Process Evaluation of the Roots of Empathy Program

This paper presents the findings of a qualitative process evaluation of the Roots of Empathy (ROE) programme. ROE is a universal, classroom-based intervention, which aims to enhance social and emotional learning of primary (elementary) school children. Effective delivery of such complex social interventions in real-world settings requires in-depth knowledge and understanding of factors that interact to influence implementation and fidelity. A case study methodology was employed with six schools, to explore the views of key actors and stakeholders involved in the delivery and receipt of the programme. Overall, ROE was delivered with high fidelity and the programme was viewed positively across the schools. However, one issue was the varied level of interest and awareness of the programme from parents.

Effect of CDC25 and WEE1 on Plant Cell Cycle and Morphogenesis

The cell cycle comprise the four phases of, G1, S-phase, G2 and mitosis. Two critical transitions are G1/S and G2/M; the latter is regulated by WEE1 kinase and CDC25 phosphatases. The scope of this thesis was to investigate the regulation of the G2/M transition of the cell cycle by WEE1 and CDC25, and how these genes interface with plant growth regulators in Arabidopsis thaliana. In Arabidopsis roots, the frequency of lateral roots was found to be increased by ectopic expression of Schizosaccharomyces pombe (Sp)cdc25e and reduced by Arath;WEE1 expression. I examined the effect of Arath;WEE1 and Spcdc25 on induction of shoots and roots in Arabidopsis hypocotyls in vitro. Hypocotyl explants from two over-expressing WEE1 lines , three T-DNA insertion lines and two expressing cdc25 (Spcdc25e) lines together with wild type (WT) were cultured on two-way gradients of kinetin (Kin) and naphthyl acetic acid (NAA). Below a threshold concentration of NAA (100 ng ml-1), WEE1 repressed morphogenesis in vitro, whereas at all NAA/Kin combinations Spcdc25 promoted morphogenesis (particularly root formation) over and above that in WT. Loss of function wee1-1 cultures were very similar to WT. Quantitative data indicated a significant increase in the frequency of root formation in Spcdc25e cultures compared with WT particularly at low Kin concentrations, and WEE1oe’s repressive effect was overcome by NAA but not Kin. In conclusion, WEE1 has a repressive effect on morphogenesis in vitro that can be overcome by auxin whereas Spcd25 by-passes a cytokinin requirement for the induction of morphogenesis in vitro. The role of CDC25 and WEE1 in DNA damage responses was also analysed. Two over-expressing Arath;CDC25 lines and T-DNA mutants showed no difference to WT either in standard conditions or zeocin-supplemented treatments. However, root length was longer in Arath;CDC25oe lines treated with hydroxyurea (HU) and lateral root number was increased compared to WT. This suggests a differential response of Arath;CDC25oe in the DNA replication (HU-induced) and DNA damage (zeocin-induced) checkpoints (Chapter 5). Finally the roles of WEE1 and CDC25 in cell cycle regulation were examined using tobacco TBY-2 cell cultures expressing Arath;WEE1, Nicotiana tabacum (Nicta)WEE1 or Arath;CDC25. Whilst Nicta;WEE1 lengthened G2 of the cell cycle, Arath;WEE1 had an unusual effect of shortening G2 phase and Arath;CDC25 had no observable effect (Chapter 6).

Gene Dosage Effect of WEE1 on Growth and Morphogenesis from Arabidopsis Hypocotyl Explants.

Background and Aims How plant cell-cycle genes interface with development is unclear. Preliminary evidence from our laboratory suggested that over-expression of the cell cycle checkpoint gene, WEE1, repressed growth and development. Here the hypothesis is tested that the level of WEE1 has a dosage effect on growth and development in Arabidospis thaliana. To do this, a comparison was made of the development of gain- and loss-of-function WEE1 arabidopsis lines both in vivo and in vitro. Methods Hypocotyl explants from an over-expressing Arath;WEE1 line (WEE1oe), two T-DNA insertion lines (wee1-1 and wee1-4) and wild type (WT) were cultured on two-way combinations of kinetin and naphthyl acetic acid. Root growth and meristematic cell size were also examined. Key Results Quantitative data indicated a repressive effect in WEE1oe and a significant increase in morphogenetic capacity in the two T-DNA insertion lines compared with WT. Compared with WT, WEE1oe seedlings exhibited a slower cell-doubling time in the root apical meristem and a shortened primary root, with fewer laterals, whereas there were no consistent differences in the insertion lines compared with WT. However, significantly fewer adventitious roots were recorded for WEE1oe and significantly more for the insertion mutant wee1-1. Compared with WT there was a significant increase in meristem cell size in WEE1oe for all three ground tissues but for wee1-1 only cortical cell size was reduced. Conclusions There is a gene dosage effect of WEE1 on morphogenesis from hypocotyls both in vitro and in vivo.

Perturbation of Cytokinin and Ethylene-signalling Pathways Explain the Strong Rooting Phenotype Exhibited by Arabidopsis Expressing the Schizosaccharomyces Pombe mitotic inducer, cdc25.

Background Entry into mitosis is regulated by cyclin dependent kinases that in turn are phosphoregulated. In most eukaryotes, phosphoregulation is through WEE1 kinase and CDC25 phosphatase. In higher plants a homologous CDC25 gene is unconfirmed and hence the mitotic inducer Schizosaccharomyces pombe (Sp) cdc25 has been used as a tool in transgenic plants to probe cell cycle function. Expression of Spcdc25 in tobacco BY-2 cells accelerates entry into mitosis and depletes cytokinins; in whole plants it stimulates lateral root production. Here we show, for the first time, that alterations to cytokinin and ethylene signaling explain the rooting phenotype elicited by Spcdc25 expression in Arabidopsis. Results Expressing Spcdc25 in Arabidopsis results in increased formation of lateral and adventitious roots, a reduction of primary root width and more isodiametric cells in the root apical meristem (RAM) compared with wild type. Furthermore it stimulates root morphogenesis from hypocotyls when cultured on two way grids of increasing auxin and cytokinin concentrations. Microarray analysis of seedling roots expressing Spcdc25 reveals that expression of 167 genes is changed by > 2-fold. As well as genes related to stress responses and defence, these include 19 genes related to transcriptional regulation and signaling. Amongst these was the up-regulation of genes associated with ethylene synthesis and signaling. Seedlings expressing Spcdc25 produced 2-fold more ethylene than WT and exhibited a significant reduction in hypocotyl length both in darkness or when exposed to 10 ppm ethylene. Furthermore in Spcdc25 expressing plants, the cytokinin receptor AHK3 was down-regulated, and endogenous levels of iPA were reduced whereas endogeous IAA concentrations in the roots increased. Conclusions We suggest that the reduction in root width and change to a more isodiametric cell phenotype in the RAM in Spcdc25 expressing plants is a response to ethylene over-production. The increased rooting phenotype in Spcdc25 expressing plants is due to an increase in the ratio of endogenous auxin to cytokinin that is known to stimulate an increased rate of lateral root production. Overall, our data reveal important cross talk between cell division and plant growth regulators leading to developmental changes.

Multiple Roots of Systems of Equations by Repulsion Merit Functions

In this paper we address the problem of computing multiple roots of a system of nonlinear equations through the global optimization of an appropriate merit function. The search procedure for a global minimizer of the merit function is carried out by a metaheuristic, known as harmony search, which does not require any derivative information. The multiple roots of the system are sequentially determined along several iterations of a single run, where the merit function is accordingly modified by penalty terms that aim to create repulsion areas around previously computed minimizers. A repulsion algorithm based on a multiplicative kind penalty function is proposed. Preliminary numerical experiments with a benchmark set of problems show the effectiveness of the proposed method.

Sexual dimorphism in resource acquisition and deployment: both size and timing matter.

Background and Aims The males and females of many dioecious plant species differ from one another in important life-history traits, such as their size. If male and female reproductive functions draw on different resources, for example, one should expect males and females to display different allocation strategies as they grow. Importantly, these strategies may differ not only between the two sexes, but also between plants of different age and therefore size. Results are presented from an experiment that asks whether males and females of Mercurialis annua, an annual plant with indeterminate growth, differ over time in their allocation of two potentially limiting resources (carbon and nitrogen) to vegetative (below-and above-ground) and reproductive tissues.Methods Comparisons were made of the temporal patterns of biomass allocation to shoots, roots and reproduction and the nitrogen content in the leaves between the sexes of M. annua by harvesting plants of each sex after growth over different periods of time.Key Results and Conclusions Males and females differed in their temporal patterns of allocation. Males allocated more to reproduction than females at early stages, but this trend was reversed at later stages. Importantly, males allocated proportionally more of their biomass towards roots at later stages, but the roots of females were larger in absolute terms. The study points to the important role played by both the timing of resource deployment and the relative versus absolute sizes of the sinks and sources in sexual dimorphism of an annual plant.

Metabolic, biochemical and molecular profiling of Catharanthus roseus flower cultivars and transformed hairy roots for monoterpenoid indole alkaloid accumulation /

Catharanthlls rosellS (L.) G Don is a commercially significant flower species and in addition is the only source of the monoterpenoid indole alkaloids (MIA) vinblastine and vincristine, which are key pharmaceutical compounds that are used to combat a number of different cancers. Therefore, procurement of the antineoplastic agents is difficult but essential procedure. Alternatively, CatharanthllS tissue cultures have been investigated as a source of these agents; however they do not produce vindoline, which is an obligate precursor to vinblastine and vincristine. The interest in developing high MIA cultivars of Catharantlws rosellS has prompted metabolic profiling studies to determine the variability of MIA accumulation of existing flowering cultivars, with particular focus on the vindoline component ofthe pathway. Metabolic profiling studies that used high performance liquid chromatography of MIAs from seedlings and young leaf extracts from 50 different flowering cultivars showed that, except for a single low vindoline cultivar (Vinca Mediterranean DP Orchid), they all accumulate similar levels of MIAs. Further enzymatic studies with extracts from young leaves and from developing seedlings showed that the low vindoline cultivar has a IO-fold lower tabersonine-16-hydroxylase activity than those of CatharanthllS rosellS cv Little Delicata. Additionally, studies aimed at metabolic engineering ofvindoline bios}l1thesis in Catharanthus rosellS hairy root cultures have been performed by expressing the last step in vindoline biosynthesis [Dcacetylvindoline-4-0- acetyltransferase (DAT)]. Enzymatic profiling studies with transformed hairy roots have confirmed that over-expressing DAT leads to lines with high levels of O-acetyltransferase activity when compared to non-expressing hairy roots. One particular DA T over111 expressing hairy root culture (line 7) contained 200 times the OAT activity than leaves of control lines. Additional MIA analyses revealed that DAT over-expressing hairy roots have an altered alkaloid profile with significant variation in the accumulation of h6rhammericine. Further analysis of transformed hairy root line 7 suggests a correlation between the expression of OAT activity and h6rhammericine accumulation with root maturation. These studies show that metabolic and selective enzymatic profiling can enhance our ability to search for relevant MIA pathway mutants and that genetic engineering with appropriate pathway genes shows promise as a tool to modify the MIA profile of Catharanthus roseus.

Manual of the botany of the Northern United States : including the distriet east of the Mississipi and North of North Carolina and Tennessee

UANL

Molecular interactions of arbuscular mycorrhizal fungi with mycotoxin-producing fungi and their role in plant defense responses

Les trichothécènes de Fusarium appartiennent au groupe des sesquiterpènes qui sont des inhibiteurs la synthèse des protéines des eucaryotes. Les trichothécènes causent d’une part de sérieux problèmes de santé aux humains et aux animaux qui ont consommé des aliments infectés par le champignon et de l’autre part, elles sont des facteurs importants de la virulence chez plantes. Dans cette étude, nous avons isolé et caractérisé seize isolats de Fusarium de la pomme de terre infectée naturellement dans un champs. Les tests de pathogénicité ont été réalisés pour évaluer la virulence des isolats sur la pomme de terre ainsi que leur capacité à produire des trichothécènes. Nous avons choisi F. sambucinum souche T5 comme un modèle pour cette étude parce qu’il était le plus agressif sur la pomme de terre en serre en induisant un flétrissement rapide, un jaunissement suivi de la mort des plantes. Cette souche produit le 4,15-diacétoxyscirpénol (4,15-DAS) lorsqu’elle est cultivée en milieu liquide. Nous avons amplifié et caractérisé cinq gènes de biosynthèse trichothécènes (TRI5, TRI4, TRI3, TRI11, et TRI101) impliqués dans la production du 4,15-DAS. La comparaison des séquences avec les bases de données a montré 98% et 97% d'identité de séquence avec les gènes de la biosynthèse des trichothécènes chez F. sporotrichioides et Gibberella zeae, respectivement. Nous avons confrenté F. sambucinum avec le champignon mycorhizien à arbuscule Glomus irregulare en culture in vitro. Les racines de carotte et F. sambucinum seul, ont été utilisés comme témoins. Nous avons observé que la croissance de F. sambucinum a été significativement réduite avec la présence de G. irregulare par rapport aux témoins. Nous avons remarqué que l'inhibition de la croissance F. sambucinum a été associée avec des changements morphologiques, qui ont été observés lorsque les hyphes de G. irregulare ont atteint le mycélium de F. sambucinum. Ceci suggère que G. irregulare pourrait produire des composés qui inhibent la croissance de F. sambucinum. Nous avons étudié les patrons d’expression des gènes de biosynthèse de trichothécènes de F. sambucinum en présence ou non de G. irregulare, en utilisant le PCR en temps-réel. Nous avons observé que TRI5 et TRI6 étaient sur-exprimés, tandis que TRI4, TRI13 et TRI101 étaient en sous-exprimés en présence de G. irregulare. Des analyses par chromatographie en phase-gazeuse (GC-MS) montrent clairement que la présence de G. irregulare réduit significativement la production des trichothécènes par F. sambucinum. Le dosage du 4,15-DAS a été réduit à 39 μg/ml milieu GYEP par G. irregulare, comparativement à 144 μg/ml milieu GYEP quand F. sambucinum est cultivé sans G. irregulare. Nous avons testé la capacité de G. irregulare à induire la défense des plants de pomme de terre contre l'infection de F. sambucinum. Des essais en chambre de croissance montrent que G. irregulare réduit significativement l’incidence de la maladie causée par F. sambucinum. Nous avons aussi observé que G. irregulare augmente la biomasse des racines, des feuilles et des tubercules. En utilisant le PCR en temps-réel, nous avons étudié les niveaux d’expression des gènes impliqué dans la défense des plants de pommes de terre tels que : chitinase class II (ChtA3), 1,3-β-glucanase (Glub), peroxidase (CEVI16), osmotin-like protéin (OSM-8e) et pathogenèses-related protein (PR-1). Nous avons observé que G. irregulare a induit une sur-expression de tous ces gènes dans les racines après 72 heures de l'infection avec F. sambucinum. Nous avons également trové que la baisse provoquée par F. sambucinum des gènes Glub et CEVI16 dans les feuilles pourrait etre bloquée par le traitement AMF. Ceci montre que l’inoculation avec G. irregulare constitut un bio-inducteur systémique même dans les parties non infectées par F. sambucinum. En conclusion, cette étude apporte de nouvelles connaissances importantes sur les interactions entre les plants et les microbes, d’une part sur les effets directs des champignons mycorhiziens sur l’inhibition de la croissance et la diminution de la production des mycotoxines chez Fusarium et d’autre part, l’atténuation de la sévérité de la maladie dans des plantes par stimulation leur défense. Les données présentées ouvrent de nouvelles perspectives de bio-contrôle contre les pathogènes mycotoxinogènes des plantes.

Carbon metabolism in transgenic roots with altered levels of hexokinase and triosephosphate isomerase and growing under different nitrogen status

Ce projet a pour but d’évaluer la capacité de la voie des pentoses phosphates (VPP) dans les racines transgéniques de pomme de terre (Solanum tuberosum) modifiées pour exprimer différents niveaux de l'hexokinase (HK) et de la triosephosphate isomérase cytosolique (cTPI). Dans les racines, la VPP alimente la voie de l’assimilation de l’azote en equivalents réducteurs et permet donc la biosynthèse des acides aminés. Le glucose-6-phosphate produit par l’HK est consommé par la partie oxydative de la VPP catalysée par la glucose-6-phosphate déshydrogénase (G6PDH) et la 6-phosphogluconate déshydrogénase (6PGDH). Les changements dans l'expression de HK et cTPI peuvent affecter le fonctionnement de la VPP et les mécanismes qui sont liés à l’utilisation des équivalents réducteurs produits par la VPP, comme l'assimilation de l’azote et la synthèse des acides aminés. Afin d’évaluer l’effet des manipulations génétiques de l’HK et de la cTPI sur l’assimilation de l’azote, nous avons cultivé les racines transgéniques sur des milieux contenant des concentrations élevées (7 mM) ou basses (0,7 mM) de nitrate d’ammonium comme source d’azote. Les résultats montrent que la culture sur un milieu riche en azote induit les activités G6PDH et 6PGDH. Les données montrent que la capacité de la VPP est plus grande avec des niveaux élevés en HK ou en cTPI. Nous avons aussi pu démontrer une plus grande activité spécifique de l’HK dans les conditions pauvres en azote. Ces données ont été complémentées par des mesures des pools d’acides aminés dans les racines transgéniques cultivées sur différents niveaux d’azote. Aucune tendance notable des pools d’acides aminés n’a été remarquée dans les racines modifiées pour leur contenu en HK suggèrant que la manipulation de HK n’affecte pas l'assimilation de l’azote. Dans les racines transgéniques modifiées pour la cTPI, les ratios Gln/Glu et Asn/Asp sont plus élevés chez les clones antisens, indiquant une assimilation de l’azote plus élevée. Ces résultats ont démontré l'activation de l'assimilation de l’azote chez les clones antisens cTPI dans les conditions élevées et basses d’azote alors que la manipulation de l’HK n’affecte pas l’assimilation de l’azote.

Effects of diverse plant species on the bioavailability of contaminants in soil

La phytoremédiation constitue une technologie alternative pour le traitement de sols contaminés en métaux. Toutefois, la biodisponibilité des métaux dans le sol peut limiter l’efficacité de cette approche. Nous émettons l’hypothèse que diverses espèces de plante, caractérisées par systèmes racinaires différents, peuvent affecter différemment la biodisponibilité des éléments traces (ET) dans le sol. Une étude utilisant un dispositif expérimental en bloc aléatoire complet avec cinq réplicats a été conduite entre le 6 juin et le 3 septembre 2014, sur le site du Jardin botanique de Montréal. Dans ce contexte, l’impact de la présence de huit espèces de plantes, herbacées ou ligneuses, sur le pool labile de six métaux (Ag, Cu, Pd, Zn, Ni et Se) dans la rhizosphère de celles-ci a été étudié. Après trois mois de culture, la biomasse aérienne et souterraine de chaque espèce a été mesurée et la concentration en ET dans les tissus des plantes a été analysée. La fraction labile de ces ET dans la rhizosphère (potentiellement celle qui serait biodisponible) de même que d’autres paramètres édaphiques (le pH, la conductivité, le pourcentage de matière organique et le carbone organique dissous (COD)) ont aussi été mesurés et comparés en fonction de la présence d’une ou l’autre des espèces utilisées. Les résultats montrent que pour la plupart des plantes testées, les plus fortes concentrations en ET ont été trouvées dans les racines alors que les plus faibles niveaux s’observaient dans les parties aériennes, sauf pour le Ni dans le Salix nigra. Ceci suggère que le Ni peut être extrait du sol par des récoltes régulières des tiges et des feuilles de cette espèce de saule. Les pools labiles de l’Ag, Ni et du Cu dans la rhizosphère étaient significativement et différemment affectés par la présence des plantes. Toutefois, la présence des plantes testées n’a pas affecté certains paramètres clés de la rhizosphère (ex. le pH, conductivité, et le pourcentage de matière organique). À l’opposé, les niveaux de COD dans la rhizosphère de toutes les plantes testées se sont révélés supérieurs en comparaison des témoins (sols non plantés). De plus, une corrélation positive a pu être établie entre la concentration disponible du Ni et la concentration en COD. Une relation similaire a été déterminée pour le Cu. Ceci suggère que certains systèmes racinaires pourraient modifier les niveaux de COD et avoir un impact indirect sur les pools labiles des ET dans le sol.

Effects of post-harvest treatments on the carbohydrate composition of yacon roots in the Peruvian Andes

Yacon (Smallanthus sonchifolius [Poepp. & Endl.] H. Robinson) is an under-exploited native root crop of the Andes, which stores oligofructans (fructo-oligosaccharides, FOS) as its main component of dry matter (DM). FOS are of increasing economic interest because of their low caloric value in human diets and bifidogenic benefits on colon health. Two on-farm experiments were conducted to: (i) determine the effect of shaded, short-term storage at 1990 and 2930 m a.s.l. in the Andean highlands; and (ii) address the effects of a traditional sunlight exposure (‘sunning’) on the carbohydrate composition in the DM of tuberous yacon roots. After a 6-day shade storage FOS concentrations were smaller at the lower (36–48% of DM) than at the higher altitude (39–58% of DM). After 12 days FOS concentrations were nearly equal at both sites (27–39% of DM). The concentration of free sugars (fructose, glucose, sucrose) increased accordingly from 29–34 to 48–52%. During the 6-day sunning experiment FOS concentrations decreased from 50–62 to 29–44% and free sugars increased from 29–34 to 45–51%. The results indicate that partial hydrolysis of oligofructans starts shortly after harvest. Storage in highland environments should wherever possible exploit the cooler temperatures at higher altitudes. Sunning of yacon’s tuberous roots effectively reduces much of the roots’ water content, in this experiment 40%, and thus allows energy to be saved if yacon is processed into dehydrated products.