Genexpressionsanalyse der fötalen Wachstumsfuge des Rindes

Erkrankungen des Skelettapparats wie beispielsweise die Osteoporose oder Arthrose gehören neben den Herz-Kreislauferkrankungen und Tumoren zu den Häufigsten Erkrankungen des Menschen. Ein besseres Verständnis der Bildung und des Erhalts von Knochen- oder Knorpelgewebe ist deshalb von besonderer Bedeutung. Viele bisherige Ansätze zur Identifizierung hierfür relevanter Gene, deren Produkte und Interaktionen beruhen auf der Untersuchung pathologischer Situationen. Daher ist die Funktion vieler Gene nur im Zusammenhang mit Krankheiten beschrieben. Untersuchungen, die die Genaktivität bei der Normalentwicklung von knochen- und knorpelbildenden Geweben zum Ziel haben, sind dagegen weit weniger oft durchgeführt worden. rnEines der entwicklungsphysiologisch interessantesten Gewebe ist die Epiphysenfuge der Röhrenknochen. In dieser sogenannten Wachstumsfuge ist insbesondere beim fötalen Gewebe eine sehr hohe Aktivität derjenigen Gene zu erwarten, die an der Knochen- und Knorpelbildung beteiligt sind. In der vorliegenden Arbeit wurde daher aus der Epiphysenfuge von Kälberknochen RNA isoliert und eine cDNA-Bibliothek konstruiert. Von dieser wurden ca. 4000 Klone im Rahmen eines klassischen EST-Projekts sequenziert. Durch die Analyse konnte ein ungefähr 900 Gene umfassendes Expressionsprofil erstellt werden und viele Transkripte für Komponenten der regulatorischen und strukturbildenden Bestandteile der Knochen- und Knorpelentwicklung identifiziert werden. Neben den typischen Genen für Komponenten der Knochenentwicklung sind auch deutlich Bestandteile für embryonale Entwicklungsprozesse vertreten. Zu ersten gehören in erster Linie die Kollagene, allen voran Kollagen II alpha 1, das mit Abstand höchst exprimierte Gen in der fötalen Wachstumsfuge. Nach den ribosomalen Proteinen stellen die Kollagene mit ca. 10 % aller auswertbaren Sequenzen die zweitgrößte Gengruppe im erstellten Expressionsprofil dar. Proteoglykane und andere niedrig exprimierte regulatorische Elemente, wie Transkriptionsfaktoren, konnten im EST-Projekt aufgrund der geringen Abdeckung nur in sehr geringer Kopienzahl gefunden werden. Allerdings förderte die EST-Analyse mehrere interessante, bisher nicht bekannte Transkripte zutage, die detaillierter untersucht wurden. Dazu gehören Transkripte die, die dem LOC618319 zugeordnet werden konnten. Neben den bisher beschriebenen drei Exonbereichen konnte ein weiteres Exon im 3‘-UTR identifiziert werden. Im abgeleiteten Protein, das mindestens 121 AS lang ist, wurden ein Signalpeptid und eine Transmembrandomäne nachgewiesen. In Verbindung mit einer möglichen Glykosylierung ist das Genprodukt in die Gruppe der Proteoglykane einzuordnen. Leicht abweichend von den typischen Strukturen knochen- und knorpelspezifischer Proteoglykane ist eine mögliche Funktion dieses Genprodukts bei der Interaktion mit Integrinen und der Zell-Zellinteraktion, aber auch bei der Signaltransduktion denkbar. rnDie EST-Sequenzierungen von ca. 4000 cDNA-Klonen können aber in der Regel nur einen Bruchteil der möglichen Transkripte des untersuchten Gewebes abdecken. Mit den neuen Sequenziertechnologien des „Next Generation Sequencing“ bestehen völlig neue Möglichkeiten, komplette Transkriptome mit sehr hoher Abdeckung zu sequenzieren und zu analysieren. Zur Unterstützung der EST-Daten und zur deutlichen Verbreiterung der Datenbasis wurde das Transkriptom der bovinen fötalen Wachstumsfuge sowohl mit Hilfe der Roche-454/FLX- als auch der Illumina-Solexa-Technologie sequenziert. Bei der Auswertung der ca. 40000 454- und 75 Millionen Illumina-Sequenzen wurden Verfahren zur allgemeinen Handhabung, der Qualitätskontrolle, dem „Clustern“, der Annotation und quantitativen Auswertung von großen Mengen an Sequenzdaten etabliert. Beim Vergleich der Hochdurchsatz Blast-Analysen im klassischen „Read-Count“-Ansatz mit dem erstellten EST-Expressionsprofil konnten gute Überstimmungen gezeigt werden. Abweichungen zwischen den einzelnen Methoden konnten nicht in allen Fällen methodisch erklärt werden. In einigen Fällen sind Korrelationen zwischen Transkriptlänge und „Read“-Verteilung zu erkennen. Obwohl schon simple Methoden wie die Normierung auf RPKM („reads per kilo base transkript per million mappable reads“) eine Verbesserung der Interpretation ermöglichen, konnten messtechnisch durch die Art der Sequenzierung bedingte systematische Fehler nicht immer ausgeräumt werden. Besonders wichtig ist daher die geeignete Normalisierung der Daten beim Vergleich verschieden generierter Datensätze. rnDie hier diskutierten Ergebnisse aus den verschiedenen Analysen zeigen die neuen Sequenziertechnologien als gute Ergänzung und potentiellen Ersatz für etablierte Methoden zur Genexpressionsanalyse.rn

Molekulare Analyse des Kolumnar-Gens beim Apfel (Malus x domestica)

Das Kolumnarwachstum beim Apfel (Malus x domestica) geht auf eine in den frühen 1960er Jahren entdeckte Zufallsmutation zurück. Die daraus resultierende Sprossmutante ist von großem wirtschaftlichem Interesse, da diese sehr kompakte Wuchsform unter anderem zu einer enormen Ertragssteigerung durch eine hohe Pflanzdichte der Bäume führt. Das Ziel der Arbeit ist die Entschlüsselung der molekularen Ursache dieser Mutation, die bisher weitgehend ungeklärt ist. Die Analyse wurde durch die Erstellung einer Referenzsequenz der Co-Zielregion einer kolumnaren Apfelsorte sowie durch die Konstruktion eng gekoppelter molekularer Marker realisiert. Durch die Konstruktion von genomischen Apfel-BAC-Bibliotheken mit mehrfacher Genomabdeckung und die Erstellung geeigneter Sonden wurde die Co-Region kloniert und deren Sequenz bestimmt. In Kombination zu dieser klassischen positionellen Klonierungsstrategie wurden genomische Illumina „mate pair“-Bibliotheken erstellt, sequenziert und bioinformatisch analysiert, um die genomische Region vollständig zu annotieren. Somit wurde eine vollständige genomische Referenz der Co-Region einer kolumnaren Apfelsorte erstellt, die die Grundlage für weitere Analysen bildet. Auf Basis dieser Referenz konnte die Co-Mutation in Form der Integration des LTR-Retrotransposons Gypsy-44 im kolumnaren Chromosom an Position 18,79 Mbp auf Chromosom 10 lokalisiert werden. Darüber hinaus konnten Transposon-basierende molekulare Marker erstellt werden, die eine verlässliche Genotypisierung von Apfelbäumen in Bezug auf das Kolumnarwachstum ermöglichen und dies unabhängig von der verwendeten Apfelsorte. Der genaue Wirkmechanismus von Gypsy-44, der zur Ausprägung dieses extremen Phänotyps führt, ist bislang unklar. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die molekulare Ursache für das kolumnare Wachstum aufgeklärt werden konnte und zudem die ersten molekularen Marker erstellt wurden, die eine sortenunabhängige Differenzierung zwischen kolumnaren und nicht kolumnaren Apfelbäumen ermöglichen.

Veränderungen der DNA-Methylierung in Patienten mit AHCY-Defizienz

Die S-adenosyl-L-Homocysteinhydrolase (AHCY)-Defizienz ist eine seltene autosomal rezessive Erbkrankheit, bei der Mutationen im AHCY-Gen die Funktionsfähigkeit des kodierten Enzyms beeinträchtigen. Diese Krankheit führt zu Symptomen wie Entwicklungsverzögerungen, mentaler Retardierung und Myopathie. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der AHCY-Defizienz auf die Methylierung der DNA in Blutproben und Fibroblasten von Patienten mit AHCY-Defizienz, sowie in HEK293- und HepG2-Zelllinien mit AHCY-Knockdown untersucht. Der gesamtgenomische Methylierungsstatus wurde mit Hilfe des MethylFlash ™ Methylated DNA Quantification Kit (Epigentek) bei drei Patienten-Blutproben festgestellt. In den Blutproben von sieben Patienten und Fibroblasten von einem Patienten wurde die Methylierung von DMRs sieben geprägter Gene (GTL2, H19, LIT1, MEST, NESPAS, PEG3, SNRPN) und zwei repetitiver Elemente (Alu, LINE1) mittels Bisulfit-Pyrosequenzierung quantifiziert und durch High Resolution Melting-Analyse bestätigt. Zusätzlich wurde eine genomweite Methylierungsanalyse mit dem Infinium® HumanMethylation450 BeadChip (Illumina) für vier Patientenproben durchgeführt und die Expression von AHCY in Fibroblasten mittels Expressions-qPCR und QUASEP-Analyse untersucht. Die Methylierungsanalysen ergaben eine Hypermethylierung der gesamtgenomischen DNA und stochastische Hypermethylierungen von DMRs geprägter Gene bei einigen Patienten. Die HEK293- und HepG2-Zelllinien wiesen dagegen hauptsächlich stochastische Hypomethylierungen an einigen DMRs geprägter Gene und LINE1-Elementen auf. Die genomweite Methylierungsarray-Analyse konnte die Ergebnisse der Bisulfit-Pyrosequenzierung nicht bestätigen. Die Expressionsanalysen der AHCY-defizienten Fibroblasten zeigten eine verminderte Expression von AHCY, wobei beide Allele etwa gleich stark transkribiert wurden. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die AHCY-Defizienz eine gute Modellerkrankung für die Untersuchung biologischer Konsequenzen von Methylierungsstörungen im Rahmen der Epigenetik-Forschung sein könnte. Sie ist unseres Wissens die erste monogene Erkrankung mit symptomaler DNA-Hypermethylierung beim Menschen.

Genexpressionsanalyse boviner mesenchymaler Stammzellen und deren in-vitro-differenzierten Folgelinien

Mesenchymale Stamzellen (MSC) sind Vertreter der adulten Stammzellen. Sie bergen durch ihre große Plastizität ein immenses Potential für die klinische Nutzung in Form von Stammzelltherapien. Zellen dieses Typs kommen vornehmlich im Knochenmark der großen Röhrenknochen vor und können zu Knochen, Knorpel und Fettzellen differenzieren. MSC leisten einen wichtigen Beitrag im Rahmen regenerativer Prozesse, beispielsweise zur Heilung von Frakturen. Breite Studien demonstrieren bereits jetzt auch bei komplexeren Erkrankungen (z.B. Osteoporose) therapeutisch vielversprechende Einsatzmöglichkeiten. Oft kommen hierbei aus MSC gezielt differenzierte Folgelinien aus Zellkulturen zum Einsatz. Dies bedingt eine kontrollierte Steuerung der Differenzierungsprozesse in vitro. Der Differenzierung einer Stammzelle liegt eine komplexe Veränderung ihrer Genexpression zugrunde. Genexpressionsmuster zur Erhaltung und Proliferation der Stammzellen müssen durch solche, die der linienspezifischen Differenzierung dienen, ersetzt werden. Die mit der Differenzierung einhergehende, transkriptomische Neuausrichtung ist für das Verständnis der Prozesse grundlegend und wurde bislang nur unzureichend untersucht. Ziel der vorliegenden Arbeit ist eine transkriptomweite und vergleichende Genexpressionsanalyse Mesenchymaler Stammzellen und deren in vitro differenzierten Folgelinien mittels Plasmid - DNA Microarrays und Sequenziertechniken der nächsten Generation (RNA-Seq, Illumina Plattform). In dieser Arbeit diente das Hausrind (Bos taurus) als Modellorganismus, da es genetisch betrachtet eine hohe Ähnlichkeit zum Menschen aufweist und Knochenmark als Quelle von MSC gut verfügbar ist. Primärkulturen Mesenchymaler Stammzellen konnten aus dem Knochenmark von Rindern erfolgreich isoliert werden. Es wurden in vitro Zellkultur - Versuche durchgeführt, um die Zellen zu Osteoblasten, Chondrozyten und Adipozyten zu differenzieren. Zur Genexpressionsanalyse wurde RNA aus jungen MSC und einer MSC Langzeitkultur („alte MSC“), sowie aus den differenzierten Zelllinien isoliert und für nachfolgende Experimente wo nötig amplifiziert. Der Erfolg der Differenzierungen konnte anhand der Genexpression von spezifischen Markergenen und mittels histologischer Färbungen belegt werden. Hierbei zeigte sich die Differenzierung zu Osteoblasten und Adipozyten erfolgreich, während die Differenzierung zu Chondrozyten trotz diverser Modifikationen am Protokoll nicht erfolgreich durchgeführt werden konnte. Eine vergleichende Hybridisierung zur Bestimmung differentieller Genexpression (MSC vs. Differenzierung) mittels selbst hergestellter Plasmid - DNA Microarrays ergab für die Osteogenese mit Genen wie destrin und enpp1, für die undifferenzierten MSC mit dem Gen sema3c neue Kandidatengene, deren biologische Funktion aufzuklären in zukünftigen Experimenten vielversprechende Ergebnisse liefern sollte. Die Analyse der transkriptomweiten Genexpression mittels NGS lieferte einen noch umfangreicheren Einblick ins Differenzierungsgeschehen. Es zeigte sich eine hohe Ähnlichkeit im Expressionsprofil von jungen MSC und Adipozyten, sowie zwischen den Profilen der alten MSC (eine Langzeitkultur) und Osteoblasten. Die alten MSC wiesen deutliche Anzeichen für eine spontane Differenzierung in die osteogene Richtung auf. Durch Analyse der 100 am stärksten exprimierten Gene jeder Zelllinie ließen sich für junge MSC und Adipozyten besonders Gene der extrazellulären Matrix (z.B col1a1,6 ; fn1 uvm.) auffinden. Sowohl Osteoblasten, als auch die alten MSC exprimieren hingegen verstärkt Gene mit Bezug zur oxidativen Phosphorylierung, sowie ribosomale Proteine. Eine Betrachtung der differentiellen Genexpression (junge MSC vs. Differenzierung) mit anschließender Pathway Analyse und Genontologie Anreicherungsstatistik unterstützt diese Ergebnisse vor allem bei Osteoblasten, wo nun jedoch zusätzlich auch Gene zur Regulation der Knochenentwicklung und Mineralisierung in den Vordergrund treten. Für Adipozyten konnte mit Genen des „Jak-STAT signaling pathway“, der Fokalen Adhäsion, sowie Genen des „Cytokine-cytokine receptor interaction pathway“ sehr spannende Einsichten in die Biologie dieses Zelltyps erlangt werden, die sicher weiterer Untersuchungen bedürfen. In undifferenzierten MSC konnte durch differentielle Genexpressionsanalyse die Rolle des nicht kanonischen Teils des WNT Signalweges als für die Aufrechterhaltung des Stammzellstatus potentiell äußerst einflussreich ermittelt werden. Die hier diskutierten Ergebnisse zeigen beispielhaft, dass besonders mittels Genexpressionsanalyse im Hochdurchsatzverfahren wertvolle Einblicke in die komplexe Biologie der Stammzelldifferenzierung möglich sind. Als Grundlage für nachfolgende Arbeiten konnten interessante Gene ermittelt und Hypothesen zu deren Einfluss auf Stammzelleigenschaften und Differenzierungsprozesse aufgestellt werden. Um einen besseren Einblick in den Differenzierungsverlauf zu ermöglichen, könnten künftig NGS Analysen zu unterschiedlichen Differenzierungszeitpunkten durchgeführt werden. Zudem wären weitere Anstrengungen zur erfolgreichen Etablierung der chondrogenen Differenzierung zur vollständigen Analyse der Genexpression des trilinearen Differenzierungspotentials von MSC wünschenswert.

Prokaryotic community structure in ultra-slow spreading Southwest Indian Ridge.

The Southwest Indian Ridge segment that extends between 10° and 16° E has the slowest spreading rate of any other oceanic ridge (about 8.4 mm/year). In 2013 during the expedition ANTXXIX/8 seismology, geology, microbiology, heat flow analyses were carried out. Here, no hydrothermal plumes or black smoker systems were found but the results of the survey allowed to identify areas with peculiar characteristics: Area 1 with higher heat flux bsf; Area 2 where in 2002 the presence of hydrothermal emissions was hypothesized (Bach et al., 2002); Area 3 with anomalies of methane, ammonium, sulphide and dissolved inorganic carbon in pore water sediment profiles, and recovery of fauna vents. All these aspects suggest the presence of a hydrothermal circulation. Using Illumina 16S gene tag, statistical tools and phylogenetic trees, I provided a biological proof of the presence of hydrothermal circulation in this ridge segment. At Area 3, alpha and beta diversity indexes showed similarities with those described for venting microbial communities and about 40-70% of the dominant microbial community was found phylogenetically related to clones isolated hydrothermal-driven environments. Although the majority of chemosynthetic environment related taxa were not classified like autotrophic prokaryotes, some of them are key taxa in support of the presence of hydrothermal circulation, since they are partners of consortia or mediate specific reaction typically described for hydrothermal and seep environments, or are specialized organisms in exploiting labile organic substrates. Concluding, these results are remarkable because support the importance of ultra slow spreading ridge systems in contributing to global geochemical cycles and larval dispersion of vent fauna.

Genome-wide association study in German patients with attention deficit/hyperactivity disorder

The heritability of attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) is approximately 0.8. Despite several larger scale attempts, genome-wide association studies (GWAS) have not led to the identification of significant results. We performed a GWAS based on 495 German young patients with ADHD (according to DSM-IV criteria; Human660W-Quadv1; Illumina, San Diego, CA) and on 1,300 population-based adult controls (HumanHap550v3; Illumina). Some genes neighboring the single nucleotide polymorphisms (SNPs) with the lowest P-values (best P-value: 8.38 × 10(-7)) have potential relevance for ADHD (e.g., glutamate receptor, metabotropic 5 gene, GRM5). After quality control, the 30 independent SNPs with the lowest P-values (P-values ≤ 7.57 × 10(-5) ) were chosen for confirmation. Genotyping of these SNPs in up to 320 independent German families comprising at least one child with ADHD revealed directionally consistent effect-size point estimates for 19 (10 not consistent) of the SNPs. In silico analyses of the 30 SNPs in the largest meta-analysis so far (2,064 trios, 896 cases, and 2,455 controls) revealed directionally consistent effect-size point estimates for 16 SNPs (11 not consistent). None of the combined analyses revealed a genome-wide significant result. SNPs in previously described autosomal candidate genes did not show significantly lower P-values compared to SNPs within random sets of genes of the same size. We did not find genome-wide significant results in a GWAS of German children with ADHD compared to controls. The second best SNP is located in an intron of GRM5, a gene located within a recently described region with an infrequent copy number variation in patients with ADHD.

Microphthalmia in Texel sheep is associated with a missense mutation in the paired-like homeodomain 3 (PITX3) gene

Microphthalmia in sheep is an autosomal recessive inherited congenital anomaly found within the Texel breed. It is characterized by extremely small or absent eyes and affected lambs are absolutely blind. For the first time, we use a genome-wide ovine SNP array for positional cloning of a Mendelian trait in sheep. Genotyping 23 cases and 23 controls using Illumina's OvineSNP50 BeadChip allowed us to localize the causative mutation for microphthalmia to a 2.4 Mb interval on sheep chromosome 22 by association and homozygosity mapping. The PITX3 gene is located within this interval and encodes a homeodomain-containing transcription factor involved in vertebrate lens formation. An abnormal development of the lens vesicle was shown to be the primary event in ovine microphthalmia. Therefore, we considered PITX3 a positional and functional candidate gene. An ovine BAC clone was sequenced, and after full-length cDNA cloning the PITX3 gene was annotated. Here we show that the ovine microphthalmia phenotype is perfectly associated with a missense mutation (c.338G>C, p.R113P) in the evolutionary conserved homeodomain of PITX3. Selection against this candidate causative mutation can now be used to eliminate microphthalmia from Texel sheep in production systems. Furthermore, the identification of a naturally occurring PITX3 mutation offers the opportunity to use the Texel as a genetically characterized large animal model for human microphthalmia.

Effective population size of an indigenous Swiss cattle breed estimated from linkage disequilibrium

Effective population size is an important parameter for the assessment of genetic diversity within a livestock population and its development over time. If pedigree information is not available, linkage disequilibrium (LD) analysis might offer an alternative perspective for the estimation of effective population size. In this study, 128 individuals of the Swiss Eringer breed were genotyped using the Illumina BovineSNP50 beadchip. We set bin size at 50 kb for LD analysis, assuming that LD for proximal single nucleotide polymorphism (SNP)-pairs reflects distant breeding history while LD from distal SNP-pairs would reflect near history. Recombination rates varied among different regions of the genome. The use of physical distances as an approximation of genetic distances (e.g. setting 1 Mb = 0.01 Morgan) led to an upward bias in LD-based estimates of effective population size for generations beyond 50, while estimates for recent history were unaffected. Correction for restricted sample size did not substantially affect these results. LD-based actual effective population size was estimated in the range of 87-149, whereas pedigree-based effective population size resulted in 321 individuals. For conservation purposes, requiring knowledge of recent history (<50 generations), approximation assuming constant recombination rate seemed adequate.

DEVELOPMENT AND APPLICATIONS OF GENOMIC RESOURCES FOR TWO NORTH AMERICAN HARDWOOD TAXA

Hardwoods comprise about half of the biomass of forestlands in North America and present many uses including economic, ecological and aesthetic functions. Forest trees rely on the genetic variation within tree populations to overcome the many biotic, abiotic, anthropogenic factors which are further worsened by climate change, that threaten their continued survival and functionality. To harness these inherent genetic variations of tree populations, informed knowledge of the genomic resources and techniques, which are currently lacking or very limited, are imperative for forest managers. The current study therefore aimed to develop genomic microsatellite markers for the leguminous tree species, honey locust, Gleditsia triacanthos L. and test their applicability in assessing genetic variation, estimation of gene flow patterns and identification of a full-sib mapping population. We also aimed to test the usefulness of already developed nuclear and gene-based microsatellite markers in delineation of species and taxonomic relationships between four of the taxonomically difficult Section Lobatae species (Quercus coccinea, Q. ellipsoidalis, Q. rubra and Q. velutina. We recorded 100% amplification of G. triacanthos genomic microsatellites developed using Illumina sequencing techniques in a panel of seven unrelated individuals with 14 of these showing high polymorphism and reproducibility. When characterized in 36 natural population samples, we recorded 20 alleles per locus with no indication for null alleles at 13 of the 14 microsatellites. This is the first report of genomic microsatellites for this species. Honey locust trees occur in fragmented populations of abandoned farmlands and pastures and is described as essentially dioecious. Pollen dispersal if the main source of gene flow within and between populations with the ability to offset the effects of random genetic drift. Factors known to influence gene include fragmentation and degree of isolation, which make the patterns gene flow in fragmented populations of honey locust a necessity for their sustainable management. In this follow-up study, we used a subset of nine of the 14 developed gSSRs to estimate gene flow and identify a full-sib mapping population in two isolated fragments of honey locust. Our analyses indicated that the majority of the seedlings (65-100% - at both strict and relaxed assignment thresholds) were sired by pollen from outside the two fragment populations. Only one selfing event was recorded confirming the functional dioeciousness of honey locust and that the seed parents are almost completely outcrossed. From the Butternut Valley, TN population, pollen donor genotypes were reconstructed and used in paternity assignment analyses to identify a relatively large full-sib family comprised of 149 individuals, proving the usefulness of isolated forest fragments in identification of full-sib families. In the Ames Plantation stand, contemporary pollen dispersal followed a fat-tailed exponential-power distribution, an indication of effective gene flow. Our estimate of δ was 4,282.28 m, suggesting that insect pollinators of honey locust disperse pollen over very long distances. The high proportion of pollen influx into our sampled population implies that our fragment population forms part of a large effectively reproducing population. The high tendency of oak species to hybridize while still maintaining their species identity make it difficult to resolve their taxonomic relationships. Oaks of the section Lobatae are famous in this regard and remain unresolved at both morphological and genetic markers. We applied 28 microsatellite markers including outlier loci with potential roles in reproductive isolation and adaptive divergence between species to natural populations of four known interfertile red oaks, Q. coccinea, Q. ellpsoidalis, Q. rubra and Q. velutina. To better resolve the taxonomic relationships in this difficult clade, we assigned individual samples to species, identified hybrids and introgressive forms and reconstructed phylogenetic relationships among the four species after exclusion of genetically intermediate individuals. Genetic assignment analyses identified four distinct species clusters, with Q. rubra most differentiated from the three other species, but also with a comparatively large number of misclassified individuals (7.14%), hybrids (7.14%) and introgressive forms (18.83%) between Q. ellipsoidalis and Q. velutina. After the exclusion of genetically intermediate individuals, Q. ellipsoidalis grouped as sister species to the largely parapatric Q. coccinea with high bootstrap support (91 %). Genetically intermediate forms in a mixed species stand were located proximate to both potential parental species, which supports recent hybridization of Q. velutina with both Q. ellipsoidalis and Q. rubra. Analyses of genome-wide patterns of interspecific differentiation can provide a better understanding of speciation processes and taxonomic relationships in this taxonomically difficult group of red oak species.

Genomic screening identifies novel linkages and provides further evidence for a role of MYH9 in nonsyndromic cleft lip and palate.

Nonsyndromic cleft lip with or without cleft palate (NSCLP) is a common birth anomaly that requires prolonged multidisciplinary rehabilitation. Although variation in several genes has been identified as contributing to NSCLP, most of the genetic susceptibility loci have yet to be defined. To identify additional contributory genes, a high-throughput genomic scan was performed using the Illumina Linkage IVb Panel platform. We genotyped 6008 SNPs in nine non-Hispanic white NSCLP multiplex families and a single large African-American NSCLP multiplex family. Fourteen chromosomal regions were identified with LOD>1.5, including six regions not previously reported. Analysis of the data from the African-American and non-Hispanic white families revealed two likely chromosomal regions: 8q21.3-24.12 and 22q12.2-12.3 with LOD scores of 2.98 and 2.66, respectively. On the basis of biological function, syndecan 2 (SDC2) and growth differentiation factor 6 (GDF6) in 8q21.3-24.12 and myosin heavy-chain 9, non-muscle (MYH9) in 22q12.2-12.3 were selected as candidate genes. Association analyses from these genes yielded marginally significant P-values for SNPs in SDC2 and GDF6 (0.01

NGS Nominated CELA1, HSPG2, and KCNK5 as Candidate Genes for Predisposition to Balkan Endemic Nephropathy

Balkan endemic nephropathy (BEN) is a familial chronic tubulointerstitial disease with insidious onset and slow progression leading to terminal renal failure. The results of molecular biological investigations propose that BEN is a multifactorial disease with genetic predisposition to environmental risk agents. Exome sequencing of 22 000 genes with Illumina Nextera Exome Enrichment Kit was performed on 22 DNA samples (11 Bulgarian patients and 11 Serbian patients). Software analysis was performed via NextGene, Provean, and PolyPhen. The frequency of all annotated genetic variants with deleterious/damaging effect was compared with those of European populations. Then we focused on nonannotated variants (with no data available about them and not found in healthy Bulgarian controls). There is no statistically significant difference between annotated variants in BEN patients and European populations. From nonannotated variants with more than 40% frequency in both patients' groups, we nominated 3 genes with possible deleterious/damaging variants-CELA1, HSPG2, and KCNK5. Mutant genes (CELA1, HSPG2, and KCNK5) in BEN patients encode proteins involved in basement membrane/extracellular matrix and vascular tone, tightly connected to process of angiogenesis. We suggest that an abnormal process of angiogenesis plays a key role in the molecular pathogenesis of BEN.

The Draft Assembly of the Radically Organized Stylonychia lemnae Macronuclear Genome.

Stylonychia lemnae is a classical model single-celled eukaryote, and a quintessential ciliate typified by dimorphic nuclei: A small, germline micronucleus and a massive, vegetative macronucleus. The genome within Stylonychia's macronucleus has a very unusual architecture, comprised variably and highly amplified "nanochromosomes," each usually encoding a single gene with a minimal amount of surrounding noncoding DNA. As only a tiny fraction of the Stylonychia genes has been sequenced, and to promote research using this organism, we sequenced its macronuclear genome. We report the analysis of the 50.2-Mb draft S. lemnae macronuclear genome assembly, containing in excess of 16,000 complete nanochromosomes, assembled as less than 20,000 contigs. We found considerable conservation of fundamental genomic properties between S. lemnae and its close relative, Oxytricha trifallax, including nanochromosomal gene synteny, alternative fragmentation, and copy number. Protein domain searches in Stylonychia revealed two new telomere-binding protein homologs and the presence of linker histones. Among the diverse histone variants of S. lemnae and O. trifallax, we found divergent, coexpressed variants corresponding to four of the five core nucleosomal proteins (H1.2, H2A.6, H2B.4, and H3.7) suggesting that these ciliates may possess specialized nucleosomes involved in genome processing during nuclear differentiation. The assembly of the S. lemnae macronuclear genome demonstrates that largely complete, well-assembled highly fragmented genomes of similar size and complexity may be produced from one library and lane of Illumina HiSeq 2000 shotgun sequencing. The provision of the S. lemnae macronuclear genome sets the stage for future detailed experimental studies of chromatin-mediated, RNA-guided developmental genome rearrangements.

The brown coat colour of Coppernecked goats is associated with a non-synonymous variant at the TYRP1 locus on chromosome 8

The recent development of a goat SNP genotyping microarray enables genome-wide association studies in this important livestock species. We investigated the genetic basis of the black and brown coat colour in Valais Blacknecked and Coppernecked goats. A genome-wide association analysis using goat SNP50 BeadChip genotypes of 22 cases and 23 controls allowed us to map the locus for the brown coat colour to goat chromosome 8. The TYRP1 gene is located within the associated chromosomal region, and TYRP1 variants cause similar coat colour phenotypes in different species. We thus considered TYRP1 as a strong positional and functional candidate. We resequenced the caprine TYRP1 gene by Sanger and Illumina sequencing and identified two non-synonymous variants, p.Ile478Thr and p.Gly496Asp, that might have a functional impact on the TYRP1 protein. However, based on the obtained pedigree and genotype data, the brown coat colour in these goats is not due to a single recessive loss-of-function allele. Surprisingly, the genotype distribution and the pedigree data suggest that the (496) Asp allele might possibly act in a dominant manner. The (496) Asp allele was present in 77 of 81 investigated Coppernecked goats and did not occur in black goats. This strongly suggests heterogeneity underlying the brown coat colour in Coppernecked goats. Functional experiments or targeted matings will be required to verify the unexpected preliminary findings.

A genomic perspective on a new bacterial genus and species from the Alcaligenaceae family, Basilea psittacipulmonis

BACKGROUND A novel Gram-negative, non-haemolytic, non-motile, rod-shaped bacterium was discovered in the lungs of a dead parakeet (Melopsittacus undulatus) that was kept in captivity in a petshop in Basel, Switzerland. The organism is described with a chemotaxonomic profile and the nearly complete genome sequence obtained through the assembly of short sequence reads. RESULTS Genome sequence analysis and characterization of respiratory quinones, fatty acids, polar lipids, and biochemical phenotype is presented here. Comparison of gene sequences revealed that the most similar species is Pelistega europaea, with BLAST identities of only 93% to the 16S rDNA gene, 76% identity to the rpoB gene, and a similar GC content (~43%) as the organism isolated from the parakeet, DSM 24701 (40%). The closest full genome sequences are those of Bordetella spp. and Taylorella spp. High-throughput sequencing reads from the Illumina-Solexa platform were assembled with the Edena de novo assembler to form 195 contigs comprising the ~2 Mb genome. Genome annotation with RAST, construction of phylogenetic trees with the 16S rDNA (rrs) gene sequence and the rpoB gene, and phylogenetic placement using other highly conserved marker genes with ML Tree all suggest that the bacterial species belongs to the Alcaligenaceae family. Analysis of samples from cages with healthy parakeets suggested that the newly discovered bacterial species is not widespread in parakeet living quarters. CONCLUSIONS Classification of this organism in the current taxonomy system requires the formation of a new genus and species. We designate the new genus Basilea and the new species psittacipulmonis. The type strain of Basilea psittacipulmonis is DSM 24701 (= CIP 110308 T, 16S rDNA gene sequence Genbank accession number JX412111 and GI 406042063).

Imputation of sequence level genotypes in the Franches-Montagnes horse breed

BACKGROUND A cost-effective strategy to increase the density of available markers within a population is to sequence a small proportion of the population and impute whole-genome sequence data for the remaining population. Increased densities of typed markers are advantageous for genome-wide association studies (GWAS) and genomic predictions. METHODS We obtained genotypes for 54 602 SNPs (single nucleotide polymorphisms) in 1077 Franches-Montagnes (FM) horses and Illumina paired-end whole-genome sequencing data for 30 FM horses and 14 Warmblood horses. After variant calling, the sequence-derived SNP genotypes (~13 million SNPs) were used for genotype imputation with the software programs Beagle, Impute2 and FImpute. RESULTS The mean imputation accuracy of FM horses using Impute2 was 92.0%. Imputation accuracy using Beagle and FImpute was 74.3% and 77.2%, respectively. In addition, for Impute2 we determined the imputation accuracy of all individual horses in the validation population, which ranged from 85.7% to 99.8%. The subsequent inclusion of Warmblood sequence data further increased the correlation between true and imputed genotypes for most horses, especially for horses with a high level of admixture. The final imputation accuracy of the horses ranged from 91.2% to 99.5%. CONCLUSIONS Using Impute2, the imputation accuracy was higher than 91% for all horses in the validation population, which indicates that direct imputation of 50k SNP-chip data to sequence level genotypes is feasible in the FM population. The individual imputation accuracy depended mainly on the applied software and the level of admixture.