The molecular mechanisms and evolutionary significance of plumage colour variation in pied flycatchers (Ficedula hypoleuca)

A common feature of natural populations is that individuals differ in morphology, physiologyand behavior (i.e .phenotype). A thorough understanding of the molecular mechanisms and evolutionary forces behind this phenotypic variation is a prerequisite for understanding evolution.This thesis examines the molecular mechanism and the roles of the different evolutionary forces in plumage colour variation in pied flycatchers (Ficedulahypoleuca). Malepied flycatchers exhibit marked variation in both pigmentary and structural plumage colourand the trait has repeatedly been suggested to be of adaptive significance. An examination of plumage colour variation on reproductive output trevealed that structural colouration, and more specifically the degree of ultraviolet (UV) reflectance had an effect on number of young sired. Paternity analyses of breeding males revealed that males that had been cuckolded by their social mate tended to be less UV reflectant than males that had not been cuckolded.Neither pigment-based norstructural colouration was found to affect the probability of siring young in other nests. Phenotypic differentiation was found to be markedly greater than differentiation at neutralgenetic markers across the pied flycatcher breeding range. Furthermore patterns of differentiationin phenotypes and selectively neutral genes were not uniform. Outlier tests searching for genomic footprints of selection revealed elevated levels of genetic divergence in a gene associated with feather development (and thus potentially structural colouration) and ultraviolet vision. Th eobserved differentiation in allelic frequencies was particularly pronounced in the Spanish piedflycatcher populations. Examining gene expression during feather development indicated that the TYRP1 gene (known to be involved in the production of black pigment) may be relevant in generating phenotypic variation in pied flycatcher plumage. Also, energy homeostasis related genesfeatured prominently among the genes found to be expressed in one extreme phenotype but not the other. This is of particular interest in light of what is known about the pleiotropy ofthe melanocortin system which underlies brown-black pigment production. The melanocortinsystem is also associated with energy homeostasis (among a number of other physiological functions) and thus the results could be pointing to the signalling function of brown-blackplumage. Plumage colour variation in pied flycatchers, both structural and pigmentary, can thus beconcluded to be exhibiting signals of non-neutral evolution. Structural colouration was found to play a role in sexual selection and putative signals of selection were further detected in acandidate gene for this trait. Evidence for non-neutral evolution of pigmentary colouration was also detected. These findings, together with the fact that preliminary evidence for an energy balance associated signalling function for plumage was found, present good starting points for further investigations into the meaning and mechanisms of plumage colour variation in piedflycatchers.

The Roots of Neurofibromas in Neurofibromatosis 1 — A Question of Multipotency, Differentiation and Hiding

Neurofibromatosis type 1 (NF1) is an autosomal dominant cancer predisposition syndrome that affects about 1 in 3500 individuals worldwide. NF1 is caused by mutations in the NF1 gene that encodes the tumor suppressor protein neurofibromin, an inactivator of the Ras oncogene. The hallmarks of NF1 include pigmentary lesions of the skin, Lisch nodules of the iris and cutaneous neurofibromas. Cutaneous neurofibromas are benign tumors composed of all the cell types of normal peripheral nerve. The traditional view of neurofibroma development has been that cutaneous neurofibromas arise from the disruption of the small nerve tributaries of the skin and subsequent proliferation of the resident cells. The second hit mutation in the NF1 gene has been considered as a prerequisite for neurofibroma development. The second hit is detectable in a subpopulation of primary Schwann cells cultured from neurofibromas. This thesis challenges the traditional concept of neurofibroma development. The results show that cutaneous neurofibromas are intimately associated with hair follicular structures and contain multipotent precursor cells (NFPs), suggesting that neurofibromas may arise from the multipotent cells which reside in hair follicles. Furthermore, this study presents that neurofibroma-derived Schwann cells that harbor bi-allelic inactivation in the NF1 gene express HLA class II genes and may act as nonprofessional antigen presenting cells. The CD4- and FoxP3-positive cells detected in cutaneous neurofibromas suggest that these cells may represent regulatory T cells (Tregs) which interact with HLA II –positive cells and aid the tumor cells in hiding from the immune system and are thus mediators of immune tolerance. This thesis also investigated neurofibroma development in the oral cavity and the use of different biomarkers to characterize cellular differentiation in neurofibromas. The results revealed that oral neurofibromas are not rare, but they usually appear as solitary lesions contrary to multiple cutaneous neurofibromas and present high heterogeneity within and between tumors. The use of class III beta-tubulin as a marker for neuronal differentiation led to an unexpected finding showing that multiple cell types express class III beta-tubulin during mitosis. The increased understanding of the multipotency of tumor cells, cellular differentiation and ability to hide from immune system will aid in the development of future treatments. Specifically, targeting Tregs in NF1 patients could provide a novel therapeutic approach to interfere with the development of neurofibromas.

Nikkelin, koboltin, lyijyn ja sinkin selektiivinen erottaminen ioninleimaustekniikalla syntetisoiduilla kelatoivilla erotusmateriaaleilla

Kelatoivat erotusmateriaalit ovat osoittautuneet lupaaviksi haitallisten metallien erottamiseksi vedestä. Puhdistettava vesiliuos sisältää vain harvoin pelkästään erotettavaksi tarkoitettuja metallikationeja, sillä useimmiten mukana on erotusmateriaalien tehokkuutta heikentäviä kationeja. Parantamalla erotusmateriaalin selektiivisyyttä voitaisiin häiritsevien ionien vaikutusta vähentää selvästi. Kandidaatintyön tavoitteena oli tutkia ioninleimaustekniikan avulla syntetisoitujen kelatoivien erotusmateriaalien selektiivisyyttä nikkelille, koboltille, lyijylle ja sinkille. Käyttämällä esimerkiksi nikkelitemplaattia materiaalin synteesivaiheessa materiaalin nikkeliselektiivisyys kasvaa verrattuna perinteiseen synteesitekniikkaan. Tässä työssä tutkittiin erotusmateriaaleja, joissa oli käytetty nikkeli- tai lyijytemplaattia, vertaamalla niitä ilman templaattia syntetisoituihin materiaaleihin. Lisäksi erotustehokkuutta verrattiin kaupalliseen erotusmateriaaliin häiritsevien magnesium- ja kalsiumionien tapauksessa. Lyijyn havaittiin sitoutuvan tehokkaimmin kaikkiin syntetisoituihin materiaaleihin riippumatta nikkelitemplaatin käyttämisestä. Kinetiikkakokeet osoittivat lyijyn sitoutumisnopeudenkin olevan vertailtavista metalleista suurin. Kaikki kokeet suoritettiin huoneenlämpötilassa liuoksen pH-arvon ollessa 7,5. Nikkelitemplaatin käyttö lisäsi materiaalin selektiivisyyttä nikkelille verrattuna templaatittomaan muuten identtiseen materiaaliin. Kuitenkin materiaalien lyijyselektiivisyys oli huomattavasti nikkeliselektiivisyyttä suurempi. Lyijytemplaatin käyttö ei lisännyt lyijyselektiivisyyttä, mutta materiaalin nikkeliselektiivisyys parantui. Materiaaliin sitoutuneet nikkeli-, koboltti- ja sinkkipitoisuudet jäivät huomattavasti vähäisemmiksi verrattuna kaupalliseen materiaaliin. Magnesiumin ja kalsiumin tarttumista syntetisoituihin materiaaleihin tutkittiin myös ja tulosten mukaan IIPD2:een ja IIPD2-Methoxiin sitoutui erittäin vähän magnesiumia ja kalsiumia verrattuna kaupalliseen materiaaliin, jonka kalsiumkapasiteetti oli erityisen suuri. Kyseiset materiaalit soveltuvat tulosten perusteella myös häiritseviä ioneja sisältävien liuosten puhdistamiseen. Näin ollen valittujen kahden materiaalin jatkotutkimuksella olisi mahdollista parantaa nikkelikapasiteettia ja -selektiivisyyttä.

2-(aminometyyli)pyridiini ligandin kompleksoituminen nikkelin kanssa eri liuottimissa

Kandidaatintyön tavoitteena oli tutkia 2-(aminometyyli)pyridiini ligandin kompleksoitumista nikkeli(II) ionin kanssa vesiliuoksissa ja eri orgaanisissa liuotinseoksissa. Työ tehtiin osana laajempaa tutkimusta, jossa pyritään määrittämään nikkelille spesifisiä erotusmateriaaleja ion imprinting tekniikkaa hyväksikäyttäen. Koesarjat sekä näihin liittyvä mittaukset suoritettiin kaikki huoneen lämmössä sekä normaalissa ilman paineessa. Koesarjojen liuosfaaseista määritettiin UV/Vis spektrofotometrisesti spektrit, joiden perusteella piirrettiin Job Plot kuvaajat. Kuvaajien havaittiin vastaavan aikaisemmissa tutkimuksissa määritettyjä kuvaajia sekä matemaattisesti laskettuja huippuarvoja. Saostuneiden kiintoaineiden koostumukset määritettiin XRD ja IR mittauksilla. Tuloksien perusteella todettiin 1:2 kompleksin saostuvan lähes poikkeuksetta kaikista saostuneista näytteistä. Mittaustuloksista johtopäätöksinä voidaan todeta liuotinseoksien ja veden määrän vaikuttavan muodostuneen kompleksin kiderakenteeseen, mutta ei saostuvaan kompleksiin.

De novo transcriptome assembly and annotation of the isopod Idotea balthica

The Baltic Sea is a unique environment that contains unique genetic populations. In order to study these populations on a genetic level basic molecular research is needed. The aim of this thesis was to provide a basic genetic resource for population genomic studies by de novo assembling a transcriptome for the Baltic Sea isopod Idotea balthica. RNA was extracted from a whole single adult male isopod and sequenced using Illumina (125bp PE) RNA-Seq. The reads were preprocessed using FASTQC for quality control, TRIMMOMATIC for trimming, and RCORRECTOR for error correction. The preprocessed reads were then assembled with TRINITY, a de Bruijn graph-based assembler, using different k-mer sizes. The different assemblies were combined and clustered using CD-HIT. The assemblies were evaluated using TRANSRATE for quality and filtering, BUSCO for completeness, and TRANSDECODER for annotation potential. The 25-mer assembly was annotated using PANNZER (protein annotation with z-score) and BLASTX. The 25-mer assembly represents the best first draft assembly since it contains the most information. However, this assembly shows high levels of polymorphism, which currently cannot be differentiated as paralogs or allelic variants. Furthermore, this assembly is incomplete, which could be improved by sampling additional developmental stages.