Genetic diversity and phenotypic variability of phytoplankton populations in the Baltic Sea

En av naturens mest grundläggande aspekter är den enorma mängd av variation som existerar mellan arter. Denna variation har lett oss till att klassificera olika organismer på basis av morfologiska skillnader och på senare tid till att jämföra genetiska skillnader på individens nivå. Den marina kiselalgen Skeletonema marinoi är en av de vanligaste växtplanktonarter i Östersjön under vårblomningen och anses viktig för den årliga produktionen. En av mina främsta målsättningar var att beskriva den intra-specifika diversiteten hos denna art längs med miljögradienter i Östersjön. Ett annat mål var att klargöra de faktorer som eventuellt är involverade i konfigurationen av genetisk diversitet och differentiering. Med hjälp av genetiska markörer visade jag att den genetiska diversiteten hos S. marinoi populationer i Östersjön är lägre jämfört med populationer i östra delen av Nordsjön. Arten är genetiskt uppdelad så att en utpräglad population förekommer i Östersjön och en annan, genetiskt åtskild population förekommer norr om de Danska sunden. Resultaten visar att de genetiskt åtskilda populationerna är anpassade till lokala salinitetsförhållanden. Genflödet mellan populationerna korrelerade kraftigt med havströmmar i området. Mina studier avslöjade även omfattande variation av fenotypiska, ekologiskt vikitga särdrag hos olika kloner. Djurplankton som äter kiselalger kunde modifiera den klonala mångfalden av fenotypiskt variabla S. marinoi populationer. En ökad klonal mångfald ledde till högre prestationsförmåga i fråga om primär produktion och stabiliserade ekofysiologiska funktioner. Som visas i denna avhandling består en art allt som oftast av åtskilliga genetiska varianter med fenotypiska skillnader. Kunskap om sådana intra-specifika skillnader är en förutsättning för att vi skall kunna förstå var och varför arter förekommer. Denna kunskap utgör även en grund för prognoser som siktar på att förutspå huruvida arter kan anpassa sig till framtida miljöförhållanden. ------------------------------------------------------ Suunnaton määrä variaatioita eliölajien välillä on perustavanlaatuinen ominaisuus luonnossa. Perinteisesti tätä monimuotoisuutta on käytetty organismien luokittelemiseen eri lajeihin niiden morfologisten eroavaisuuksien perusteella. Hiljattain myös geneettisten erojen huomioimista yksilötasolla on hyödynnetty lajien luokittelemisessa. Merialueilla esiintyvä piilevä, Skeletonema marinoi on yksi Itämeren tavallisimmista kasviplanktonlajeista kevätkukinnan aikana. Tavoitteenani oli selventää geneettistä ja fenotyyppistä monimuotoisuutta pitkin Itämeren ympäristögradienttejä. Geneettisen monimuotoisuuteen ja erkaantumiseen vaikuttavien tekijöiden selvittäminen oli tärkeä aspekti väitöstutkimuksessani. Geneettisiä markkereita käyttämällä pystyin toteamaan, että S. marinoi levän geneettinen monimuotoisuus on Itämeressä merkittävästi alhaisempi kuin läheisessä Pohjanmeren itäosassa. Tutkittu laji jakautuu geneettisesti yhteen erilliseen populaatioon Itämeressä ja toiseen selvästi erottuvaan populaatioon Tanskan salmien pohjoispuolella. Kokeellisten tulosten perusteella nämä geneettisesti erilaistuneet populaatiot ovat kumpikin sopeutuneet paikalliseen veden suolapitoisuuteen. Populaatioiden välisen geenivirran ja merivirtojen luoman yhteyden välillä havaittiin vahva korrelaatio. Tutkimukseni paljastivat myös laajaa vaihtelua Skeletonema-kloonien ekologisesti tärkeissä ominaisuuksissa. Kokeellisten tutkimusteni perusteella laiduntajat pystyivät muuttamaan geneettisten kloonien lukumäärää monimuotoisissa S. marinoi populaatioissa. Lisääntynyt kloonien lukumäärä paransi perustuotantokykyä ja vakautti ekofysiologisia toimintoja. Kuten tässä väitöstutkimuksessa osoitetaan, lajit koostuvat useimmiten lukuisista geneettisistä muunnelmista, jotka eroavat usein fenotyypeiltään. Ymmärtääksemme missä tietyt lajit esiintyvät ja miksi, tarvitsemme tietoa lajien sisäisistä vaihteluista. Tämä tieto on tarpeellista, jotta voimme ennustaa lajien sopeutumista tuleviin ympäristönmuutoksiin.

Microsatellite variations of Quercus aquifolioides populations at varying altitudes in the Wolong Natural Reserve of China

Abstract

Genetic Factors in the Regulation of Striatal and Extrastriatal Dopamine D2 Receptor Expression

Positron emission tomography (PET) studies on healthy individuals have revealed a marked interindividual variability in striatal dopamine D2 receptor density that can be partly accounted for by genetic factors. The examination of the extrastriatal lowdensity D2 receptor populations has been impeded by the lack of suitable tracers. However, the quantification of these D2 receptor populations is now feasible with recently developed PET radioligands. The objective of this thesis was to study brain neurobiological correlates of common functional genetic variants residing in candidate genes relevant for D2 receptor functioning. For this purpose, healthy subjects were studied with PET imaging using [₁₁C]raclopride and [₁₁C]FLB457 as radioligands. The candidate genes examined in this work were the human D2 receptor gene (DRD2) and the catechol-Omethyltransferase gene (COMT). The region-specific genotypic influences were explored by comparing D2 receptor binding properties in the striatum, the cortex and the thalamus. As an additional study objective, the relationship between cortical D2 receptor density and a cognitive phenotype i.e. verbal memory and learning was assessed. The main finding of this study was that DRD2 C957T genotype altered markedly D2 receptor density in the cortex and the thalamus whereas in the striatum the C957T genotype affected D2 receptor affinity, but not density. Furthermore, the A1 allele of the DRD2-related TaqIA polymorphism showed increased cortical and thalamic D2 receptor density, but had the opposite effect on striatal D2 receptor density. The DRD2 –141C Ins/Del or the COMT Val158Met genotypes did not change D2 receptor binding properties. Finally, unlike previously reported, cortical D2 receptor density did not show any significant correlation with verbal memory function. The results of this study suggest that the C957T and the TaqIA genotypes have region-specific neurobiological correlates in brain dopamine D2 receptor availability in vivo. The biological mechanisms underlying these findings are unclear, but they may be related to the region-specific regulation of dopamine neurotranssion, gene/receptor expression and epigenesis. These findings contribute to the understanding of the genetic regulation of dopamine and D2 receptor-related brain functions in vivo in man. In addition, the results provide potentially useful endophenotypes for genetic research on psychiatric and neurological disorders.

Homogeneous Assays for Simplified Screening of HLA-conferred Genetic Disease Risk

The increasing incidence of type 1 diabetes has led researchers on a quest to find the reason behind this phenomenon. The rate of increase is too great to be caused simply by changes in the genetic component, and many environmental factors are under investigation for their possible contribution. These studies require, however, the participation of those individuals most likely to develop the disease, and the approach chosen by many is to screen vast populations to find persons with increased genetic risk factors. The participating individuals are then followed for signs of disease development, and their exposure to suspected environmental factors is studied. The main purpose of this study was to find a suitable tool for easy and inexpensive screening of certain genetic risk markers for type 1 diabetes. The method should be applicable to using whole blood dried on sample collection cards as sample material, since the shipping and storage of samples in this format is preferred. However, the screening of vast sample libraries of extracted genomic DNA should also be possible, if such a need should arise, for example, when studying the effect of newly discovered genetic risk markers. The method developed in this study is based on homogeneous assay chemistry and an asymmetrical polymerase chain reaction (PCR). The generated singlestranded PCR product is probed by lanthanide-labelled, LNA (locked nucleic acid)-spiked, short oligonucleotides with exact complementary sequences. In the case of a perfect match, the probe is hybridised to the product. However, if even a single nucleotide difference occurs, the probe is bound instead of the PCR product to a complementary quencher-oligonucleotide labelled with a dabcyl-moiety, causing the signal of the lanthanide label to be quenched. The method was applied to the screening of the well-known type 1 diabetes risk alleles of the HLA-DQB1 gene. The method was shown to be suitable as an initial screening step including thousands of samples in the scheme used in the TEDDY (The Environmental Determinants of Diabetes in the Young) study to identify those individuals at increased genetic risk. The method was further developed into dry-reagent form to allow an even simpler approach to screening. The reagents needed in the assay were in dry format in the reaction vessel, and performing the assay required only the addition of the sample and, if necessary, water to rehydrate the reagents. This allows the assay to be successfully executed even by a person with minimal laboratory experience.