The genetics of behaviour and other adaptive traits in nine-spined sticklebacks (Pungitius pungitius)

One of the main goals in current evolutionary biology research is to identify genes behind adaptive phenotypic variations. The advances in genomic technologies have made it possible to identify genetic loci behind these variations, also concerning non-model species. This thesis investigates the genetics of the behaviour and other adaptive traits of the nine-spined stickleback (Pungitius pungitius) through the application of different genetic approaches. Fennoscandian nine-spined stickleback populations express large phenotypical differences especially in behaviour, life –history traits and morphology. However the underlying genetic bases for these phenotypical differences have not been studied in detail. The results of the project will lay the foundation for further genetics studies and provide valuable information for our understanding of the genetics of the adaptive divergence of the nine-spined stickleback. A candidate gene approach was used to develop microsatellite markers situating close to candidate genes for behaviour in the nine-spined stickleback. Altogether 13 markers were developed and these markers were used in the subsequent studies with the anonymous random markers and physiologically important gene markers which are already currently available for nine-spined sticklebacks. It was shown that heterozygosity correlated with behaviour in one of the marine nine-spined stickleback populations but with contrasting effects: correlations with behaviour were negative when using physiological gene markers and positive with random markers. No correlation was found between behavioural markers and behaviour. From the physiological gene markers, a strong correlation was found between osmoregulation-related gene markers and behaviour. These results indicate that both local (physiological) and general (random) effects are important in the shaping of behaviour and that heterozygosity– behaviour correlations are population dependent. In this thesis a second linkage map for nine-spined sticklebacks was constructed. Compared to the earlier nine-spined stickleback linkage map, genomic rearrangements were observed between autosomal (LG7) and sex-determing (LG12) linkage groups. This newly constructed map was used in QTL mapping studies in order to locate genomic regions associated with pelvic structures, behaviour and body size/growth. One major QTL was found for pelvic structures and Pitx1 gene was related to these traits as was predicted from three-spined stickleback studies, but this was in contrast to earlier nine-spined stickleback study. The QTL studies also revealed that behaviour and body size/growth were genetically more complex by having more QTL than pelvic traits. However, in many cases, pelvic structure, body size/growth and behaviour were linked to similar map locations indicating possible pleiotropic effects of genes locating in these QTL regions. Many of the gene related markers resided in the QTL area. In the future, studying these possible candidate genes in depth might reveal the underlying mechanism behind the measured traits.

Carbon Reservoirs in Peatlands and Forests in the Boreal Regions of Finland

Summary

The application of agricultural land rating and crop models to CO2 and climate change issues in Northern regions : the Mackenzie Basin case study

Selostus: Viljelyvyöhykkeiden ja kasvumallien soveltaminen ilmastonmuutoksen tutkimisessa: Mackenzien jokialue, Kanada

Developing scenarios of atmosphere, weather and climate for northern regions

Selostus: Ilmakehä-, sää- ja ilmastoskenaarioiden kehittäminen pohjoisille alueille

Regional Innovation Policy: Effect on SMEs in Five EU-Regions

Valtaosa eurooppalaisista yrityksistä on pk-yrityksiä, mutta tästä huolimatta seudullisen innovaatiopolitiikan vaikutusta juuri pk-yrityksiin on tutkittu melko vähän. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on luoda yleiskuva pk-yritysten näkemykseen oman seutunsa innovaatiopolitiikasta viidellä EU:n alueella sijaitsevalla seudulla. Kirjallisuuden perusteella rakennettiin seudullista innovaatiopolitiikkaa kuvaava kysely, johon joukko pk-yrityksiä viideltä seudulta vastasi. Kyselyn tulokset kuvailtiin graafisesti, minkä lisäksi etsittiin vastauksiin vaikuttaneita tekijöitä ja yhteyksiä yritysten vastausten välillä. Tutkimus oli luonteeltaan lähinnä kvantitatiivinen. Tutkimus osoittaa, että seudullisessainnovaatiopolitiikassa on vielä paljon kehitettävää, jotta se tavoittaisi kattavasti pk-yritykset. Pk-yritysten tietoisuutta tulisi lisätä, sillä nämä eivät yleisesti ottaen näytä pitävän seudullista innovaatiopolitiikkaa menetykseen vaikuttavana tekijänä tai siihen liittyviä yhteistyömahdollisuuksia tärkeinä omalle toiminnalleen. Erot innovaatiotoiminnan seudullisessa roolissa tulivat esiin tuloksissa. Yritysten vastauksia selittäviä tekijöitä löydettiin, samoin yhteyksiä vastausten välillä, mutta varsinaisten johtopäätösten tekeminen edellyttänee laajempaa tutkimusta

Regional Innovation Policy: Effect on SMEs in Five EU-Regions

Valtaosa eurooppalaisista yrityksistä on pk-yrityksiä, mutta tästä huolimatta seudullisen innovaatiopolitiikan vaikutusta juuri pk-yrityksiin on tutkittu melko vähän. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on luoda yleiskuva pk-yritysten näkemykseen oman seutunsa innovaatiopolitiikasta viidellä EU:n alueella sijaitsevalla seudulla. Kirjallisuuden perusteella rakennettiin seudullista innovaatiopolitiikkaa kuvaava kysely, johon joukko pk-yrityksiä viideltä seudulta vastasi. Kyselyn tulokset kuvailtiin graafisesti, minkä lisäksi etsittiin vastauksiin vaikuttaneita tekijöitä ja yhteyksiä yritysten vastausten välillä. Tutkimus oli luonteeltaan lähinnä kvantitatiivinen. Tutkimus osoittaa, että seudullisessa innovaatiopolitiikassa on vielä paljon kehitettävää, jotta se tavoittaisi kattavasti pk-yritykset. Pk-yritysten tietoisuutta tulisi lisätä, sillä nämä eivät yleisesti ottaen näytä pitävän seudullista innovaatiopolitiikkaa menetykseen vaikuttavana tekijänä tai siihen liittyviä yhteistyömahdollisuuksia tärkeinä omalle toiminnalleen. Erot innovaatiotoiminnan seudullisessa roolissa tulivat esiin tuloksissa. Yritysten vastauksia selittäviä tekijöitä löydettiin, samoin yhteyksiä vastausten välillä, mutta varsinaisten johtopäätösten tekeminen edellyttänee laajempaa tutkimusta.

Patent claims in certain geographical regions

Työn tavoitteena oli käsitellä mahdollisuutta laatia patenttihakemuksen vaatimuksia siten, että patenttihakemukset toimisivat eri oikeusalueilla, jotka ovat tässä Eurooppa, Suomi ja USA. Aluksi käsiteltiin patentointia ja eri patenttijärjestelmiä yleisesti, jonka jälkeen käsiteltiin lähemmin patenttivaatimuksia, niiden muotoja ja eri vaatimusten edellytyksiä, joita vaaditaan Euroopan patenttisopimuksessa, suomalaisessa ja USA:laisessa patenttijärjestelmässä. Vaikka uutuus, keksinnöllisyys ja teollinen käyttökelpoisuus ovat tärkeimmät edellytykset kun määritetään patenttivaatimuksia, niitä ei käsitelty työn empiirisessä osassa. Työn empiirinen osuus osoittaa selvästi, että erilaiset muodolliset vaatimukset Euroopan patenttisopimuksessa, suomalaisessa ja USA:laisessa patenttijärjestelmässä hankaloittavat patenttivaatimusten laatimista siten että ne toimisivat yhdessä patenttihakemuksessa yllä mainituissa patenttijärjestelmissä. Empiirisen tutkimuksen ja eri oikeusalueilla patenttivaatimusten edellytysten perusteella, ei ole yksinkertaista ratkaisua laatia patenttivaatimuksia (ja myös patenttiselostuksia), jotka toimisivat monilla oikeusalueilla. Eräs ratkaisu ongelmaan on laatia yksi sarja patenttivaatimuksia, jotka täyttävät Euroopan patenttisopimuksen käytännön mukaiset edellytykset (täyttävät myös Suomalaisen patenttijärjestelmän edellytykset) ja toinen sarja patenttivaatimuksia, jotka täyttävät USA:laisen patenttijärjestelmän edellytykset samassa patenttihakemuksessa. Hakemuksen käsittelyvaiheessa hakija voi pudottaa patenttivaatimukset, jotka eivät täytä kansallisen patenttijärjestelmän edellytyksiä patenttihakemuksesta.

Functional Genomic Approaches for Deciphering Plant-Virus Interactions

Plant-virus interactions are very complex in nature and lead to disease and symptom formation by causing various physiological, metabolic and developmental changes in the host plants. These interactions are mainly the outcomes of viral hijacking of host components to complete their infection cycles and of host defensive responses to restrict the viral infections. Viral genomes contain only a small number of genes often encoding for multifunctional proteins, and all are essential in establishing a viral infection. Thus, it is important to understand the specific roles of individual viral genes and their contribution to the viral life cycles. Among the most important viral proteins are the suppressors of RNA silencing (VSRs). These proteins function to suppress host defenses mediated by RNA silencing and can also serve in other functions, e.g. in viral movement, transactivation of host genes, virus replication and protein processing. Thus these proteins are likely to have a significant impact on host physiology and metabolism. In the present study, I have examined the plant-virus interactions and the effects of three different VSRs on host physiology and gene expression levels by microarray analysis of transgenic plants that express these VSR genes. I also studied the gene expression changes related to the expression of the whole genome of Tobacco mosaic virus (TMV) in transgenic tobacco plants. Expression of the VSR genes in the transgenic tobacco plants causes significant changes in the gene expression profiles. HC-Pro gene derived from the Potyvirus Y (PVY) causes alteration of 748 and 332 transcripts, AC2 gene derived from the African cassava mosaic virus (ACMV) causes alteration of 1118 and 251transcripts, and P25 gene derived from the Potyvirus X (PVX) causes alterations of 1355 and 64 transcripts in leaves and flowers, respectively. All three VSRs cause similar up-regulation in defense, hormonally regulated and different stress-related genes and down-regulation in the photosynthesis and starch metabolism related genes. They also induce alterations that are specific to each viral VSR. The phenotype and transcriptome alterations of the HC-Pro expressing transgenic plants are similar to those observed in some Potyvirus-infected plants. The plants show increased protein degradation, which may be due to the HC-Pro cysteine endopeptidase and thioredoxin activities. The AC2-expressing transgenic plants show a similar phenotype and gene expression pattern as HC-Pro-expressing plants, but also alter pathways related to jasmonic acid, ethylene and retrograde signaling. In the P25 expressing transgenic plants, high numbers of genes (total of 1355) were up-regulated in the leaves, compared to a very low number of down-regulated genes (total of 5). Despite of strong induction of the transcripts, only mild growth reduction and no other distinct phenotype was observed in these plants. As an example of whole virus interactions with its host, I also studied gene expression changes caused by Tobacco mosaic virus (TMV) in tobacco host in three different conditions, i.e. in transgenic plants that are first resistant to the virus, and then become susceptible to it and in wild type plants naturally infected with this virus. The microarray analysis revealed up and down-regulation of 1362 and 1422 transcripts in the TMV resistant young transgenic plants, and up and down-regulation of a total of 1150 and 1200 transcripts, respectively, in the older plants, after the resistance break. Natural TMV infections in wild type plants caused up-regulation of 550 transcripts and down-regulation of 480 transcripts. 124 up-regulated and 29 down-regulated transcripts were commonly altered between young and old TMV transgenic plants, and only 6 up-regulated and none of the down-regulated transcripts were commonly altered in all three plants. During the resistant stage, the strong down-regulation in translation-related transcripts (total of 750 genes) was observed. Additionally, transcripts related to the hormones, protein degradation and defense pathways, cell division and stress were distinctly altered. All these alterations may contribute to the TMV resistance in the young transgenic plants, and the resistance may also be related to RNA silencing, despite of the low viral abundance and lack of viral siRNAs or TMV methylation activity in the plants.