Identification of Novel Craniofacial Regulatory Domains Located far Upstream of SOX9 and Disrupted in Pierre Robin Sequence.

Mutations in the coding sequence of SOX9 cause campomelic dysplasia (CD), a disorder of skeletal development associated with 46,XY disorders of sex development (DSDs). Translocations, deletions, and duplications within a ∼2 Mb region upstream of SOX9 can recapitulate the CD-DSD phenotype fully or partially, suggesting the existence of an unusually large cis-regulatory control region. Pierre Robin sequence (PRS) is a craniofacial disorder that is frequently an endophenotype of CD and a locus for isolated PRS at ∼1.2-1.5 Mb upstream of SOX9 has been previously reported. The craniofacial regulatory potential within this locus, and within the greater genomic domain surrounding SOX9, remains poorly defined. We report two novel deletions upstream of SOX9 in families with PRS, allowing refinement of the regions harboring candidate craniofacial regulatory elements. In parallel, ChIP-Seq for p300 binding sites in mouse craniofacial tissue led to the identification of several novel craniofacial enhancers at the SOX9 locus, which were validated in transgenic reporter mice and zebrafish. Notably, some of the functionally validated elements fall within the PRS deletions. These studies suggest that multiple noncoding elements contribute to the craniofacial regulation of SOX9 expression, and that their disruption results in PRS.

Large scale assessment of regulatory evolution and transcriptome complexity in mammals

AbstractIn addition to genetic changes affecting the function of gene products, changes in gene expression have been suggested to underlie many or even most of the phenotypic differences among mammals. However, detailed gene expression comparisons were, until recently, restricted to closely related species, owing to technological limitations. Thus, we took advantage of the latest technologies (RNA-Seq) to generate extensive qualitative and quantitative transcriptome data for a unique collection of somatic and germline tissues from representatives of all major mammalian lineages (placental mammals, marsupials and monotremes) and birds, the evolutionary outgroup.In the first major project of my thesis, we performed global comparative analyses of gene expression levels based on these data. Our analyses provided fundamental insights into the dynamics of transcriptome change during mammalian evolution (e.g., the rate of expression change across species, tissues and chromosomes) and allowed the exploration of the functional relevance and phenotypic implications of transcription changes at a genome-wide scale (e.g., we identified numerous potentially selectively driven expression switches).In a second project of my thesis, which was also based on the unique transcriptome data generated in the context of the first project we focused on the evolution of alternative splicing in mammals. Alternative splicing contributes to transcriptome complexity by generating several transcript isoforms from a single gene, which can, thus, perform various functions. To complete the global comparative analysis of gene expression changes, we explored patterns of alternative splicing evolution. This work uncovered several general and unexpected patterns of alternative splicing evolution (e.g., we found that alternative splicing evolves extremely rapidly) as well as a large number of conserved alternative isoforms that may be crucial for the functioning of mammalian organs.Finally, the third and final project of my PhD consisted in analyzing in detail the unique functional and evolutionary properties of the testis by exploring the extent of its transcriptome complexity. This organ was previously shown to evolve rapidly both at the phenotypic and molecular level, apparently because of the specific pressures that act on this organ and are associated with its reproductive function. Moreover, my analyses of the amniote tissue transcriptome data described above, revealed strikingly widespread transcriptional activity of both functional and nonfunctional genomic elements in the testis compared to the other organs. To elucidate the cellular source and mechanisms underlying this promiscuous transcription in the testis, we generated deep coverage RNA-Seq data for all major testis cell types as well as epigenetic data (DNA and histone methylation) using the mouse as model system. The integration of these complete dataset revealed that meiotic and especially post-meiotic germ cells are the major contributors to the widespread functional and nonfunctional transcriptome complexity of the testis, and that this "promiscuous" spermatogenic transcription is resulting, at least partially, from an overall transcriptionally permissive chromatin state. We hypothesize that this particular open state of the chromatin results from the extensive chromatin remodeling that occurs during spermatogenesis which ultimately leads to the replacement of histones by protamines in the mature spermatozoa. Our results have important functional and evolutionary implications (e.g., regarding new gene birth and testicular gene expression evolution).Generally, these three large-scale projects of my thesis provide complete and massive datasets that constitute valuables resources for further functional and evolutionary analyses of mammalian genomes.

Low molecular weight carboxylic acids in oxidizing porphyry copper tailings

The distribution of low molecular weight carboxylic acids (LMWCA) was investigated in pore water profiles from two porphyry copper tailings impoundments in Chile (Piuquenes at La Andina and Cauquenes at El Teniente mine). The objectives of this study were (1) to determine the distribution of LMWCA, which are interpreted to be the metabolic byproducts of the autotroph microbial community in this low organic carbon system, and (2) to infer the potential role of these acids in cycling of Fe and other elements in the tailings impoundments. The speciation and mobility of iron, and potential for the release of H+ via hydrolysis of the ferric iron, are key factors in the formation of acid mine drainage in sulfidic mine wastes. In the low-pH oxidation zone of the Piuquenes tailings, Fe(III) is the dominant iron species and shows high mobility. LMWCA, which occur mainly between the oxidation front down to 300 cm below the tailings surface at both locations (e.g., max concentrations of 0.12 mmol/L formate, 0.17 mmol/L acetate, and 0.01 mmol/L pyruvate at Piuquenes and 0.14 mmol/L formate, 0.14 mmol/L acetate, and 0.006 mmol/L pyruvate at Cauquenes), are observed at the same location as high Fe concentrations (up to 71.2 mmol/L Fe(II) and 16.1 mmol/L Fe(III), respectively). In this zone, secondary Fe(111) hydroxides are depleted. Our data suggest that LMWCA may influence the mobility of iron in two ways. First, complexation of Fe(III), through formation of bidentate Fe(III)-LMWCA complexes (e.g., pyruvate, oxalate), may enhance the dissolution of Fe(III) (oxy)hydroxides or may prevent precipitation of Fe(III) (oxy)hydroxides. Soluble Fe(III) chelate complexes which may be mobilized downward and convert to Fe(II) by Fe(III) reducing bacteria. Second, monodentate LMWCA (e.g., acetate and formate) can be used by iron-reducing bacteria as electron donors (e.g., Acidophilum spp.), with ferric iron as the electron acceptor. These processes may, in part, explain the low abundances of secondary Fe(III) hydroxide precipitates below the oxidation front and the high concentrations of Fe(II) observed in the pore waters of some low-sulfide systems. The reduction of Fe(III) and the subsequent increase of iron mobility and potential acidity transfer (Fe(II) oxidation can result in the release of H+ in an oxic environment) should be taken in account in mine waste management strategies.

Restricted transgene expression in the brain with cell-type specific neuronal promoters.

Tissue-targeted expression is of major interest for studying the contribution of cellular subpopulations to neurodegenerative diseases. However, in vivo methods to investigate this issue are limited. Here, we report an analysis of the cell specificity of expression of fluorescent reporter genes driven by six neuronal promoters, with the ubiquitous phosphoglycerate kinase 1 (PGK) promoter used as a reference. Quantitative analysis of AcGFPnuc expression in the striatum and hippocampus of rodents showed that all lentiviral vectors (LV) exhibited a neuronal tropism; however, there was substantial diversity of transcriptional activity and cell-type specificity of expression. The promoters with the highest activity were those of the 67 kDa glutamic acid decarboxylase (GAD67), homeobox Dlx5/6, glutamate receptor 1 (GluR1), and preprotachykinin 1 (Tac1) genes. Neuron-specific enolase (NSE) and dopaminergic receptor 1 (Drd1a) promoters showed weak activity, but the integration of an amplification system into the LV overcame this limitation. In the striatum, the expression profiles of Tac1 and Drd1a were not limited to the striatonigral pathway, whereas in the hippocampus, Drd1a and Dlx5/6 showed the expected restricted pattern of expression. Regulation of the Dlx5/6 promoter was observed in a disease condition, whereas Tac1 activity was unaffected. These vectors provide safe tools that are more selective than others available, for the administration of therapeutic molecules in the central nervous system (CNS). Nevertheless, additional characterization of regulatory elements in neuronal promoters is still required.

Avoiding epigenetic variations in transgene expression with genetic insulators

Gene transfer that relies on integrating vectors often suffers from epigenetic or regulatory effects that influence the expression of the therapeutic gene and=or of cellular genes located near the vector integration site in the chromosome. Insulator elements act to block gene activation by enhancers, while chromatin domain boundary or barrier sequences prevent gene-silencing effects. At present, the modes of action of insulator and barriers are poorly understood, and their use in the context of gene therapies remains to be documented. Using combinations of reporter genes coding for indicator fluorescent proteins, we constructed assay systems that allow the quantification of the insulator or of the barrier activities of genetic elements in individual cells. This presentation will illustrate how these assay systems were used to identify short DNA elements that can insulate nearby genes from activation by viral vector enhancer elements, and=or that can block the propagation of a silent chromatin structure that leads to gene silencing. We will show that small elements of the order of 100-400 nucleotides can be designed to achieve both insulator and boundary function, as needed for safer integrating viral vectors.

Melt variability in percolated peridotite: an experimental study applied to reactive migration of tholeiitic basalt in the upper mantle

Melt-rock reaction in the upper mantle is recorded in a variety of ultramafic rocks and is an important process in modifying melt composition on its way from the source region towards the surface. This experimental study evaluates the compositional variability of tholeiitic basalts upon reaction with depleted peridotite at uppermost-mantle conditions. Infiltration-reaction processes are simulated by employing a three-layered set-up: primitive basaltic powder ('melt layer') is overlain by a 'peridotite layer' and a layer of vitreous carbon spheres ('melt trap'). Melt from the melt layer is forced to move through the peridotite layer into the melt trap. Experiments were conducted at 0.65 and 0.8 GPa in the temperature range 1,170-1,290 degrees C. In this P-T range, representing conditions encountered in the transition zone (thermal boundary layer) between the asthenosphere and the lithosphere underneath oceanic spreading centres, the melt is subjected to fractionation, and the peridotite is partially melting (T (s) similar to 1,260 degrees C). The effect of reaction between melt and peridotite on the melt composition was investigated across each experimental charge. Quenched melts in the peridotite layers display larger compositional variations than melt layer glasses. A difference between glasses in the melt and peridotite layer becomes more important at decreasing temperature through a combination of enrichment in incompatible elements in the melt layer and less efficient diffusive equilibration in the melt phase. At 1,290A degrees C, preferential dissolution of pyroxenes enriches the melt in silica and dilutes it in incompatible elements. Moreover, liquids become increasingly enriched in Cr(2)O(3) at higher temperatures due to the dissolution of spinel. Silica contents of liquids decrease at 1,260 degrees C, whereas incompatible elements start to concentrate in the melt due to increasing levels of crystallization. At the lowest temperatures investigated, increasing alkali contents cause silica to increase as a consequence of reactive fractionation. Pervasive percolation of tholeiitic basalt through an upper-mantle thermal boundary layer can thus impose a high-Si 'low-pressure' signature on MORB. This could explain opx + plag enrichment in shallow plagioclase peridotites and prolonged formation of olivine gabbros.

Monitoring the clinical introduction of a glutamine and antioxidant solution in critically ill trauma and burn patients

OBJECTIVE: Enteral glutamine supplementation and antioxidants have been shown to be beneficial in some categories of critically ill patients. This study investigated the impact on organ function and clinical outcome of an enteral solution enriched with glutamine and antioxidant micronutrients in patients with trauma and with burns. METHODS: This was a prospective study of a historical control group including critically ill, burned and major trauma patients (n = 86, 40 patients with burns and 46 with trauma, 43 in each group) on admission to an intensive care unit in a university hospital (matching for severity, age, and sex). The intervention aimed to deliver a 500-mL enteral solution containing 30 g of glutamine per day, selenium, zinc, and vitamin E (Gln-AOX) for a maximum of 10 d, in addition to control treatment consisting of enteral nutrition in all patients and intravenous trace elements in all burn patients. RESULTS: Patients were comparable at baseline, except for more inhalation injuries in the burn-Gln-AOX group (P = 0.10) and greater neurologic impairment in the trauma-Gln-AOX group (P = 0.022). Intestinal tolerance was good. The full 500-mL dose was rarely delivered, resulting in a low mean glutamine daily dose (22 g for burn patients and 16 g for trauma patients). In burn patients intravenous trace element delivery was superior to the enteral dose. The evolution of the Sequential Organ Failure Assessment score and other outcome variables did not differ significantly between groups. C-reactive protein decreased faster in the Gln-AOX group. CONCLUSION: The Gln-AOX supplement was well tolerated in critically ill, injured patients, but did not improve outcome significantly. The delivery of glutamine below the 0.5-g/kg recommended dose in association with high intravenous trace element substitution doses in burn patients are likely to have blunted the impact by not reaching an efficient treatment dose. Further trials testing higher doses of Gln are required.

Elemental and isotopic zoning in natural alpine quartz

THESIS ABSTRACT : Stable isotope geochemistry is used to help resolve a large number of geological questions. In order to do this, it is essential to understand the different mechanisms that govern isotopic fractionation processes between different phases and to identify the conditions required to reach equilibrium fractionation. However, at low temperatures, these processes are poorly constrained and many factors can induce differential partitioning of the isotopes between sectors of a mineral species and the fluid during mineral growth. This can result in so-called 'sector zoning' of a mineral species. The aim of this thesis is to evaluate the occurrence of sector zoning of the oxygen isotopes and trace elements in natural α-quartz crystals and to identify the reasons for such zoning. The implications for the fluid-mineral interactions are studied in the context of the Alpine metamorphism. The approach chosen has focused on examining the crystal structure, cathodoluminescence appearance (CL), and on relating elemental (e.g. Li, Na, Al, P, K, Ca, Ge, Ti, Fe) to stable oxygen isotope compositions between and along different growth sectors. Low temperature quartz samples were selected from Alpine veins in different localities, where growth conditions have already been well constrained. The mineralogy as well as the isotopic compositions of the host rocks were also investigated, in order to interpret the variations obtained between the different growth stages in the framework of fluid-rock interaction during Alpine metamorphism. Depending on the growth conditions, most of the studied quartz is strongly zoned in CL, and it reveals corresponding zonations in the trace element content (e.g. growth zoning). Aluminium, substituting for Si in the lattice, was found in concentrations up to 1000's ppma, and its distribution is strongly related to Li and H and to a lesser extent, to Ge. Elemental sector zoning is evident from the distribution of these three elements since they exhibit differences in their respective concentrations between faces for distinct growth zones, with prismatic faces having the lowest Al contents. Quartz from veins in magmatic rocks, for example, tend to have lower Al concentrations and similar concentrations of Li and Ti suggesting also a contribution of these elements from the host rock. The relationship between Al and Li is still correlated. Only Alpine crystals grown at higher temperatures (~400°C) without any CL zoning feature are free of these impurities and do not show such zoning characteristics. Differences in the δ18O values were measured between different faces principally in the AIenriched growth zones or stages. These results were confirmed by the means of two different methods (in situ/non in situ). However, it was determined that the Al concentrations do not affect significantly oxygen isotope fractionations at 300°C. The results altogether suggest that the presence of sector zoning in quartz crystals is real, but not universal, and henceforth should be taken into consideration for any use of these systems. The occurrence of disequilibrium partitioning has been enhanced and is possibly related to kinetic processes as well as structural effects that do not affect similarly trace element incorporation and isotopic fractionation. In situ measurements also revealed fine scale δ18O zonations along growth paths that are useful to constrain fluid-rock interactions during Alpine metamorphism. Variations in the δ18O values present along growth vectors indicate changes in the fluid composition and origin. Association with oxygen isotope composition of the host rock allows for the deduction of interactions between rocks, veins and consequently fluids, as well as fluid regimes. RESUME DE LA THESE : A basses températures, (i.e. <400°C) les différents mécanismes qui régissent le fractionnement isotopique ainsi que les conditions nécessaires pour établir un état d'équilibre sont peu connus et nombre de paramètres peuvent entraîner un partitionnement chimique différentiel entre différents secteurs d'un minéral et le fluide en contact. Ainsi, ce travail de thèse a pour but d'évaluer la possible présence de zonages sectoriels en isotopes de l'oxygène mais aussi en éléments traces dans des cristaux naturels de quartz-α de basses températures, ainsi que les raisons d'un tel phénomène et enfin ses implications sur les interactions fluide-roche, principalement dans le cadre du métamorphisme Alpin. La structure et l'apparence en cathodoluminescence (CL) des échantillons ont été caractérisées avant de retracer en détail les compositions en élément traces (Li, Na, Al, P, K, Ca, Ge, Ti, Fe) et en isotopes de l'oxygène, le long et entre différents secteurs. Les échantillons de quartz sélectionnés proviennent majoritairement de veines Alpine de différentes localités, où les conditions de croissance ont été déjà bien caractérisées. Les compositions minéralogiques et isotopiques de la roche encaissante ont aussi été examinées, pour contraindre les variations obtenues dans un contexte Alpin. Selon leurs conditions de croissance, la plupart des cristaux étudiés sont fortement zonés, ce qui est souligné par un zonage des concentrations en éléments traces (e.g. zonage de croissance). L'Aluminium, qui peut se substituer à la Silice dans le réseau cristallin, a été retrouvé jusqu'en très grandes concentrations dans certaines zones (plusieurs milliers de ppma). De plus, la distribution en Al est fortement liée à celles de Li et H, ainsi que dans une moindre mesure à Ge. La présence de zonage sectoriel est évidente au niveau de ces éléments qui montrent de larges différences de concentrations entre différentes faces pour une même zone de croissance, avec les concentrations les plus basses retrouvées dans les faces prismatiques. Les quartz de veines situées dans des roches magmatiques par exemple possèdent des concentrations en Li et Ti de même ordre de grandeur, confirmant le rôle de la composition de la roche encaissante. La relation Li/Al est toujours fortement présente, mais ce rapport est fonction de la face mesurée. Seuls les cristaux Alpins de plus hautes températures (400°C) ne possédant pas de zones en CL ne présentent aucune de ces caractéristiques. Des différences dans les valeurs de δ18O de zones identiques enrichies en Al ont clairement été mesurées entre les différentes faces r, z, et m, mais aussi au sein d'une même seule zone, indiquant que le fractionnement a probablement eu lieu en déséquilibre. Il a été déterminé que la présence d'Al dans ces teneurs n'avait qu'un faible effet sur le fractionnement isotopique de l'oxygène. L'utilisation de deux méthodes différentes a permis d'obtenir des résultats in situ et non in situ concordants. La comparaison des résultats obtenus permet de démontrer que le zonage sectoriel est bien présent dans certains cristaux de quartz, et dépend des conditions de formation. La présence d'un partitionnement différentiel des éléments traces peut être due à des effets cinétiques aussi bien que structuraux, alors que le zonage sectoriel des isotopes de l'oxygène aurait d'autres origines. Il est alors évident que la possibilité de zonage sectoriel doit être désormais pris en considération avant toute interprétations de données isotopiques de cristaux zonés. Les mesures in situ ont de plus permis de distinguer de fines variations des valeurs δ18O au cours de la croissance, qui peuvent aider à retracer la circulations des fluides dans les Alpes durant cette période. En association avec les compositions des roches encaissantes, ii est possible de déduire les interactions entre roches, veines, et par conséquent fluides, au cours de différentes étapes. RESUME GRAND PUBLIC : La géochimie des isotopes stables a pris beaucoup d'importance depuis ces dernières années pour aider à résoudre nombre de questions géologiques, en se basant sur les caractéristiques du fractionnement isotopiques pour différents systèmes. Il est donc nécessaire d'avoir une connaissance approfondie des mécanismes qui s'appliquent au fractionnement isotopique entre les minéraux et les fluides à partir desquels ils se forment. Ces mécanismes ont été bien approchés par différents types de calibrations pour des systèmes à hautes températures, cependant cela n'est pas aussi évident pour les systèmes à des températures inférieures à 400-500°C. Ce travail de thèse a pour but d'aider à la description et la compréhension des phénomènes qui peuvent affecter le fractionnement isotopique à basses températures, ainsi que leurs implications, à partir de l'étude de cristaux de quartz. Le choix des échantillons s'est porté sur des cristaux naturels formés à des températures inférieures ou égales à 400°C, provenant majoritairement de fissures hydrothermales Alpines dont les conditions de formation ont déjà été déterminées. L'étude des cristaux Alpin permet de plus de replacer les résultats obtenus dans le contexte du métamorphisme Alpin au cours du Miocène (21-13 Ma). Après examen de la structure et de la morphologie des cristaux, et leur caractérisation par cathodoluminescence (CL), des analyses chimiques détaillées sur les éléments en traces pouvant entrer dans le réseau cristallin du quartz comme impuretés (i.e. Li, Na, Al, P, K, Ca, Ge, Ti), et des isotopes stables de l'oxygène, ont été menées. En fonction des conditions de croissance, la plupart des cristaux présentent des zonations, qui peuvent être facilement reliées à la distribution des éléments traces analysés par microsonde électronique, sonde ionique (SIMS) et LA-ICPMS. De fortes concentrations d'Aluminium (plusieurs milliers de parties par million atomique) ont pu être observées dans les zones les plus externes des cristaux. De plus, les concentrations en Al et en Li sont toujours corrélées; la présence d'Hydrogène déduite à partir d'analyses par FTIR suit cette même tendance. Les différentes faces des cristaux présentent des concentrations distinctes d'Al, Li et H pour des mêmes zones de croissance, avec par exemple les concentrations les plus faibles dans les zones des faces prismatiques. Cela implique la présence d'un zonage sectoriel, qui a déjà été observé principalement dans des carbonates mais jamais décrit auparavant pour des quartz. Seuls les cristaux alpins homogènes en CL dont la croissance s'est faite à plus haute température (400°C) ne présentent aucune de ces caractéristiques. Par analogie avec le zonage sectoriel en Al, élément qui se substitue au Si dans le réseau cristallin du quartz, il est possible de penser qu'un zonage sectoriel pourrait aussi s'appliquer aux isotopes de l'oxygène. Des précédentes études avaient en effet émis cette hypothèse. Nos résultats ont été obtenus à partir d'analyses à la fois in- situ par SIMS, et par extraction assistée par laser-CO2 sur des parties de quartz soigneusement séparées, et sont en accord entre les deux méthodes. Un zonage sectoriel est en effet bien présent pour les cristaux alpins, mais principalement au niveau des zones très riches en Aluminium. Cependant, il a été déterminé que la présence d'Al dans ces teneurs avait un effet plus que minimal sur le fractionnement isotopique de l'oxygène. Des différences importantes ont été observées entre les faces r & z mais aussi au sein d'une même et seule zone, indiquant que le fractionnement a pu avoir lieu en déséquilibre, ce qui est aussi visible au niveau des valeurs totalement opposées entre faces pour la dernière phase de croissance de certains cristaux. Ainsi l'association de ces résultats laisse suggérer que la présence d'un zonage sectoriel peut être liée à différents paramètres tels que le taux de croissance ou la structure de surface du cristal, mais qui n'affectent pas de la même façon l'incorporation des éléments traces et le fractionnement isotopique. La possibilité d'un zonage sectoriel est importante à prendre en compte lors de toute interprétation de données isotopiques. Les analyses des isotopes de l'oxygène effectuées par SIMS ont aussi permis de distinguer des variations importantes à petite échelle au cours de la croissance. Des mesures faites par laser CO2 sur certaines roches encaissantes, ont permis distinguer plusieurs étapes dans la croissance des minéraux et de déduire le rôle de l'encaissant et le type de fluide. En association avec de précédentes études, il a été ainsi possible de mieux contraindre la formation de ces cristaux dans le contexte alpin et la circulation de fluide au cours du métamorphisme alpin durant le Miocène.

Dicer1 depletion in male germ cells leads to infertility due to cumulative meiotic and spermiogenic defects.

Background: Spermatogenesis is a complex biological process that requires a highly specialized control of gene expression. In the past decade, small non-coding RNAs have emerged as critical regulators of gene expression both at the transcriptional and post-transcriptional level. DICER1, an RNAse III endonuclease, is essential for the biogenesis of several classes of small RNAs, including microRNAs (miRNAs) and endogenous small interfering RNAs (endo-siRNAs), but is also critical for the degradation of toxic transposable elements. In this study, we investigated to which extent DICER1 is required for germ cell development and the progress of spermatogenesis in mice.Principal Findings: We show that the selective ablation of Dicer1 at the early onset of male germ cell development leads to infertility, due to multiple cumulative defects at the meiotic and post-meiotic stages culminating with the absence of functional spermatozoa. Alterations were observed in the first spermatogenic wave and include delayed progression of spermatocytes to prophase I and increased apoptosis, resulting in a reduced number of round spermatids. The transition from round to mature spermatozoa was also severely affected, since the few spermatozoa formed in mutant animals were immobile and misshapen, exhibiting morphological defects of the head and flagellum. We also found evidence that the expression of transposable elements of the SINE family is up-regulated in Dicer1-depleted spermatocytes.Conclusions/Significance: Our findings indicate that DICER1 is dispensable for spermatogonial stem cell renewal and mitotic proliferation, but is required for germ cell differentiation through the meiotic and haploid phases of spermatogenesis.

Casparian strip diffusion barrier in Arabidopsis is made of a lignin polymer without suberin.

Casparian strips are ring-like cell-wall modifications in the root endodermis of vascular plants. Their presence generates a paracellular barrier, analogous to animal tight junctions, that is thought to be crucial for selective nutrient uptake, exclusion of pathogens, and many other processes. Despite their importance, the chemical nature of Casparian strips has remained a matter of debate, confounding further molecular analysis. Suberin, lignin, lignin-like polymers, or both, have been claimed to make up Casparian strips. Here we show that, in Arabidopsis, suberin is produced much too late to take part in Casparian strip formation. In addition, we have generated plants devoid of any detectable suberin, which still establish functional Casparian strips. In contrast, manipulating lignin biosynthesis abrogates Casparian strip formation. Finally, monolignol feeding and lignin-specific chemical analysis indicates the presence of archetypal lignin in Casparian strips. Our findings establish the chemical nature of the primary root-diffusion barrier in Arabidopsis and enable a mechanistic dissection of the formation of Casparian strips, which are an independent way of generating tight junctions in eukaryotes.

A Y-like social chromosome causes alternative colony organization in fire ants.

Intraspecific variability in social organization is common, yet the underlying causes are rarely known. In the fire ant Solenopsis invicta, the existence of two divergent forms of social organization is under the control of a single Mendelian genomic element marked by two variants of an odorant-binding protein gene. Here we characterize the genomic region responsible for this important social polymorphism, and show that it is part of a pair of heteromorphic chromosomes that have many of the key properties of sex chromosomes. The two variants, hereafter referred to as the social B and social b (SB and Sb) chromosomes, are characterized by a large region of approximately 13 megabases (55% of the chromosome) in which recombination is completely suppressed between SB and Sb. Recombination seems to occur normally between the SB chromosomes but not between Sb chromosomes because Sb/Sb individuals are non-viable. Genomic comparisons revealed limited differentiation between SB and Sb, and the vast majority of the 616 genes identified in the non-recombining region are present in the two variants. The lack of recombination over more than half of the two heteromorphic social chromosomes can be explained by at least one large inversion of around 9 megabases, and this absence of recombination has led to the accumulation of deleterious mutations, including repetitive elements in the non-recombining region of Sb compared with the homologous region of SB. Importantly, most of the genes with demonstrated expression differences between individuals of the two social forms reside in the non-recombining region. These findings highlight how genomic rearrangements can maintain divergent adaptive social phenotypes involving many genes acting together by locally limiting recombination.

3D coronary vessel wall imaging utilizing a local inversion technique with spiral image acquisition.

Current 2D black blood coronary vessel wall imaging suffers from a relatively limited coverage of the coronary artery tree. Hence, a 3D approach facilitating more extensive coverage would be desirable. The straightforward combination of a 3D-acquisition technique together with a dual inversion prepulse can decrease the effectiveness of the black blood preparation. To minimize artifacts from insufficiently suppressed blood signal of the nearby blood pools, and to reduce residual respiratory motion artifacts from the chest wall, a novel local inversion technique was implemented. The combination of a nonselective inversion prepulse with a 2D selective local inversion prepulse allowed for suppression of unwanted signal outside a user-defined region of interest. Among 10 subjects evaluated using a 3D-spiral readout, the local inversion pulse effectively suppressed signal from ventricular blood, myocardium, and chest wall tissue in all cases. The coronary vessel wall could be visualized within the entire imaging volume.

Estimation of a maximum Lu diffusion rate in a natural eclogite garnet

Lutetium zoning in garnet within eclogites from the Zermatt-Saas Fee zone, Western Alps, reveal sharp, exponentially decreasing central peaks. They can be used to constrain maximum Lu volume diffusion in garnets. A prograde garnet growth temperature interval of 450-600 A degrees C has been estimated based on pseudosection calculations and garnet-clinopyroxene thermometry. The maximum pre-exponential diffusion coefficient which fits the measured central peak is in the order of D-0= 5.7*10(-6) m(2)/s, taking an estimated activation energy of 270 kJ/mol based on diffusion experiments for other rare earth elements in garnet. This corresponds to a maximum diffusion rate of D (600 A degrees C) = 4.0*10(-22) m(2)/s. The diffusion estimate of Lu can be used to estimate the minimum closure temperature, T-c, for Sm-Nd and Lu-Hf age data that have been obtained in eclogites of the Western Alps, postulating, based on a literature review, that D (Hf) < D (Nd) < D (Sm) a parts per thousand currency sign D (Lu). T-c calculations, using the Dodson equation, yielded minimum closure temperatures of about 630 A degrees C, assuming a rapid initial exhumation rate of 50A degrees/m.y., and an average crystal size of garnets (r = 1 mm). This suggests that Sm/Nd and Lu/Hf isochron age differences in eclogites from the Western Alps, where peak temperatures did rarely exceed 600 A degrees C must be interpreted in terms of prograde metamorphism.

MOLECULAR MECHANISMS OF A ROOT SYSTEM TO SOIL ADAPTATION

Contrairement aux animaux, les plantes sont des organismes sessiles qui ne possèdent pas de mécanismes de fuite quand les conditions environnementales ne sont plus optimales. Les plantes sont physiquement ancrées à l'endroit où elles ont germées et aux conditions environnementales qui parfois peuvent être extrêmes. Les possibilités d'acclimatation de différentes espèces, parfois même de groupes de plantes au sein d'une même espèce, peuvent varier mais repose sur une adaptation génétique de la plante. L'adaptation est un long processus qui repose sur l'apparition spontanée de mutations génétiques, leur mise à l'épreuve face aux conditions environnementales, et dans le cas où la mutation a un impact positif sur la survie dans cet habitat particulier, elle sera maintenue dans une population donnée de plantes. De telles populations, appelées écotypes, sont le matériel de départ pour la découverte de gènes qui induisent un bénéfice pour la plante dans un environnement donné. La plante la plus étudiée en biologie moléculaire est Arabidopsis thaliana, l'arabette des prés. Dans une étude précédente, les racines d'écotypes naturels d'Arabidopsis ont été comparées et un écotype, Uk-1, avait le système racinaire le plus particulier. Cet écotype possède des racines beaucoup plus courtes et plus ramifiées que tous les autres écotypes. Des analyses plus poussées ont montré qu'une seule mutation dans un gène était la cause de ce phénotype, le gène BREVIS RADIX (BRX), mot latin signifiant 'racine courte'. Bien que l'on connaisse le gène BRX, on connaît finalement peu de choses sur son importance adaptative. Dans cette étude, nous avons montré que la mutation dans le gène BRX rend la plante plus résistante aux sols acides. Dans l'optique de mieux comprendre cette valeur adaptative du mutant brx, nous avons analysé dans quels tissus le gène BRX jouait un rôle important. Nous avons pu mettre en évidence que BRX est important pour le développement du protophloème. Le protophloème est un élément du système vasculaire de la plante. En général, les plantes supérieures possèdent deux systèmes de transport à longue distance. L'un d'eux, appelé xylème, transporte l'eau et les nutriments absorbés du sol par les racines vers les feuilles. Les feuilles sont le siège du processus de photosynthèse au cours duquel sont produits des sucres qui devront être distribués partout dans les autres parties de la plante. Le tissu cellulaire chargé de livrer les produits de la photosynthèse, ainsi que les régulateurs de croissance, est le phloème. Ce dernier regroupe le métaphloème et le protophloème. Le protophloème est essentiel pour la livraison des sucres synthétisés ainsi que des signaux de croissance aux pointes des racines, centres organogéniques responsables de la production de nouvelles cellules durant la phase de croissance de la racine. La structure du protophloème peut être décrite comme des tubes continus, vides et résistants, faits de cellules spécialisées qui permettent un transport efficace et rapide. Nous avons montré que dans les mutants brx ces canaux de transports sont discontinus car certaines cellules n'ont pas terminé leur cycle de différenciation. Ces cellules obstruent le conduit ce qui fait que les sucres et les signaux de croissance, comme l'auxine, ne peuvent plus être transportés aux méristèmes. En conséquence, la prolifération de l'activité des méristèmes est compromise, ce qui explique les racines courtes. Au lieu d'être délivré aux méristèmes, l'auxine se concentre en amont des méristèmes où cela provoque l'apparition de nouvelles racines branchées et, très probablement, l'activation des pompes à protons. Sur des sols acides, la concentration en ion H+ est très élevée. Ces ions entrent dans les cellules de la racine par diffusion et perturbent notablement la croissance des racines et de la plante en général. Si les cellules de la racine possédaient des pompes à protons hyperactives, elles seraient capable d'évacuer le surplus d'ions H+ en dehors de la cellule, ce qui leur assurerait de meilleures chances de survie sur sols acides. De fait, le mutant brx est capable d'acidifier le milieu de culture dans lequel il est cultivé plus efficacement que la plante sauvage. Ce mutant est également capable de donner plus de progéniture sur ce type de milieu de croissance que les plantes sauvages. Finalement, nous avons trouvé d'autres mutants brx en milieu naturel poussant sur sols acides, ce qui suggère fortement que la mutation du gène BRX est une des causes de l'adaptation aux sols acides. -- Plants as sessile organisms have developed different mechanisms to cope with the complex environmental conditions in which they live. Adaptation is the process through which traits evolve by natural selection to functionally improve in a given environmental context. An adaptation to the environment is characterized by the genetic changes in the entire populations that have been fixed by natural selection over many generations. BREVIS RADIX (BRX) gene was found through natural Arabidopsis accessions screen and was characterized as a root growth regulator since loss-of-function mutants exhibit arrested post-embryonic primary root growth in addition to a more branched root system. Although brx loss-of-function causes a complete alteration in root architecture, BRX activity is only required in the root vasculature, in particular in protophloem cell file. Protophloem is a part of the phloem transport network and is responsible for delivery of photo-assimilates and growth regulators, coming from the shoot through mature phloem component - metaphloem, to the all plant primary meristems. In order to perform its function, protophloem is the first cell file to differentiate within the root meristem. During this process, protophloem cells undergo a partial programmed cell death, during which they build a thicker cell wall, degrade nucleus and tonoplast while plasma membrane stays functional. Interestingly, protophloem cells enter elongation process only after differentiation into sieve elements is completed. Here we show that brx mutants fail to differentiate protophloem cell file properly, a phenotype that can be distinguished by a presence of a "gap" cells, non-differentiated cells between two flanking differentiated cells. Discontinuity of protophloem differentiation in brx mutants is considered to be a consequence of local hyperactivity of CLAVATA3/EMBRYO SURROUNDING REGION 45 (CLE45) - BARELY ANY MERISTEM 3 (BAM3) signaling module. Interestingly, a CLE45 activity, most probably at the level of receptor binding, can be modulated by apoplastic pH. Altogether, our results imply that the activity of proton pumps, expressed in non-differentiated cells of protophloem, must be maintained under certain threshold, otherwise CLE45-BAM3 signaling pathway will be stimulated and in turn protophloem will not differentiate. Based on vacuolar morphology, a premature cell wall acidification in brx mutants stochastically prevents the protophloem differentiation. Only after protophloem differentiates, proton pumps can be activated in order to acidify apoplast and to support enucleated protophloem multifold elongation driven by surrounding cells growth. Finally, the protophloem differentiation failure would result in an auxin "traffic jam" in the upper parts of the root, created from the phloem-transported auxin that cannot be efficiently delivered to the meristem. Physiologically, auxin "leakage" from the plant vasculature network could have various consequences, since auxin is involved in the regulation of almost every aspect of plant growth and development. Thus, given that auxin stimulates lateral roots initiation and growth, this scenario explains more branched brx root system. Nevertheless, auxin is considered to activate plasma membrane proton pumps. Along with this, it has been shown that brx mutants acidify media much more than the wild type plants do, a trait that was proposed as an adaptive feature of naturally occurring brx null alleles in Arabidopsis populations found on acidic soils. Additionally, in our study we found that most of accessions originally collected from acidic sampling sites exhibit hypersensitivity to CLE45 treatment. This implies that adaptation of plants to acidic soil involves a positive selection pressure against upstream negative regulators of CLE45-BAM3 signaling, such as BRX. Perspective analysis of these accessions would provide more profound understanding of molecular mechanisms underlying plant adaptation to acidic soils. All these results are suggesting that targeting of the factors that affect protophloem differentiation is a good strategy of natural selection to change the root architecture and to develop an adaptation to a certain environment. -- Les plantes comme organismes sessiles ont développé différents mécanismes pour s'adapter aux conditions environnementales complexes dans lesquelles elles vivent. L'adaptation est le processus par lequel des traits vont évoluer via la sélection naturelle vers une amélioration fonctionnelle dans un contexte environnemental donné. Une adaptation à l'environnement est caractérisée par des changements génétiques dans des populations entières qui ont été fixés par la sélection naturelle sur plusieurs générations. Le gène BREVIS RADIX (BRX) a été identifié dans le crible d'une collection d'accessions naturelles d'Arabidopsis et a été caractérisé comme un régulateur de la croissance racinaire étant donné que le mutant perte-de-fonction montre une croissance racinaire primaire arrêtée au stade post-embryonnaire et présente de plus un système racinaire plus ramifié que la plante sauvage. Bien que le mutant perte-de-fonction brx cause une altération complète de l'architecture racinaire, l'activité de BRX n'est requise que dans la vascularisation racinaire, en particulier au niveau du protophloème. Le protophloème est un composant du réseau de transport du phloème et est responsable du transit des dérivés de la photosynthèse ainsi que des régulateurs de croissances, venant de la partie aérienne par le phloème mature (métaphloème) vers tous les méristèmes primaires de la plante. Pour pouvoir réaliser sa fonction, le protophloème est la première file de cellules à se différencier à l'intérieur du méristème de la racine. Pendant ce processus, les cellules du protophloème subissent une mort cellulaire programmée partielle durant laquelle elles épaississent leur paroi cellulaire, dégradent le noyau et le tonoplaste tandis que la membrane plasmique demeure fonctionnelle. De manière intéressante, les cellules du protophloème entament le processus d'allongement seulement après que la différenciation en tubes criblés soit complète. Ce travail montre que le mutant brx est incapable de mener à bien la différenciation de la file de cellules du protophloème, phénotype qui peut être visualisé par la présence de cellules 'trous', de cellules non différenciées entourées de deux cellules différenciées. La discontinuité de la différenciation du phloème dans le mutant brx est considérée comme la conséquence de l'hyperactivité localisée du module de signalisation CLA VA TA3/EMBRYO SURROUNDING REGION 45 (CLE45) - BARELY ANY MERISTEM 3 (BAM3). De manière intéressante, l'activité de CLE45, très probablement au niveau de la liaison avec le récepteur, peut être modulé par le pH apoplastique. Pris ensemble, nos résultats impliquent que l'activité des pompes à protons, actives dans les cellules non différenciées du protophloème, doit être maintenue en dessous d'un certain seuil autrement la cascade de signalisation CLE45-BAM3 serait stimulée, en conséquence de quoi le protophloème ne pourrait se différencier. D'après la morphologie vacuolaire, une acidification prématurée de la paroi cellulaire dans le mutant brx empêche la différenciation du protophloème de manière stochastique. Une fois que le protophloème se différencie, les pompes à protons peuvent alors être activées afin d'acidifier l'apoplaste et ainsi faciliter l'allongement des cellules énuclées du protophloème, entraînées par la croissance des cellules environnantes. Finalement, la différenciation défectueuse du protophloème produit une accumulation d'auxine dans la partie supérieure de la racine car le phloème ne peut plus acheminer efficacement l'auxine au méristème. Physiologiquement, la 'fuite' d'auxine à partir du réseau vasculaire de la plante peut avoir des conséquences variées puisque l'auxine est impliquée dans la régulation de la majorité des aspects de la croissance et développement de la plante. Etant donné que l'auxine stimule l'initiation et développement des racines latérales, ce scénario pourrait expliquer le système racinaire plus ramifié du mutant brx. En plus, l'auxine est considérée comme un activateur des pompes à protons. Par ailleurs, nous avons montré que les mutants brx ont la capacité d'acidifier le milieu plus efficacement que les plantes sauvages, une caractéristique des populations sauvages <¥Arabidopsis poussant sur des sols acides et contenant les allèles délétés brx. De plus, dans nos résultats nous avons mis en évidence que la plupart des accessions collectées originellement sur des sites acidophiles montre une hypersensibilité au traitement par CLE45. Ceci implique que l'adaptation des plantes aux sols acides repose sur la pression de sélection positive à rencontre des régulateurs négatifs de CLE45- BAM3, situés en amont de la cascade, tel le produit du gène BRX. Les analyses de ces accessions pourraient aboutir à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires responsables de l'adaptation des plantes aux sols acides. Tous nos résultats suggèrent que le ciblage des facteurs affectant la différenciation du protophloème serait une stratégie gagnante dans la sélection naturelle pour changer l'architecture de la racine et ainsi s'adapter efficacement à un nouvel environnement.

Mechanism of hcnA mRNA recognition in the Gac/Rsm signal transduction pathway of Pseudomonas fluorescens.

In the plant-beneficial bacterium Pseudomonas fluorescens CHA0, the expression of antifungal exoproducts is controlled by the GacS/GacA two-component system. Two RNA binding proteins (RsmA, RsmE) ensure effective translational repression of exoproduct mRNAs. At high cell population densities, GacA induces three small RNAs (RsmX, RsmY, RsmZ) which sequester both RsmA and RsmE, thereby relieving translational repression. Here we systematically analyse the features that allow the RNA binding proteins to interact strongly with the 5' untranslated leader mRNA of the P. fluorescens hcnA gene (encoding hydrogen cyanide synthase subunit A). We obtained evidence for three major RsmA/RsmE recognition elements in the hcnA leader, based on directed mutagenesis, RsmE footprints and toeprints, and in vivo expression data. Two recognition elements were found in two stem-loop structures whose existence in the 5' leader region was confirmed by lead(II) cleavage analysis. The third recognition element, which overlapped the hcnA Shine-Dalgarno sequence, was postulated to adopt either an open conformation, which would favour ribosome binding, or a stem-loop structure, which may form upon interaction with RsmA/RsmE and would inhibit access of ribosomes. Effective control of hcnA expression by the Gac/Rsm system appears to result from the combination of the three appropriately spaced recognition elements.