hoitohistorian mahdollista vaikutusta ketokasvilajistoon. Tutkimuksessa kartoitettiin kymmenen eri kedon kasvillisuus Suomenlinnan Kustaanmiekan linnoitusalueella. Kedot sijaitsivat eri puolilla Kustaanmiekkaa, sellaisilla paikoilla, missä ketokasvillisuus oli runsainta. Maastotyöt suoritettiin kesä- ja heinäkuussa laskemalla jokaisen kedon ruutujen putkilokasvien peittävyydet sekä listaamalla ylös myös ruutujen ulkopuoliset kevät- ja loppukesän kukkijat touko- ja elokuussa. Maaperän ominaisuuksien määrittämiseksi otettiin kultakin kedolta pintamaanäytteet elokuussa. Muita tutkittuja muuttujia olivat maapinnan kaltevuus sekä sammalen, karikkeen, paljaan maan, kenttäkasvillisuuden pohjakerros ja kallion osuus tutkimusruuduilla. Ketojen kasvillisuuden keskimääräinen korkeus mitattiin kesä- ja heinäkuussa. Kasvistossa oli selviä eroavaisuuksia ketojen välillä. Kasvilajien määrä vaihteli ketojen kokonaislajimäärän ollessa 40-60 kasvilajia. Yhteensä kedoilta löytyi 120 eri putkilokasvilajia, joista useimmat kukkivat sekä kesä- että heinäkuussa. Ketojen kasvilajimäärä vaihteli yhdellä neliömetrillä 6,3-13,6 kasvilajiin, minkä lisäksi Shannon-Wienerin diversiteetti-indeksi vaihteli 1,4-2,3 arvon välillä. Yleisimpiä lajeja, joita kedoilla tavattiin, olivat muun muassa siankärsämö (Achillea millefolium L.), koiranheinä (Dactylis glomerata L.), juolavehnä (Elymus repens L.) ja hopeahanhikki (Potentilla argentea L.). Alueella kasvoi myös muutamia sotatulokaslajeja kuten harmiota (Berteroa incana L.), ukonpalkoa (Bunias orientalis L.) ja karvahorsmaa (Epilobium hirsutum L.). Maaperätekijöillä, kuten suurella fosforin pitoisuudella ei ollut vaikutusta kasvilajien määrään kedoilla. Vain maan pH ja johtoluku korreloivat positiivisesti ketojen kasvillisuuden korkeuden kanssa. Vaikka tulosten perusteella ketojen hoidolla ei ollut vaikutusta ketojen kasvillisuuden määrään, voidaan kuitenkin olettaa oikeanlaisen hoidon parantavan tyypillisten ketokasvien kilpailukykyä muita niittykasveja kohtaan.

Havupuiden erikoismuotojen lisäysmenetelmät

Havupuiden erikoismuotoja on käytetty koristekasveina jo vuosisatoja ympäri maailmaa. Niitä on lisätty pääsääntöisesti pistokkaista ja varttamalla. Suomessa kotimaisten metsäpuidemme erikois-muotoja on kartoitettu ja kerätty kokoelmiin järjestelmällisemmin 1960-luvulta alkaen. Taimisto-viljelijät, puutarhasuunnittelijat ja kotipuutarhurit ovat olleet enenevässä määrin kiinnostuneita näistä kotimaisista kestävistä havukasveista. Yli 90 prosenttia markkinoillamme olevista havukas-veista tuodaan ulkomailta, joten on selvää, että niiden talvenkestävyydessä on ongelmia. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää kotimaisille erikoismuodoille sopivia lisäysmene-telmiä ja siten edistää kotimaisen havukasvituotannon mahdollisuuksia. Aineistona kokeissa oli kotimaisia erikoismuotoja metsäkuusesta (Picea abies (L.) Karsten) ja kotikatajasta (Juniperus communis L.), tavallisia metsäkuusia sekä kahdeksan ulkomaista havupuutaksonia. Lisäysmene-telmistä tutkittiin varttamista ja pistokaslisäystä ja kokeet suoritettiin Metsäntutkimuslaitoksen toimipaikoissa Lopen Haapastensyrjässä sekä Punkaharjulla. Varttamiskokeessa vertailtiin koti-maisen kuusen erikoismuotokloonien varttamisen onnistumista. Pistokaskokeissa tutkittiin geno-tyypin, emopuun iän, pistokasoksan sijainnin sekä hormonikäsittelyn vaikutusta havukasvien pis-tokkaiden juurtumiseen. Tavalliset metsäkuuset toimivat kontrolleina. Tutkimus osoitti, että varttaminen onnistui erinomaisesti kaikilla erikoismuotoklooneilla. Ovat-ko vartteet esteettisesti katsottuna koristekäyttöön sopivia, jää vielä seurattavaksi. Pistokaskokeis-sa havaittiin, että juveniilisuus vaikutti pistokkaiden juurtumiseen, mutta iäkkäistäkin puista lisää-minen onnistuu, kunhan genotyyppi on sopiva. Keskimäärin alaoksat juurtuivat paremmin kuin latvuksen yläosista otetut pistokasoksat, mutta vain yhdellä kloonilla ero oli tilastollisesti merkit-sevä. Hormonikäsittely heikensi selvästi kotimaisen kuusen ja katajan pistokkaiden juurtumista, mutta ulkomaisiin havupuulajeihin käsittelyllä ei ollut vaikutusta. Kotimaisen havukasvituotannon pohjaksi pitäisi tehdä kloonivalintaa, jossa koristearvon lisäksi otettaisiin huomioon myös kloonin lisättävyys. Taimien tuottaminen pistokkaista on selvästi edul-lisempaa kuin vartteiden tuottaminen, joskin varte kasvaa myyntikuntoon nopeammin kuin pisto-kastaimi. Pistokastaimi on kuitenkin omajuurinen ja stabiilimpi kasvutavaltaan kuin varte. Tämä korostuu etenkin kääpiömuotoja tuotettaessa.

Jatkuvasatoisten mansikoiden lannoitus rajoitetussa kasvualustassa

Mansikka (Fragaria × ananassa Duch.) on tärkein Suomessa viljelty marja sekä määrällisesti että taloudellisesti. Suomessa ongelmana on lyhyt satokausi ja matala satotaso. Pääsadon aikaan runsas mansikan tarjonta markkinoilla laskee huomattavasti mansikan hintaa. Paras hinta saadaan normaalin satokauden ulkopuolella. Jatkuvasatoiset mansikkalajikkeet mahdollistaisivat pidemmän ja tasaisen satokauden, mikä vakauttaisi mansikan hintaa. Jatkuvasatoinen mansikka sopii viljelyyn kausihuoneissa korotetuilla kasvualustoilla, jolloin lannoitus ja kastelu hoidetaan tippukastelulla. Jatkuvasatoinen mansikka tuottaa kukkia ja marjoja koko satokauden, mikä vaikuttaa sen ravinnetarpeeseen. Tehdyssä tutkimuksessa testattiin kolmea eri lannoitustasoa 1,5 mS/cm, 2,3mS/cm ja 3,0 mS/cm, joiden N:K –suhde marjojen kypsymisvaiheessa oli 1:1,5. Neljäs käsittely oli kastelu johtokyvyllä 2,3 mS/cm N:K –suhteen ollessa 1:2 marjojen kypsyessä. Tutkimuksessa havainnointiin taimien vegetatiivista kasvua sekä sadon muodostusta ja marjojen laatua. Samalla seurattiin ylivaluntaveden määrää sekä veden mukana huuhtoutunutta fosforia ja typpeä. Tutkimuksessa käytetyt lajikkeet olivat ’Malling Opal’ ja ’Rondo’. Tämän tutkimuksen tulokset tukevat aikaisempia tutkimuksia, että mansikan ravinnetarve on suhteellisen matala. Voimakkain vegetatiivinen kasvu, suurin sato ja suurimmat marjat saatiin alimmalla testatulla johtokyvyllä (1,5 mS/cm). Lannoitustasolla oli hyvin vähän vaikutusta marjan laatuun tai sadon ajoittumiseen. Myöskään N:K – suhteen muutoksella ei ollut vaikutusta marjan laatuun. Taimien veden otto oli suurinta alimmalla lannoitustasolla, ja mahdollisesti kasteluveden korkea ionipitoisuus vaikeutti kasvin veden ottoa korkeilla veden johtokyvyillä. Valumaveden mukana poistuneet typpi- ja fosforipäästöt kasvoivat huomattavasti kasteluveden johtokyvyn noustessa.

Mehiläisten (Apis mellifera) kukkavierailut mansikalla (Fragaria x ananassa) ja vadelmalla (Rubus idaeus) sekä kukkavierailuihin vaikuttavat tekijät

Hyönteispölytys lisää monien ristipölytteisten viljelykasvien siemensatoa sekä parantaa sadon laatua. Marjakasveilla, kuten mansikalla ja vadelmalla marjojen koko suurenee sekä niiden laatu paranee onnistuneen pölytyksen seurauksena. Aiempien havaintojen mukaan mansikan kukat eivät pääsääntöisesti houkuttele mehiläisiä, kun taas vadelma on yksi mehiläisten pääsatokasveista. Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, miten tehokkaasti mehiläiset vierailevat mansikalla sekä vadelmalla, keskittyen kukkakohtaisiin käynteihin tuntia kohti. Mehiläisiä voidaan käyttää Gliocladium catenulatum-vektoreina torjuttaessa mansikan ja vadelman harmaahometta (Botrytis cinerea). Kukkavierailujen perusteella arvioidaan, onko vektorilevitys riittävän tehokas torjumaan harmaahometta ja miten hyvin mehiläisiä voidaan käyttää pölytyspalveluihin, etenkin mansikalla. Havainnot kerättiin kuudelta eri tilalta Sisä-Savosta kesällä 2007. Kukkavierailuja laskettiin mansikan ja vadelman kukinnan aikana erilaisissa sääolosuhteissa, eri kellonaikoina ja eri etäisyyksillä mehiläispesistä. Kukat valittiin satunnaisesti, ja valintaperusteena oli kukan avonaisuus. Tarkkailuaika riippui mehiläisten lentoaktiivisuudesta. Mansikan koko havaintojakson keskiarvoksi tuli 1,75 käyntiä kukkaa kohti tunnissa. Vadelmalla vastaava luku oli 4,27, joten keskiarvojen perusteella vadelma oli houkuttelevampi kuin mansikka. Kasvukauden vaiheella ei ollut eroja vierailuihin kummallakaan kasvilla, mutta vuorokaudenajan suhteen vierailuja oli enemmän aamupäivällä kuin iltapäivällä. Lämpötila korreloi positiivisesti vierailutiheyden kanssa kummallakin kasvilla. Sääolosuhteet rajoittivat havaintojen keräämistä ja kesä oli erittäin sateinen. Mehiläiset vierailivat kukissa riittävästi haastavissakin sääolosuhteissa niin, että harmaahometorjunta onnistui. Vektorilevitystä suunnitellessa, etenkin mansikalla, tulee ottaa huomioon pesien sijoittelu sekä riittävä lukumäärä. Pesien ravinnontarpeen tulee olla suuri, jotta mehiläiset keräisivät ravintoa kukista mahdollisimman tehokkaasti. Pesiin voidaan lisätä tarvittaessa avosikiöitä tai poistaa siitepölyvarastoja ravinnonkeruuaktiivisuuden lisäämiseksi. Lisätutkimusta tarvitaan pesien sijoittelun, kilpailevien kasvien sekä mansikkalajikkeiden houkuttelevuuden vaikutuksesta vierailutiheyteen. Suomalaisten mansikkalajikkeiden meden sekä siitepölyneritystä olisi myös hyvä selvittää.

Perunan Y-viruksen testaaminen korkeassa happi-hiilidioksidipitoisuudessa idätetyistä perunoista

Perunalla (Solanum tuberosum L.) tällä hetkellä maailmanlaajuisesti eniten sato- ja laatutappioita aiheuttaa perunan Y-virus (PVY). Vaikka pelkän Y-viruksen aiheuttamaa satotappiota on vaikea mitata, on sen arvioitu olevan 20-80 %. Viruksen tärkein leviämistapa on viroottinen siemenperuna. Korkealaatuinen siemenperuna on edellytys ruoka-, ruokateollisuus- ja tärkkelysperunan tuotannolle. Kasvuston silmämääräinen tarkastelu aliarvioi yleensä Y-viruksen esiintyvyyttä. Laboratoriotestauksen avulla saadaan tarkempi tieto pellolta korjatun sadon saastunta-asteesta. Ongelmana Y-viruksen testaamisessa on, että sitä ei havaita dormanssissa olevista perunoista otetuista näytteistä yhtä luotettavasti kuin jo dormanssin ohittaneista perunoista testattaessa. Erilaisia menetelmiä kemikaaleista (Rindite, bromietaani) kasvihormoneihin (mm. gibberelliinihappo) ja varastointiolosuhteiden muutoksiin (kylmä- ja lämpökäsittely) on kokeiltu perunan dormanssin purkamiseen, mutta tulokset ovat olleet vaihtelevia. Tässä tutkielmassa perunan dormanssin purkamiseen käytettiin happi-hiilidioksidikäsittelyä (O2 40 % ja CO2 20 %) eripituisina käsittelyaikoina. Tarkoituksena oli selvittää, vaikuttaako käsittely perunan itämiseen ja dormanssin luontaista aikaisempaan purkautumiseen tai Y-viruksen havaitsemiseen. Lisäksi haluttiin selvittää, voiko Y-viruksen määrittämisen ELISA-testillä (Enzyme Linked Immunosorbent Assay) tehdä yhtä luotettavasti myös muista kasvinosista (mukula, itu), kuin tällä hetkellä yleisesti käytetystä perunan lehdestä. Idätyskäsittelyn vaikutuksista dormanssin purkautumiseen saatiin vaihtelevia, eikä kovinkaan yleistettäviä tuloksia. Käsittelyn ei myöskään havaittu vaikuttavan PYY-viroottisuuden havaitsemiseen eri näytemateriaaleilla testattaessa. Kun eri kasvinosien toimivuutta testissä vertailtiin, mukulamateriaalin todettiin aliarvioivan PVY-viroottisuutta kaikissa kokeissa. Myös itumateriaali aliarvioi pääsääntöisesti PVY-viroottisuutta ELISA:lla tehdyissä määrityksissä. Luotettavin testimateriaali oli perunan lehti.

Jakojuuriviljelyn vaikutus kasvihuonekurkun (Cucumis sativus L.) kasvuun ja kehitykseen

Kasvit ottavat vettä parhaiten kasteluravinneliuoksesta, jonka ravinnepitoisuus on pieni. Intensiivisessä kasvihuonetuotannossa käytetään silti kastelulannoituksessa usein korkeita ravinnepitoisuuksia ravinnepuutosten ja satotappioiden välttämiseksi. Jakojuuriviljelyssä kasvin juuriston annetaan kasvaa kahteen erilliseen kasvualustaosioon. Tällöin toiselle puolelle annetaan johtokyvyltään väkevää ja toiselle puolelle laimeaa ravinneliuosta. Erityisesti kasvihuonekurkun, joka on herkkä kasvualustan suolaisuuden aiheuttamille vedensaantiongelmille, on todettu hyötyvän tästä tekniikasta, mikä näkyy kasvaneina satoina. Tämän MTT Piikkiössä toteutetun kasvihuonekurkun jakojuuriviljelytutkimuksen tavoitteena oli tarkentaa tekniikkaa erityisesti kasteluliuosten johtokyvyn osalta. Yhtenäisjuuriviljelyn ja perinteisen jakojuuriviljelyn lisäksi kokeessa oli kaksi jakojuuriviljelykäsittelyä, joissa ravinneliuosväkevyyksiä vaihdettiin väliajoin juuriston toimintakyvyn parantamiseksi. Erillisessä osakokeessa tutkittiin erilaisten johtokyky-yhdistelmien vaikutusta kasvihuonekurkun vegetatiiviseen kasvuun maanpäällisten ja -alaisten kasvinosien välillä sekä juurten morfologiaan ja anatomiaan. Tulokset osoittivat, että jakojuuriviljely lisäsi kasvihuonekurkun sadontuottoa jopa 16 %, mutta ei vaikuttanut koko viljelykauden veden tai ravinteiden ottoon. Yhtenäisjuuriviljelyssä muodostui eniten piikkikärkisiä hedelmiä, mikä viittaa vedensaantiongelmiin haihdutustarpeen ollessa suurin. Viljelytekniikalla ei ollut vaikutusta kasvien vegetatiiviseen kasvuun tai kasvuston rakenteeseen. Lehtiruodeista tehdyt nitraatti- ja kaliummittaukset osoittivat, ettei kasteluliuosten ravinnepitoisuuksilla ollut vaikutusta juurten ravinteiden ottoon. Erilaisilla johtokyky-yhdistelmillä oli huomattavampi vaikutus kasvihuonekurkun juurten painoon kuin verson painoon tai varren pituuskasvuun. Lehtiruotianalyysit viittasivat ravinteiden erilaiseen allokointiin eri johtokyky-yhdistelmissä. Korkeiden johtokykyjen aiheuttama osmoottinen stressi johti muutoksiin juurten morfologiassa ja anatomiassa. Tulosten perusteella jakojuuriviljely paransi kehittyvien hedelmien kohdevahvuutta suhteessa muihin kohteisiin vaikuttamatta vegetatiiviseen kasvuun. Kun laimean ja väkevän ravinneliuoksen puolia vaihdettiin, juuristo otti joustavasti vettä ja ravinteita olosuhteiden määräämästä edullisemmasta johtokyvystä, jolloin kasvihuonekurkun viljelyssä saavutettiin merkittävä satoetu. Juuriston jakaminen vaikuttanee kasvien hormoniaineenvaihduntaan ja voi heikentää juuriston kasvua heikentämättä sen toimintakykyä, jolloin yhteyttämistuotteita kohdennetaan tehokkaammin maanpäällisten osien kasvuun.

Kymmenen teollisesti merkittävän puulajin kuoriuutteiden mahdollisuudet tuholaistorjunnassa

Metsäteollisuudesta kertyy vuosittain suuria määriä ylijäämämateriaalia, kuten puun kuorta ja oksia.Ylimääräinen aines käytetään pääasiassa energiantuotantoon, mutta uusia soveltamismahdollisuuksia kaivataan. Kuoren on havaittu olevan potentiaalinen lähde monille bioaktiivisille yhdisteille, joille olisi käyttöä esimerkiksi lääke- ja kemianteollisuudessa sekä maa-, metsä- ja puutarhatuotannon tuholaistorjunnassa. Tutkimus on osa Euroopan Unionin rahoittamaa ForestSpeCs-projektia, jonka tarkoituksena on selvittää metsäteollisuuden ylijäämämateriaalien vaihtoehtoisia käyttötapoja. Valittujen kymmenen teollisesti merkittävän pohjoisen puulajin (Abies nephrolepis, Betula pendula, Larix decidua, L. gmelinii, L. sibirica, Picea abies, P. ajanensis, P. pumila, Pinus sylvestris, Populus tremula) kuoresta uutettujen aineiden soveltuvuutta syönninestoaineeksi testattiin kaaliperhosen (Pieris brassicae L.) ja krysanteemiyökkösen (Spodoptera littoralis Boisduval) toukilla sekä osittain sinappikuoriaisella (Phaedon cochloreae Fabricius) ja idänlehtikuoriaisella (Agelastica alni L.). Uutteet valmistettiin yhteistyössä projektin ryhmien avulla tai itsenäisesti erilaisin menetelmin. Testaukset tehtiin laboratorio-oloissa käyttäen lehtikiekkojen valintabiotestiä sekä karkeilla uutteilla että niistä erotelluilla yksittäisillä yhdisteillä. Tehdyistä mittauksista laskettiin syönninestoindeksit (FDI). Tulosten perusteella lähes kaikki testatut uutteet vaikuttivat ainakin jossain määrin kohdehyönteisen syöntikäyttäytymiseen. Hieman yli puolet kaaliperhosella testatuista 46 uutteesta aiheuttivat yli 50 % syönnineston eli kaaliperhonen suosi kontrollilehtiä uutteella käsiteltyjä todennäköisemmin. Krysanteemiyökkösellä yli 50 %:n syönnineston aiheuttivat vain seitsemän testatuista 56 uutteesta. Lisäksi kolme uutetta lisäsi käsiteltyjen kiekkojen syöntiä merkittävästi. Idänlehtikuoriaistoukat ja -aikuiset karttoivat erityisesti abietiinihapolla käsiteltyjä lehtiä. Sinappikuoriaisella testatut uutteet toimivat myös lupaavasti. Testattujen puulajien kuoresta on mahdollista uuttaa biologisesti aktiivisia yhdisteitä, mutta tuholaistorjunnan kannalta oikeiden pitoisuuksien ja tehokkaiden uuttomenetelmien löytäminen vaatii jatkotutkimuksia. Kuoren sisältämien yhdisteiden laatu ja määrä vaihtelevat monien tekijöiden, kuten ympäristön ja genetiikan vaikutuksesta. Hyönteisten sietokyky vaihtelee myös paljon lajeittain ja yksilöidenkin välillä on eroja. Uutteista valmistettavia torjunta-aineita olisi kuitenkin mahdollista sisällyttää esimerkiksi integroituun torjuntaan muiden menetelmien rinnalle tulevaisuudessa.