A model and an algebra for semi-structured and full-text queries

The need for a convergence between semi-structured data management and Information Retrieval techniques is manifest to the scientific community. In order to fulfil this growing request, W3C has recently proposed XQuery Full Text, an IR-oriented extension of XQuery. However, the issue of query optimization requires the study of important properties like query equivalence and containment; to this aim, a formal representation of document and queries is needed. The goal of this thesis is to establish such formal background. We define a data model for XML documents and propose an algebra able to represent most of XQuery Full-Text expressions. We show how an XQuery Full-Text expression can be translated into an algebraic expression and how an algebraic expression can be optimized.

Lesion detection and classification in breast cancer: evaluation of approaches based on morphological features, tracer kinetic modelling and semi-quantitative parameters in MR functional imaging (DCE-MRI)

The diagnosis, grading and classification of tumours has benefited considerably from the development of DCE-MRI which is now essential to the adequate clinical management of many tumour types due to its capability in detecting active angiogenesis. Several strategies have been proposed for DCE-MRI evaluation. Visual inspection of contrast agent concentration curves vs time is a very simple yet operator dependent procedure, therefore more objective approaches have been developed in order to facilitate comparison between studies. In so called model free approaches, descriptive or heuristic information extracted from time series raw data have been used for tissue classification. The main issue concerning these schemes is that they have not a direct interpretation in terms of physiological properties of the tissues. On the other hand, model based investigations typically involve compartmental tracer kinetic modelling and pixel-by-pixel estimation of kinetic parameters via non-linear regression applied on region of interests opportunely selected by the physician. This approach has the advantage to provide parameters directly related to the pathophysiological properties of the tissue such as vessel permeability, local regional blood flow, extraction fraction, concentration gradient between plasma and extravascular-extracellular space. Anyway, nonlinear modelling is computational demanding and the accuracy of the estimates can be affected by the signal-to-noise ratio and by the initial solutions. The principal aim of this thesis is investigate the use of semi-quantitative and quantitative parameters for segmentation and classification of breast lesion. The objectives can be subdivided as follow: describe the principal techniques to evaluate time intensity curve in DCE-MRI with focus on kinetic model proposed in literature; to evaluate the influence in parametrization choice for a classic bi-compartmental kinetic models; to evaluate the performance of a method for simultaneous tracer kinetic modelling and pixel classification; to evaluate performance of machine learning techniques training for segmentation and classification of breast lesion.

Modeling the cosmological co-evolution of supermassive black holes and galaxies

In this Thesis, we investigate the cosmological co-evolution of supermassive black holes (BHs), Active Galactic Nuclei (AGN) and their hosting dark matter (DM) halos and galaxies, within the standard CDM scenario. We analyze both analytic, semi-analytic and hybrid techniques and use the most recent observational data available to constrain the assumptions underlying our models. First, we focus on very simple analytic models where the assembly of BHs is directly related to the merger history of DM haloes. For this purpose, we implement the two original analytic models of Wyithe & Loeb 2002 and Wyithe & Loeb 2003, compare their predictions to the AGN luminosity function and clustering data, and discuss possible modifications to the models that improve the match to the observation. Then we study more sophisticated semi-analytic models in which however the baryonic physics is neglected as well. Finally we improve the hybrid simulation of De Lucia & Blaizot 2007, adding new semi-analytical prescriptions to describe the BH mass accretion rate during each merger event and its conversion into radiation, and compare the derived BH scaling relations, fundamental plane and mass function, and the AGN luminosity function with observations. All our results support the following scenario: • The cosmological co-evolution of BHs, AGN and galaxies can be well described within the CDM model. • At redshifts z & 1, the evolution history of DM halo fully determines the overall properties of the BH and AGN populations. The AGN emission is triggered mainly by DM halo major mergers and, on average, AGN shine at their Eddington luminosity. • At redshifts z . 1, BH growth decouples from halo growth. Galaxy major mergers cannot constitute the only trigger to accretion episodes in this phase. • When a static hot halo has formed around a galaxy, a fraction of the hot gas continuously accretes onto the central BH, causing a low-energy “radio” activity at the galactic centre, which prevents significant gas cooling and thus limiting the mass of the central galaxies and quenching the star formation at late time. • The cold gas fraction accreted by BHs at high redshifts seems to be larger than at low redshifts.

A comprehensive study of the 26th December 2004 Sumatra earthquake: possible implications on Earth rotation and investigations on the coseismic and postseismic stress diffusion associated with the seismic rupture

In this work a multidisciplinary study of the December 26th, 2004 Sumatra earthquake has been carried out. We have investigated both the effect of the earthquake on the Earth rotation and the stress field variations associated with the seismic event. In the first part of the work we have quantified the effects of a water mass redistribution associated with the propagation of a tsunami wave on the Earth’s pole path and on the length-of-day (LOD) and applied our modeling results to the tsunami following the 2004 giant Sumatra earthquake. We compared the result of our simulations on the instantaneous rotational axis variations with some preliminary instrumental evidences on the pole path perturbation (which has not been confirmed yet) registered just after the occurrence of the earthquake, which showed a step-like discontinuity that cannot be attributed to the effect of a seismic dislocation. Our results show that the perturbation induced by the tsunami on the instantaneous rotational pole is characterized by a step-like discontinuity, which is compatible with the observations but its magnitude turns out to be almost one hundred times smaller than the detected one. The LOD variation induced by the water mass redistribution turns out to be not significant because the total effect is smaller than current measurements uncertainties. In the second part of this work of thesis we modeled the coseismic and postseismic stress evolution following the Sumatra earthquake. By means of a semi-analytical, viscoelastic, spherical model of global postseismic deformation and a numerical finite-element approach, we performed an analysis of the stress diffusion following the earthquake in the near and far field of the mainshock source. We evaluated the stress changes due to the Sumatra earthquake by projecting the Coulomb stress over the sequence of aftershocks taken from various catalogues in a time window spanning about two years and finally analyzed the spatio-temporal pattern. The analysis performed with the semi-analytical and the finite-element modeling gives a complex picture of the stress diffusion, in the area under study, after the Sumatra earthquake. We believe that the results obtained with the analytical method suffer heavily for the restrictions imposed, on the hypocentral depths of the aftershocks, in order to obtain the convergence of the harmonic series of the stress components. On the contrary we imposed no constraints on the numerical method so we expect that the results obtained give a more realistic description of the stress variations pattern.

El Niño southern oscillation and its effect on fog oases along the Peruvian and Chilean coastal deserts

Fog oases, locally named Lomas, are distributed in a fragmented way along the western coast of Chile and Peru (South America) between ~6°S and 30°S following an altitudinal gradient determined by a fog layer. This fragmentation has been attributed to the hyper aridity of the desert. However, periodically climatic events influence the ‘normal seasonality’ of this ecosystem through a higher than average water input that triggers plant responses (e.g. primary productivity and phenology). The impact of the climatic oscillation may vary according to the season (wet/dry). This thesis evaluates the potential effect of climate oscillations, such as El Niño Southern Oscillation (ENSO), through the analysis of vegetation of this ecosystem following different approaches: Chapters two and three show the analysis of fog oasis along the Peruvian and Chilean deserts. The objectives are: 1) to explain the floristic connection of fog oases analysing their taxa composition differences and the phylogenetic affinities among them, 2) to explore the climate variables related to ENSO which likely affect fog production, and the responses of Lomas vegetation (composition, productivity, distribution) to climate patterns during ENSO events. Chapters four and five describe a fog-oasis in southern Peru during the 2008-2010 period. The objectives are: 3) to describe and create a new vegetation map of the Lomas vegetation using remote sensing analysis supported by field survey data, and 4) to identify the vegetation change during the dry season. The first part of our results show that: 1) there are three significantly different groups of Lomas (Northern Peru, Southern Peru, and Chile) with a significant phylogenetic divergence among them. The species composition reveals a latitudinal gradient of plant assemblages. The species origin, growth-forms typologies, and geographic position also reinforce the differences among groups. 2) Contradictory results have emerged from studies of low-cloud anomalies and the fog-collection during El Niño (EN). EN increases water availability in fog oases when fog should be less frequent due to the reduction of low-clouds amount and stratocumulus. Because a minor role of fog during EN is expected, it is likely that measurements of fog-water collection during EN are considering drizzle and fog at the same time. Although recent studies on fog oases have shown some relationship with the ENSO, responses of vegetation have been largely based on descriptive data, the absence of large temporal records limit the establishment of a direct relationship with climatic oscillations. The second part of the results show that: 3) five different classes of different spectral values correspond to the main land cover of Lomas using a Vegetation Index (VI). The study case is characterised by shrubs and trees with variable cover (dense, semi-dense and open). A secondary area is covered by small shrubs where the dominant tree species is not present. The cacti area and the old terraces with open vegetation were not identified with the VI. Agriculture is present in the area. Finally, 4) contrary to the dry season of 2008 and 2009 years, a higher VI was obtained during the dry season of 2010. The VI increased up to three times their average value, showing a clear spectral signal change, which coincided with the ENSO event of that period.

Effects of pesticides on honey bees (Apis mellifera L.): study of a specific route of exposure and evaluation of biochemical-physiological changes in the assessment of the pesticides toxicity

In this study, some important aspects of the relationship between honey bees (Apis mellifera L.) and pesticides have been investigated. In the first part of the research, the effects of the exposure of honey bees to neonicotinoids and fipronil contaminated dusts were analyzed. In fact, considerable amounts of these pesticides, employed for maize seed dressing treatments, may be dispersed during the sowing operations, thus representing a way of intoxication for honey bees. In particular, a specific way of exposure to this pesticides formulation, the indirect contact, was taken into account. To this aim, we conducted different experimentations, in laboratory, in semi-field and in open field conditions in order to assess the effects on mortality, foraging behaviour, colony development and capacity of orientation. The real dispersal of contaminated dusts was previously assessed in specific filed trials. In the second part, the impact of various pesticides (chemical and biological) on honey bee biochemical-physiological changes, was evaluated. Different ways and durations of exposure to the tested products were also employed. Three experimentations were performed, combining Bt spores and deltamethrin, Bt spores and fipronil, difenoconazole and deltamethrin. Several important enzymes (GST, ALP, SOD, CAT, G6PDH, GAPDH) were selected in order to test the pesticides induced variations in their activity. In particular, these enzymes are involved in different pathways of detoxification, oxidative stress defence and energetic metabolism. The results showed a significant effect on mortality of neonicotinoids and fipronil contaminated dusts, both in laboratory and in semi-field trials. However, no effects were evidenced in honey bees orientation capacity. The analysis of different biochemical indicators highlighted some interesting physiological variations that can be linked to the pesticide exposure. We therefore stress the attention on the possibility of using such a methodology as a novel toxicity endpoint in environmental risk assessment.

Dalla città alla casa, dalla casa alla città: la mutevole ricerca di un Piano per il ben-essere urbano

La ricerca si propone di definire le linee guida per la stesura di un Piano che si occupi di qualità della vita e di benessere. Il richiamo alla qualità e al benessere è positivamente innovativo, in quanto impone agli organi decisionali di sintonizzarsi con la soggettività attiva dei cittadini e, contemporaneamente, rende evidente la necessità di un approccio più ampio e trasversale al tema della città e di una più stretta relazione dei tecnici/esperti con i responsabili degli organismi politicoamministrativi. La ricerca vuole indagare i limiti dell’urbanistica moderna di fronte alla complessità di bisogni e di nuove necessità espresse dalle popolazioni urbane contemporanee. La domanda dei servizi è notevolmente cambiata rispetto a quella degli anni Sessanta, oltre che sul piano quantitativo anche e soprattutto sul piano qualitativo, a causa degli intervenuti cambiamenti sociali che hanno trasformato la città moderna non solo dal punto di vista strutturale ma anche dal punto di vista culturale: l’intermittenza della cittadinanza, per cui le città sono sempre più vissute e godute da cittadini del mondo (turisti e/o visitatori, temporaneamente presenti) e da cittadini diffusi (suburbani, provinciali, metropolitani); la radicale trasformazione della struttura familiare, per cui la famiglia-tipo costituita da una coppia con figli, solido riferimento per l’economia e la politica, è oggi minoritaria; l’irregolarità e flessibilità dei calendari, delle agende e dei ritmi di vita della popolazione attiva; la mobilità sociale, per cui gli individui hanno traiettorie di vita e pratiche quotidiane meno determinate dalle loro origini sociali di quanto avveniva nel passato; l’elevazione del livello di istruzione e quindi l’incremento della domanda di cultura; la crescita della popolazione anziana e la forte individualizzazione sociale hanno generato una domanda di città espressa dalla gente estremamente variegata ed eterogenea, frammentata e volatile, e per alcuni aspetti assolutamente nuova. Accanto a vecchie e consolidate richieste – la città efficiente, funzionale, produttiva, accessibile a tutti – sorgono nuove domande, ideali e bisogni che hanno come oggetto la bellezza, la varietà, la fruibilità, la sicurezza, la capacità di stupire e divertire, la sostenibilità, la ricerca di nuove identità, domande che esprimono il desiderio di vivere e di godere la città, di stare bene in città, domande che non possono essere più soddisfatte attraverso un’idea di welfare semplicemente basata sull’istruzione, la sanità, il sistema pensionistico e l’assistenza sociale. La città moderna ovvero l’idea moderna della città, organizzata solo sui concetti di ordine, regolarità, pulizia, uguaglianza e buon governo, è stata consegnata alla storia passata trasformandosi ora in qualcosa di assai diverso che facciamo fatica a rappresentare, a descrivere, a raccontare. La città contemporanea può essere rappresentata in molteplici modi, sia dal punto di vista urbanistico che dal punto di vista sociale: nella letteratura recente è evidente la difficoltà di definire e di racchiudere entro limiti certi l’oggetto “città” e la mancanza di un convincimento forte nell’interpretazione delle trasformazioni politiche, economiche e sociali che hanno investito la società e il mondo nel secolo scorso. La città contemporanea, al di là degli ambiti amministrativi, delle espansioni territoriali e degli assetti urbanistici, delle infrastrutture, della tecnologia, del funzionalismo e dei mercati globali, è anche luogo delle relazioni umane, rappresentazione dei rapporti tra gli individui e dello spazio urbano in cui queste relazioni si muovono. La città è sia concentrazione fisica di persone e di edifici, ma anche varietà di usi e di gruppi, densità di rapporti sociali; è il luogo in cui avvengono i processi di coesione o di esclusione sociale, luogo delle norme culturali che regolano i comportamenti, dell’identità che si esprime materialmente e simbolicamente nello spazio pubblico della vita cittadina. Per studiare la città contemporanea è necessario utilizzare un approccio nuovo, fatto di contaminazioni e saperi trasversali forniti da altre discipline, come la sociologia e le scienze umane, che pure contribuiscono a costruire l’immagine comunemente percepita della città e del territorio, del paesaggio e dell’ambiente. La rappresentazione del sociale urbano varia in base all’idea di cosa è, in un dato momento storico e in un dato contesto, una situazione di benessere delle persone. L’urbanistica moderna mirava al massimo benessere del singolo e della collettività e a modellarsi sulle “effettive necessità delle persone”: nei vecchi manuali di urbanistica compare come appendice al piano regolatore il “Piano dei servizi”, che comprende i servizi distribuiti sul territorio circostante, una sorta di “piano regolatore sociale”, per evitare quartieri separati per fasce di popolazione o per classi. Nella città contemporanea la globalizzazione, le nuove forme di marginalizzazione e di esclusione, l’avvento della cosiddetta “new economy”, la ridefinizione della base produttiva e del mercato del lavoro urbani sono espressione di una complessità sociale che può essere definita sulla base delle transazioni e gli scambi simbolici piuttosto che sui processi di industrializzazione e di modernizzazione verso cui era orientata la città storica, definita moderna. Tutto ciò costituisce quel complesso di questioni che attualmente viene definito “nuovo welfare”, in contrapposizione a quello essenzialmente basato sull’istruzione, sulla sanità, sul sistema pensionistico e sull’assistenza sociale. La ricerca ha quindi analizzato gli strumenti tradizionali della pianificazione e programmazione territoriale, nella loro dimensione operativa e istituzionale: la destinazione principale di tali strumenti consiste nella classificazione e nella sistemazione dei servizi e dei contenitori urbanistici. E’ chiaro, tuttavia, che per poter rispondere alla molteplice complessità di domande, bisogni e desideri espressi dalla società contemporanea le dotazioni effettive per “fare città” devono necessariamente superare i concetti di “standard” e di “zonizzazione”, che risultano essere troppo rigidi e quindi incapaci di adattarsi all’evoluzione di una domanda crescente di qualità e di servizi e allo stesso tempo inadeguati nella gestione del rapporto tra lo spazio domestico e lo spazio collettivo. In questo senso è rilevante il rapporto tra le tipologie abitative e la morfologia urbana e quindi anche l’ambiente intorno alla casa, che stabilisce il rapporto “dalla casa alla città”, perché è in questa dualità che si definisce il rapporto tra spazi privati e spazi pubblici e si contestualizzano i temi della strada, dei negozi, dei luoghi di incontro, degli accessi. Dopo la convergenza dalla scala urbana alla scala edilizia si passa quindi dalla scala edilizia a quella urbana, dal momento che il criterio del benessere attraversa le diverse scale dello spazio abitabile. Non solo, nei sistemi territoriali in cui si è raggiunto un benessere diffuso ed un alto livello di sviluppo economico è emersa la consapevolezza che il concetto stesso di benessere sia non più legato esclusivamente alla capacità di reddito collettiva e/o individuale: oggi la qualità della vita si misura in termini di qualità ambientale e sociale. Ecco dunque la necessità di uno strumento di conoscenza della città contemporanea, da allegare al Piano, in cui vengano definiti i criteri da osservare nella progettazione dello spazio urbano al fine di determinare la qualità e il benessere dell’ambiente costruito, inteso come benessere generalizzato, nel suo significato di “qualità dello star bene”. E’ evidente che per raggiungere tale livello di qualità e benessere è necessario provvedere al soddisfacimento da una parte degli aspetti macroscopici del funzionamento sociale e del tenore di vita attraverso gli indicatori di reddito, occupazione, povertà, criminalità, abitazione, istruzione, etc.; dall’altra dei bisogni primari, elementari e di base, e di quelli secondari, culturali e quindi mutevoli, trapassando dal welfare state allo star bene o well being personale, alla wellness in senso olistico, tutte espressioni di un desiderio di bellezza mentale e fisica e di un nuovo rapporto del corpo con l’ambiente, quindi manifestazione concreta di un’esigenza di ben-essere individuale e collettivo. Ed è questa esigenza, nuova e difficile, che crea la diffusa sensazione dell’inizio di una nuova stagione urbana, molto più di quanto facciano pensare le stesse modifiche fisiche della città.

Costrutti ed Applicazioni di Programmazione Generica in Linguaggi Object-Oriented

Generic programming is likely to become a new challenge for a critical mass of developers. Therefore, it is crucial to refine the support for generic programming in mainstream Object-Oriented languages — both at the design and at the implementation level — as well as to suggest novel ways to exploit the additional degree of expressiveness made available by genericity. This study is meant to provide a contribution towards bringing Java genericity to a more mature stage with respect to mainstream programming practice, by increasing the effectiveness of its implementation, and by revealing its full expressive power in real world scenario. With respect to the current research setting, the main contribution of the thesis is twofold. First, we propose a revised implementation for Java generics that greatly increases the expressiveness of the Java platform by adding reification support for generic types. Secondly, we show how Java genericity can be leveraged in a real world case-study in the context of the multi-paradigm language integration. Several approaches have been proposed in order to overcome the lack of reification of generic types in the Java programming language. Existing approaches tackle the problem of reification of generic types by defining new translation techniques which would allow for a runtime representation of generics and wildcards. Unfortunately most approaches suffer from several problems: heterogeneous translations are known to be problematic when considering reification of generic methods and wildcards. On the other hand, more sophisticated techniques requiring changes in the Java runtime, supports reified generics through a true language extension (where clauses) so that backward compatibility is compromised. In this thesis we develop a sophisticated type-passing technique for addressing the problem of reification of generic types in the Java programming language; this approach — first pioneered by the so called EGO translator — is here turned into a full-blown solution which reifies generic types inside the Java Virtual Machine (JVM) itself, thus overcoming both performance penalties and compatibility issues of the original EGO translator. Java-Prolog integration Integrating Object-Oriented and declarative programming has been the subject of several researches and corresponding technologies. Such proposals come in two flavours, either attempting at joining the two paradigms, or simply providing an interface library for accessing Prolog declarative features from a mainstream Object-Oriented languages such as Java. Both solutions have however drawbacks: in the case of hybrid languages featuring both Object-Oriented and logic traits, such resulting language is typically too complex, thus making mainstream application development an harder task; in the case of library-based integration approaches there is no true language integration, and some “boilerplate code” has to be implemented to fix the paradigm mismatch. In this thesis we develop a framework called PatJ which promotes seamless exploitation of Prolog programming in Java. A sophisticated usage of generics/wildcards allows to define a precise mapping between Object-Oriented and declarative features. PatJ defines a hierarchy of classes where the bidirectional semantics of Prolog terms is modelled directly at the level of the Java generic type-system.

Exact Algorithms for Different Classes of Vehicle Routing Problems

We deal with five problems arising in the field of logistics: the Asymmetric TSP (ATSP), the TSP with Time Windows (TSPTW), the VRP with Time Windows (VRPTW), the Multi-Trip VRP (MTVRP), and the Two-Echelon Capacitated VRP (2E-CVRP). The ATSP requires finding a lest-cost Hamiltonian tour in a digraph. We survey models and classical relaxations, and describe the most effective exact algorithms from the literature. A survey and analysis of the polynomial formulations is provided. The considered algorithms and formulations are experimentally compared on benchmark instances. The TSPTW requires finding, in a weighted digraph, a least-cost Hamiltonian tour visiting each vertex within a given time window. We propose a new exact method, based on new tour relaxations and dynamic programming. Computational results on benchmark instances show that the proposed algorithm outperforms the state-of-the-art exact methods. In the VRPTW, a fleet of identical capacitated vehicles located at a depot must be optimally routed to supply customers with known demands and time window constraints. Different column generation bounding procedures and an exact algorithm are developed. The new exact method closed four of the five open Solomon instances. The MTVRP is the problem of optimally routing capacitated vehicles located at a depot to supply customers without exceeding maximum driving time constraints. Two set-partitioning-like formulations of the problem are introduced. Lower bounds are derived and embedded into an exact solution method, that can solve benchmark instances with up to 120 customers. The 2E-CVRP requires designing the optimal routing plan to deliver goods from a depot to customers by using intermediate depots. The objective is to minimize the sum of routing and handling costs. A new mathematical formulation is introduced. Valid lower bounds and an exact method are derived. Computational results on benchmark instances show that the new exact algorithm outperforms the state-of-the-art exact methods.

Ricerche di campo per lo sviluppo della tecnologia del maschio sterile nella lotta ad Aedes albopictus (Skuse)

Aedes albopictus (Skuse), comunemente detta Zanzara Tigre, ha invaso, negli ultimi anni, molti paesi, soprattutto in modo passivo attraverso il commercio di pneumatici usati. Questa specie è particolarmente adatta all'applicazione della tecnica dell'insetto sterile (SIT), basata su allevamento massale, sterilizzazione e rilascio in campo di un gran numero di maschi della specie vettrice. I maschi sterili rilasciati devono essere in grado di volare, di disperdersi sul territorio, di sopravvivere, di essere sessualmente attivi abbastanza a lungo per coprire il tempo tra una fase di rilascio e la successiva, di individuare le femmine vergini selvatiche e competere con successo per l'accoppiamento con i maschi selvatici. La dispersione e la sopravvivenza dei maschi di Ae. albopictus allevati in laboratorio, sono state studiate mediante tecniche di marcatura, rilascio e ricattura. Le catture sono state eseguite da tecnici specializzati, in un raggio di 350 m dal sito di rilascio. Gli esperimenti condotti hanno dimostrato che i maschi sono in grado di disperdersi, dal sito di rilascio, per circa 200 m ma la loro longevità in campo è fortemente dipendente dalle condizioni climatiche. In studi di semi-campo e di campo è stato valutato uno speciale dispositivo progettato per essere incluso nella stazione di rilascio dei maschi in grado di fornire loro fonti energetiche per migliorarne le prestazioni. I risultati ottenuti sono stati positivi. Studi di competitività sono stati condotti in tunnel costruiti in un ambiente naturale al fine di validare un protocollo per studi sulla competitività dei maschi in questo modello sperimentale. Maschi irraggiati mediante l'applicazione di raggi gamma alla dose di 30 Gy sono stati messi in competizione con maschi fertili per l'accoppiamento con femmine vergini con diversi rapporti. I risultati ottenuti hanno dimostrato le buone prestazioni e l'affidabilità di questo modello sperimentale rimanendo però irrisolto il problema dell’elevata variabilità.

Biologia di Tuta absoluta (Lepidoptera: Gelechiidae), interazioni con l’ambiente e valutazione di tecniche di contenimento ecocompatibili

Tuta absoluta (Meyrick) è un lepidottero originario dell’America meridionale, infeudato a pomodoro e ad altre solanacee coltivate e spontanee. Con l’attività trofica le larve causano mine fogliari e gallerie nei frutti, con conseguenti ingenti danni alle colture. T. absoluta è stato segnalato per la prima volta in Italia nel 2008 e in Piemonte nel 2009. Pertanto le ricerche sono state condotte per rilevarne la distribuzione in Piemonte, studiarne l’andamento di popolazione in condizioni naturali e controllate, e valutare l’efficacia di differenti mezzi di lotta al fine di definire le strategie di difesa. Il monitoraggio, condotto nel 2010, ha evidenziato come T. absoluta sia ormai largamente diffuso sul territorio regionale già pochi mesi dopo la segnalazione. L’insetto ha mostrato di prediligere condizioni climatiche più miti; infatti è stato ritrovato con maggiore frequenza nelle aree più calde. Il fitofago ha raggiunto densità di popolazione elevate a partire dalla seconda metà dell’estate, a ulteriore dimostrazione che, in una regione a clima temperato come il Piemonte, T. absoluta dà origine a infestazioni economicamente rilevanti solo dopo il culmine della stagione estiva. Per definire le strategie di lotta, sono state condotte prove in laboratorio, semi-campo e campo volte a valutare la tossicità nei confronti del lepidottero di preparati a base di emamectina benzoato, rynaxypyr, spinosad e Bacillus thuringiensis Berliner. In campo è stata verificata anche l’efficacia del miride dicifino Macrolophus pygmaeus (Rambur), reperibile in commercio. In tutte le prove, è stata riscontrata una maggiore efficacia di rynaxypyr ed emamectina benzoato. In campo M. pygmaeus ha mostrato difficoltà d’insediamento ed è stato in grado di contenere efficacemente il fitofago soltanto con bassi livelli d’infestazione. Per contro è stata costantemente osservata la presenza naturale di un altro miride dicifino Dicyphus errans (Wolff), che in laboratorio ha mostrato di non essere particolarmente disturbato dalle sostanze saggiate.

Studio dei semiochimici coinvolti nelle interazioni intra- e inter-specifiche in Gonocerus acuteangulatus (Goeze) (Heteroptera: Coreidae) in vista di un loro impiego nella difesa del nocciolo.

Gonocerus acuteangulatus (Hemiptera: Coreidae) è considerato uno dei principali fitofagi del nocciolo, in grado di causare con l’attività trofica pesanti perdite quali-quantitative di produzione. Nel triennio sono state quindi condotte indagini sulla bioetologia di G. acuteangulatus volte a: I) studiare comportamento alimentare ed effetti sulla produzione corilicola, II) identificare i feromoni e valutarne l’attività mediante biosaggi fisiologici e comportamentali in laboratorio, semi-campo e campo, III) rilevare le piante ospiti alternative al nocciolo. Mediante isolamento di adulti del coreide su rami di nocciolo con frutti è stata confermata l’assenza di correlazione fra entità del danno e numerosità degli individui presenti in corileto. Dalle analisi sensoriali su nocciole sane e danneggiate è emerso che le alterazioni causate delle punture di nutrizione sono rese più evidenti da conservazione e tostatura. Variazioni di tempi e temperature di tostatura potrebbero mitigare gli effetti del cimiciato. Nello studio dei feromoni, G. acuteangulatus, molto mobile nell’ambiente, è risultato poco adatto ai biosaggi in condizioni artificiali, come quelle in olfattometro e semi-campo. Le femmine sono tuttavia apparse attrattive per adulti di entrambi i sessi, mentre la miscela feromonale sintetizzata ha mostrato un’azione attrattiva, seppure non costante. Pertanto, ulteriori ripetizioni sono necessarie per convalidare questi risultati preliminari, modificando le condizioni di saggio in relazione alle caratteristiche della specie. Infine è stata accertata la preferenza del fitofago per alcune specie vegetali rispetto al nocciolo. Nel corso del triennio, popolazioni molto consistenti di G. acuteangulatus sono state rilevate su bosso, ciliegio di Santa Lucia, rosa selvatica, sanguinello, spino cervino, in corrispondenza del periodo di comparsa e maturazione dei frutti. Nell’impostazione di una strategia di difesa a basso impatto ambientale, l’attrattività di queste piante, in sinergia con eventuali feromoni di aggregazione, potrebbe essere utilmente sfruttata, per mantenere il coreide lontano dalla coltura.

Self-Assembled Monolayers (SAMs) in Organic Field-Effect Transistors

Organic printed electronics is attracting an ever-growing interest in the last decades because of its impressive breakthroughs concerning the chemical design of π-conjugated materials and their processing. This has an impact on novel applications, such as flexible-large-area displays, low- cost printable circuits, plastic solar cells and lab-on-a-chip devices. The organic field-effect transistor (OFET) relies on a thin film of organic semiconductor that bridges source and drain electrodes. Since its first discovery in the 80s, intensive research activities were deployed in order to control the chemico-physical properties of these electronic devices and consequently their charge. Self-assembled monolayers (SAMs) are a versatile tool for tuning the properties of metallic, semi-conducting, and insulating surfaces. Within this context, OFETs represent reliable instruments for measuring the electrical properties of the SAMs in a Metal/SAM/OS junction. Our experimental approach, named Charge Injection Organic-Gauge (CIOG), uses OTFT in a charge-injection controlled regime. The CIOG sensitivity has been extensively demonstrated on different homologous self-assembling molecules that differ in either chain length or in anchor/terminal group. One of the latest applications of organic electronics is the so-called “bio-electronics” that makes use of electronic devices to encompass interests of the medical science, such as biosensors, biotransducers etc… As a result, thee second part of this thesis deals with the realization of an electronic transducer based on an Organic Field-Effect Transistor operating in aqueous media. Here, the conventional bottom gate/bottom contact configuration is replaced by top gate architecture with the electrolyte that ensures electrical contact between the top gold electrode and the semiconductor layer. This configuration is named Electrolyte-Gated Field-Effect Transistor (EGOFET). The functionalization of the top electrode is the sensing core of the device allowing the detection of dopamine as well as of protein biomarkers with ultra-low sensitivity.

Control of fruit postharvest diseases by thermotherapy: understanding the mechanisms of action by –omics approaches

In recent years the hot water treatment (HW) represents an effective and safe approach for managing postharvest decay. This study reported the effect of an HW (60°C for 60 s and 45°C for 10 min) on brown rot and blue mould respectively. Peaches was found more thermotolerant compared to apple fruit, otherwise Penicillium expansum was more resistant to heat with respect to Monilinia spp. In semi-commercial and commercial trials, the inhibition of brown rot in naturally infected peaches was higher than 78% after 6 days at 0°C and 3 days at 20°C. Moreover, in laboratory trials a 100% disease incidence reduction was obtained by treating artificially infected peaches at 6-12 h after inoculation revealing a curative effect of HW. The expression levels of some genes were evaluated by qRT-PCR. Specifically, the cell wall genes (β-GAL, PL, PG, PME) showed a general decrease of expression level whereas PAL, CHI, HSP70 and ROS-scavenging genes were induced in treated peaches compared to the control ones. Contrarily, HW applied on artificially infected fruit before the inoculum was found to increase brown rot susceptibility. This aspect might be due to an increase of fruit VOCs emission as revealed by PTR-ToF-MS analysis. In addition a microarray experiment was conducted to analyze molecular mechanisms underneath the apple response to heat. Our results showed a largest amount of induced Heat shock proteins (HSPs), Heat shock cognate proteins (HSCs), Heat shock transcription factors (HSTFs) genes found at 1 and 4 hours from the treatment. Those genes required for the thermotolerance process could be involved in induced resistance response. The hypothesis was confirmed by 30% of blue mold disease reduction in artificially inoculated apple after 1 and 4 hours from the treatment. In order to improve peaches quality and disease management during storage, an innovative tool was also used: Da-meter.

Graph algorithms for bioinformatics

Biological data are inherently interconnected: protein sequences are connected to their annotations, the annotations are structured into ontologies, and so on. While protein-protein interactions are already represented by graphs, in this work I am presenting how a graph structure can be used to enrich the annotation of protein sequences thanks to algorithms that analyze the graph topology. We also describe a novel solution to restrict the data generation needed for building such a graph, thanks to constraints on the data and dynamic programming. The proposed algorithm ideally improves the generation time by a factor of 5. The graph representation is then exploited to build a comprehensive database, thanks to the rising technology of graph databases. While graph databases are widely used for other kind of data, from Twitter tweets to recommendation systems, their application to bioinformatics is new. A graph database is proposed, with a structure that can be easily expanded and queried.