Potato virus A as a heterologous protein expression tool in plants

Viruksien käyttö tuotekehityksen ja tutkimuksen vaatimien proteiinien tuottamiseen, syötävien rokotteiden kehittämiseen ja geeniterapiaan edustavat kasvavia biotekniikan sovellusalueita. Perunan A-virus (PVA) kuuluu potyviruksiin, joiden proteiinit tuotetaan aluksi yhtenä suurena molekyylinä, joka pilkotaan yksittäisiksi proteiineiksi viruksen itsensä tuottamilla entsyymeillä. Siten virusgenomiin lisätty vieras geeni käännetään proteiiniksi virusproteiinien mukana. Lopputuloksena kaikkia proteiineja tuotetaan kasvisoluissa samansuuruinen määrä. Lisäksi, viruksen proteiinikuoren koontimekanismi sallii perintöaineksen merkittävän lisäyksen ilman että viruksen tartutuskyky merkittävästi heikkenee. Koska virus monistuu ja leviää koko kasviin, jo melko pieni määrä kasveja riittää huomattavan proteiinimäärän tuottamiseen esimerkiksi säännösten mukaisessa kasvihuoneessa. Tämän työn tarkoituksena oli muuntaa PVA:n genomia siten, että virus soveltuisi yhden vieraan proteiinin tai useiden erilaisten proteiinien samanaikaiseen tuottamiseen kasveissa. Aluksi kokeiltiin viruksen replikaasia ja kuoriproteiinia koodaavien genomialueiden välistä kohtaa ja ihmisestä peräisi olevaa geeniä, joka tuotti S-COMT-entsyymiä (katekoli-O-metyylitransferaasi). Sen aktiivisuuden rajoittaminen auttaa Parkinsonintaudin hoidossa. Kasvissa tuotettua S-COMT:ia voitaisiin käyttää lääkekehityksessä estolääkkeiden testaukseen. Kahden viikon kuluttua tartutuksesta tupakan lehdissä oli entsymaattisesti aktiivista S-COMT:ia n. 1 % lehden liukoisista proteiineista. PVA:n P1-proteiinia koodaavalta alueelta oli paikannettu kohta, johon ehkä voitaisiin siirtää vieras geeni. Asia varmistettiin siirtämällä tähän kohtaan meduusan geeni, joka tuottaa UV-valossa vihreänä fluoresoivaa proteiinia (GFP). GFP-geeniä kantava PVA levisi kasvissa ja lisääntyi n. 30-50 %:iin viruksen normaalista pitoisuudesta. Koko kasvi fluoresoi vihreänä UV-valossa. Vieras geeni voidaan sijoittaa myös potyviruksen P1- ja HCpro-proteiineja koodaavien alueiden väliin. Samaan PVA-genomiin siirrettiin kolme geeniä, yksi kuhunkin kolmesta kloonauskohdasta: GFP-geeni P1:n sisälle, merivuokon lusiferaasigeeni P1/HCpro-kohtaan ja bakteerin beta-glukuronidaasigeeni (GUS) replikaasi/kuoriproteiini-kohtaan. Virusgenomin ja itse viruksen pituudet kasvoivat 38 %, mutta virus säilytti tartutuskykynsä. Se levisi kasveissa saavuttaen n. 15 % viruksen normaalista pitoisuudesta. Kaikki kolme vierasta proteiinia esiintyivät lehdissä aktiivisina.

Population structure of Pyrenophora teres, the causal agent of net blotch of barley

Spring barley is the most important crop in Finland based on cultivated land area. Net blotch, a disease caused by Pyrenophora teres Drech., is the most damaging disease of barley in Finland. The pressure to improve the economics and efficiency of agriculture has increased the need for more efficient plant protection methods. Development of durable host-plant resistance to net blotch is a promising possibility. However, deployment of disease resistant crops could initiate selection pressure on the pathogen (P. teres) population. The aim of this study was to understand the population biology of P. teres and to estimate the evolutionary potential of P. teres under selective pressure following deployment of resistance genes and application of fungicides. The study included mainly Finnish P. teres isolates. Population samples from Russia and Australia were also included. Using AFLP markers substantial genotypic variation in P. teres populations was identified. Differences among isolates were least within Finnish fields and significantly higher in Krasnodar, Russia. Genetic differentiation was identified among populations from northern Europe and from Australia, and between the two forms P. teres f. teres (PTT, net form of net blotch) and P. teres f. maculata (PTM, spot form of net blotch) in Australia. Differentiation among populations was also identified based on virulence between Finnish and Russian populations, and based on prochloraz (fungicide) tolerance in the Häme region in Finland. Surprisingly only PTT was recovered from Finland and Russia although both forms were earlier equally common in Finland. The reason for the shift in occurrence of forms in Finland remained uncertain. Both forms were found within several fields in Australia. Sexual reproduction of P. teres was supported by recover of both mating types in equal ratio in those areas although the prevalence of sexual mating seems to be less in Finland than in Australia. Population from Krasnodar was an exception since only one mating type was found in there. Based on the substantial high genotypic variation in Krasnodar it was suggested go represent an old P. teres population, whereas the Australian samples were suggested to represent newer populations. In conclusion, P. teres populations are differentiated at several levels. Human assistance in dispersal of P. teres on infected barley seed is obvious and decreases the differentiation among populations. This can increase the plant protection problems caused by this pathogen. P. teres is capable of sexual reproduction in several areas but the prevalence varies. Based on these findings it is apparent that P. teres has the potential to pose more serious problems in barley cultivation if plant protection is neglected. Therefore, good agricultural practices, including crop rotation and the use of healthy seed, are recommended.

Regulation of strawberry growth and development

Strawberries (Fragaria sp.) are adapted to diverse environmental conditions from the tropics to about 70ºN, so different responses to environmental conditions can be found. Most genotypes of garden strawberry (F. x ananassa Duch.) and woodland strawberry (F. vesca L.) are short-day (SD) plants that are induced to flowering by photoperiods under a critical limit, but also various photoperiod x temperature interactions can be found. In addition, continuously flowering everbearing (EB) genotypes are found. In addition to flowering, axillary bud differentiation in strawberry is regulated by photoperiod. In SD conditions, axillary buds differentiate to rosette-like structures called "branch crowns", whereas in long-day conditions (LD) they form runners, branches with 2 long internodes followed by a daughter plant (leaf rosette). The number of crown branches determines the yield of the plant, since inflorescences are formed from the apical meristems of the crown. Although axillary bud differentiation is an important developmental process in strawberries, its environmental and hormonal regulation has not been characterized in detail. Moreover, the genetic mechanisms underlying axillary bud differentiation and regulation of flowering time in these species are almost completely unresolved. These topics have been studied in this thesis in order to enhance strawberry research, cultivation and breeding. The results showed that 8-12 SD cycles suppressed runner initiation from the axillary buds of the garden strawberry cv. Korona with the concomitant induction of crown branching, and 3 weeks of SD was sufficient for the induction of flowering in the main crown. Furthermore, a second SD treatment given a few weeks after the first SD period can be used to induce flowering in the primary branch crowns and to induce the formation of secondary branches. Thus, artificial SD treatments effectively stimulate crown branching, providing one means for the increase of cropping (yield) potential in strawberry. It was also shown by growth regulation applications, quantitave hormone analysis and gene expression analysis that gibberellin (GA) is one of the key signals involved in the photoperiod control of shoot differentiation. The results indicate that photoperiod controls GA activity specifically in axillary buds, thereby determining bud fate. It was further shown that chemical control of GA biosynthesis by prohexadione-calcium can be utilized to prevent excessive runner formation and induce crown branching in strawberry fields. Moreover, ProCa increased berry yield up to 50%, showing that it is an easier and more applicable alternative to artificial SD treatments for controlling strawberry crown development and yield. Finally, flowering gene pathways in Fragaria were explored by searching for homologs of 118 Arabidopsis thaliana flowering-time genes. In total, 66 gene homologs were identified, and they distributed to all known flowering pathways, suggesting the presence of these pathways also in strawberry. Expression analysis of selected genes revealed that the mRNA of putative floral identity gene APETALA1 accumulated in the shoot apex of the EB genotype after the induction of flowering, whereas it was absent in vegetative SD genotype, indicating the usefulness of this gene product as the marker of floral initiation. The present data enables the further exploration of strawberry flowering pathways with genetic transformation, gene mapping and transcriptomics methods.

Physical characterization of plastic surfaces in wearing and cleanability research

Plastic surfaces are a group of materials used for many purposes. The present study was focused on methods for investigation of surface topography, wearing and cleanability of polyvinyl chloride (PVC) model surfaces and industrial plastic surfaces. Contact profilometry, scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) are powerful methods for studying the topography of plastic surfaces. Although they have their own limitations, they are together an effective tool providing useful information on surface topography, especially when studying laboratory-made PVC model surfaces with known chemical compositions and structures. All examined laboratory-made PVC plastic surfaces examined in this work could be considered as smooth according to both AFM and profilometer measurements because height differences are in the nanoscale on every surface. Industrial plastic surfaces are a complex group of materials because of their chemical and topographical heterogeneity, but they are nevertheless important reference materials when developing cleaning and wearing methods. According to the results of this study the Soiling and Wearing Drum and the Frick-Taber methods are very useful when simulating three-body wearing of plastic surfaces. Both the investigated wearing methods can be used to compare the wearing of different plastic materials using appropriate evaluation methods of wearing and industrial use. In this study, physical methods were developed and adapted from other fields of material research to cleanability studies. The thesis focuses on the methodology for investigating the cleanability of plastic surfaces under realistic conditions, where surface topography and the effect of wear cleanability were among the major topics. A colorimetric method proved to be suitable for examining the cleanability of the industrial plastic surfaces. The results were utilized to evaluate the relationship between cleanability and the surface properties of plastic surfaces. The devices and methods used in the work can be utilized both in material research and product development.

Lypsylehmien sorkkasairauksien perinnölliset tunnusluvut

Sorkkasairaudet ovat kasvava ongelma lypsykarjatiloilla. Sorkka- ja jalkaviat aiheuttavat ennenaikaisten poistojen lisäksi taloudellisia tappioita alentamalla maitotuotosta ja lisäämällä eläinlääkintä- ja sorkkahoitokuluja. Tämän työn tavoitteena oli tutkia sorkkasairauksien periytyvyyttä ja sorkkasairauksiin vaikuttavia tekijöitä. Tutkimusaineisto saatiin Terveet Sorkat -ohjelmasta, johon liittyminen on vapaaehtoista. Sorkkahoitajat olivat luokitelleet sorkkasairaudet vuosina 2003 2004. Sorkkasairaudet (vertymät anturassa, krooninen sorkkakuume, valkoviivan repeämä, anturahaavauma, sorkkavälin ihotulehdus, kantasyöpymä, sorkka-alueen ihotulehdus ja sorkkakiertymä ja muut sorkkasairaudet) oli luokiteltu aineistossa kaksiluokkaisina (kyllä/ei) ominaisuuksina. Aineiston esikäsittelyyn, alustaviin analyyseihin ja kiinteiden tekijöiden tilastollisen merkitsevyyden testaamiseen F-testillä käytettiin WSYS-ohjelmistoa. Lisäksi kiinteiden tekijöiden merkitsevyyttä testattiin logit-mallilla SAS-ohjelmistolla. Varianssikomponentit laskettiin Restricted Maximum Likelihood (REML)-menetelmällä VCE4-ohjelmistolla. Toistuvuuseläinmallilla saatiin seuraavia periytymisasteen arvioita: vertymät anturassa 0,05, valkoviivan repeämä 0,04, sorkkakiertymä 0,05, kantasyöpymä 0,01, anturahaavauma 0,03 ja sorkkasairaudet yhtenä ominaisuutena 0,06. Sorkkasairauksien periytymisasteiden arviot muutettuna sorkkasairausalttiuksien periytymisasteiksi olivat: vertymät anturassa 0,11, valkoviivan repeämä 0,12, sorkkakiertymä 0,15, kantasyöpymä 0,03, anturahaavauma 0,17 ja sorkkasairaudet yhtenä ominaisuutena 0,09. Sorkkasairauksien väliset geneettiset korrelaatiot olivat positiivisia lukuun ottamatta valkoviivan repeämän ja kantasyöpymän välistä geneettistä korrelaatiota, joka oli lievästi negatiivinen. Sorkkasairauksien geneettiset korrelaatiot 305 päivän maitotuotokseen olivat -0,20 0,27. Tämän tutkimuksen ja aiempien tutkimusten perusteella perimän osuus sorkkasairauksiin ei ole kovin suuri. Koska ympäristötekijöillä on suuri merkitys sorkkasairauksien esiintymiseen, sorkkasairauksien ennaltaehkäisyssä tulisi kiinnittää erityistä huomiota navetan olosuhteisiin, säännölliseen sorkkahoitoon ja oikeaan ruokintaan.

Lantibiotic Nisin and Its Detection Methods

The type A lantibiotic nisin produced by several Lactococcus lactis strains, and one Streptococcus uberis strainis a small antimicrobial peptide that inhibits the growth of a wide range of gram-positive bacteria, such as Bacillus, Clostridium, Listeria and Staphylococcus species. It is nontoxic to humans and used as a food preservative (E234) in more than 50 countries including the EU, the USA, and China. National legislations concerning maximum addition levels of nisin in different foods vary greatly. Therefore, there is a demand for non-laborious and sensitive methods to identify and quantify nisin reliably from different food matrices. The horizontal inhibition assay, based on the inhibitory effect of nisin to Micrococcus luteus is the base for most quantification methods developed so far. However, the sensitivity and accuracy of the agar diffusion method is affected by several parameters. Immunological tests have also been described. Taken into account the sensitivity of immunological methods to interfering substances within sample matrices, and possible cross-reactivities with lantibiotics structurally close to nisin, their usefulness for nisin detection from food samples remains limited. The proteins responsible for nisin biosynthesis, and producer self-immunity are encoded by genes arranged into two inducible operons, nisA/Z/QBTCIPRK and nisFEG, which also contain internal, constitutive promoters PnisI and PnisR. The transmembrane histidine kinase NisK and the response regulator NisR form a two-component signal transduction system, in which NisK autophosphorylates after exposure to extra cellular nisin, and subsequently transfers the phosphate to NisR. The phosphorylated NisR then relays the signal downstream by binding to two regulated promoters in the nisin gene cluster, i.e the nisA/Z/Qand the nisF promoters, thus activating transcription of the structural gene nisA/Z/Q and the downstream genes nisBTCIPRK from the nisA/Z/Q promoter, and the genes nisFEG from the nisF promoter. In this work two novel and highly sensitive nisin bioassays were developed. Both of these quantification methods were based on NisRK mediated, nisin induced Green Fluorescent Protein (GFP) fluorescence. The suitabilities of these assays for quantifica¬tion of nisin from food samples were evaluated in several food matrices. These bioassays had nisin sensitivities in the nanogram or picogram levels. In addition, shelf life of nisin in cooked sausages and retainment of the induction activity of nisin in intestinal chyme (intestinal content) was assessed.

Preparation, structural analysis and prebiotic potential of arabinoxylo-oligosaccharides

Arabinoxylo-oligosaccharides (AXOS) can be prepared enzymatically from arabinoxylans (AX) and AXOS are known to possess prebiotic potential. Here the structural features of 10 cereal AX were examined. AX were hydrolysed by Shearzyme® to prepare AXOS, and their structures were fully analysed. The prebiotic potential of the purified AXOS was studied in the fermentation experiments with bifidobacteria and faecal microbiota. In AX extracted from flours and bran, high amounts of a-L-Araf units are attached to the b-D-Xylp main chain, whereas moderate or low degree of substitution was found from husks, cob and straw. Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy showed that flour and bran AX contain high amounts of a-L-Araf units bound to the O-3 of b-D-Xylp residues and doubly substituted b-D-Xylp units with a-L-Araf substituents at O-2 and O-3. Barley husk and corn cob AX contain high amounts of b-D-Xylp(1→2)-a-L-Araf(1→3) side chains, which can also be found in AX from oat spelts and rice husks, and in lesser amounts in wheat straw AX. Rye and wheat flour AX and oat spelt AX were hydrolysed by Shearzyme® (with Aspergillus aculeatus GH10 endo-1,4-b-D-xylanase as the main enzyme) for the production of AXOS on a milligram scale. The AXOS were purified and their structures fully analysed, using mass spectrometry (MS) and 1D and 2D NMR spectroscopy. Monosubstituted xylobiose and xylotriose with a-L-Araf attached to the O-3 or O-2 of the nonreducing end b-D-Xylp unit and disubstituted AXOS with two a-L-Araf units at the nonreducing end b-D-Xylp unit of xylobiose or xylotriose were produced. Xylobiose with b-D-Xylp(1→2)-a-L-Araf(1→3) side chain was also purified. These AXOS were used as standards in further identification and quantification of corresponding AXOS from the hydrolysates in high-performance anion-exchange chromatography with pulsed amperometric detection (HPAEC-PAD) analysis. The prebiotic potential of AXOS was tested in in vitro fermentation experiments. Bifidobacterium adolescentis ATCC 15703 and B. longum ATCC 15707 utilized AXOS from the AX hydrolysates. Both species released L-arabinose from AXOS, but B. adolescentis consumed the XOS formed, whereas B. longum fermented the L-arabinose released. The third species tested, B. breve ATCC 15700, grew poorly on these substrates. When cultivated on pure AXOS, the bifidobacterial mixture utilized pure singly substituted AXOS almost completely, but no growth was detected with pure doubly substituted AXOS as substrates. However, doubly substituted AXOS were utilized from the mixture of xylose, XOS and AXOS. Faecal microbiota utilized both pure singly and doubly substituted AXOS. Thus, a mixture of singly and doubly substituted AXOS could function as a suitable, slowly fermenting prebiotic substance. This thesis contributes to the structural information on cereal AX and preparation of mono and doubly substituted AXOS from AX. Understanding the utilization strategies is fundamental in evaluating the prebiotic potential of AXOS. Further research is still required before AXOS can be used in applications for human consumption.

Degradation of lignin and other 14C-labelled compounds in compost and soil with an emphasis on white-rot fungi

Puu, ruohokasvit ja näistä tehdyt tuotteet kuten mekaanisesta massasta valmistettu sanomalehtipaperi sisältävät ligniiniä, joka hajoaa yleensä hyvin hitaasti luonnossa. Valkolahosienet hajottavat ligniiniä tehokkaimmin, ja koska niiden tuottamat entsyymit hajottavat myös muita vaikeasti hajoavia yhdisteitä, voidaan valkolahosienten avulla mahdollisesti puhdistaa saastuneita maita. Tässä työssä haluttiin selvittää, säilyttävätkö valkolahosienet (Abortiporus biennis, Bjerkandera adusta, Dichomitus squalens, Phanerochaete chrysosporium, Phanerochaete sordida, Phlebia radiata, Pleurotus ostreatus, Trametes hirsuta ja Trametes versicolor) aktiivisuutensa ja kasvavatko ne maassa. Aktiivisuutta mitattiin seuraamalla sienten synteettisen ligniinin (14C-DHP) hajotuskykyä. T. versicolor (silkkivyökääpä) osoittautui tehokkaimmaksi ligniinin hajottajaksi ja sen pentakloorifenolin (PCP) hajotuskykyä tutkittiin erillisessä kokeessa. Entiset tai pitkään käytössä olleet saha-alueet ovat yhä saastuneet puun käsittelyaineista peräisin olevilla kloorifenoleilla. Biohajoavien muovien kehitystyö sekä kompostoinnin yleistyminen jätteiden käsittelymenetelmänä ovat luoneet tarpeen materiaalien biohajoavuuden määrittämiseen. Euroopan standardisoimisjärjestön (CEN) kontrolloidussa kompostitestissä biohajoavuus määritetään materiaalin hajoamisen aikana muodostuvan hiilidioksidin perusteella. Hiilidioksidin tuotto mitataan sekä näytettä sisältävästä kompostista että kompostista ilman näytettä, ja tällöin oletetaan, että kompostin orgaaninen aines molemmissa komposteissa (tausta) tuottaa yhtä paljon hiilidioksidia. Testin puutteeksi saattaa osoittautua kompostissa tai maassa esiintyvä "priming effect". Tällä tarkoitetaan materiaalin lisäämisen jälkeen esiintyvää epänormaalin suurita tai pientä hiilidioksidin muodostusta, minkä seurauksena testin tulosksena saatava biohajoavuus on virheellinen. Ligniinin hajotessa muodostuu enemmän humusta kuin hiilidioksidia, koska ligniini on humuksen tärkein lähtöaine. Näin ollen ligniiniä sisältävät paperituotteet saattavat testin mukaan vaikuttaa biologisesti hajoamattomilta. Valkolahosienet hajottivat 4-23% ligniinistä hiilidioksidiksi ja T. versicolor 29% PCP:sta. Kompostissa ligniini hajosi hiilidioksidiksi 58°C:ssa huomattavasti vähemmän (8%) kuin lämpötiloissa 35°C ja 50°C (23-24%). Kompostin todennäköisesti tärkeimpien ligniinin hajottajien, termofiilisten sienten, tyypillinen optimilämpötila on 45°C, eivätkä ne ole enää aktiivisia 58°C:ssa. Sekä maassa että kompostissa ligniini sitoutui kuitenkin suurimmaksi osaksi humukseen. Valkolahosienet hajottivat sekä humukseen sitoutunutta ligniiniä että PCP:ia, mutta kompostin sekapopulaatio ei tähän pystynyt, ja ligniiniä sitoutui humukseen yhä enemmän kompostoinnin aikana. T. versicolor hajotti PCP:ia tehokkaasti, eikä se tuottanut myrkyllisiä kloorianisoleja, joita jotkut valkolahosienet saattavat muodostaa kloorifenoleista. Priming effect ilmiötä tutkittiin eri ikäisissä ja kypsyydeltään erilaisissa komposteissa. Kompostit erosvat toisistaan myös hajoamattoman jätteen määrän ja mikrobipopulaation suhteen. Negatiivinen priming effect havaittiin kaikissa epästabiileissa komposteissa (ikä enintään 6 kk), ja sen lisäksi yhdessä näistä komposteista positiivinen priming effect kokeen lopussa. Stabiileissa komposteissa (ikä vähintään 6 kk) ilmiötä ei sen sijaan havaittu. Epästabiileissa komposteissa biohajoavuudelle saadut tulokset eivät siis ole luotettavia. Työn tulosten perusteella valkolahosienet, ja erityisesti T. versicolor, ovat lupaavia saastuneen maan puhdistukseen, joskin sienirihmaston mahdollisuudet säilyä aktiivisena maan alkuperäisen mikrobipopulaation kanssa täytyy vielä selvittää. Kompostin sekapopulaatio, joka ei sisällä valkolahosieniä, hajotti ligniiniä yllättävän tehokkaasti termofiilisille sienille sopivissa lämpötiloissa, vaikka ligniini sitoutuikin pääasiallisesti humukseen. Kompostin kypsyys osoittautui tärkeäksi tekijäksi kontrolloidun kompostitestin onnistumisen kannalta. Priming effect ilmiön välttämiseksi on varmistettava, että testissä käytetty komposti on riittävän kypsä. Kompostien mikrobipopulaation koostumusta kompostoinnin eri vaiheissa tulisi tarkemmin selvittää, koska stabiilien ja epästabiilien kompostien ero aiheutui todennäköisesti populaatioiden rakenteessa vallitsevista eroista. Näin myös priming effect ilmiön syyt voitaisiin selittää paremmin.

Genetic diversity and microcystin production by Anabaena in the Gulf of Finland, Baltic Sea

Syanobakteerit (sinilevät) ovat olleet Itämeressä koko nykymuotoisen Itämeren ajan, sillä paleolimnologiset todisteet niiden olemassaolosta Itämeren alueella ovat noin 7000 vuoden takaa. Syanobakteerien massaesiintymät eli kukinnat ovat kuitenkin sekä levinneet laajemmille alueille että tulleet voimakkaimmiksi viimeisten vuosikymmenien aikana. Tähän on osasyynä ihmisten aiheuttama kuormitus, joka rehevöittää Itämerta. Suomenlahti, jota tämä tutkimus käsittelee, on kärsinyt tästä rehevöitymiskehityksestä muita Itämeren altaita enemmän. Syanobakteerit muodostavat jokakesäisiä kukintoja Suomenlahdella - niin sen avomerialueilla kuin rannoillakin. Yleisimmät kukintoja muodostavat syanobakteerisuvut ovat Nodularia, Anabaena ja Aphanizomenon. Kukinnat aiheuttavat paitsi esteettistä haittaa myös terveydellisen riskitekijän. Niiden myrkyllisyys liitetään usein Nodularia-suvun tuottamaan nodulariini-maksamyrkkyyn. Itämeren Aphanizomenon-suvun on todettu olevan myrkytön. Vaikka Itämeren kukintoja aiheuttavista Nodularia- ja Aphanizomenon-syanobakteereista tiedetään varsin paljon, on molekyylimenetelmiin pohjautuva syanobakteeritutkimus ohittanut Itämeren Anabaena-suvun monelta osin. Tämän työn tarkoituksena oli syventää käsitystämme Itämeren Anabaena-syanobakteerista, sen mahdollisesta myrkyllisyydestä, geneettisestä monimuotoisuudesta ja fylogeneettisista sukulaisuussuhteista. Tässä työssä eristettiin 49 planktista Anabaena-kantaa, joista viisi tuottivat mikrokystiinejä. Tämä oli ensimmäinen yksiselitteinen todiste, että Itämeren Anabaena tuottaa maksamyrkyllisiä mikrokystiini-yhdisteitä. Jokainen eristetty myrkyllinen Anabaena-kanta tuotti useita mikrokystiini-variantteja. Lisäksi mikrokystiinejä löydettiin kukintanäytteistä, joissa oli myrkkyä syntetisoivia geenejä sisältäneitä Anabaena-syanobakteereita. Myrkkyjä löydettiin molempina tutkimusvuosina 2003 ja 2004. Myrkkyjen esiintyminen ei siten ollut vain yksittäinen ilmiö. Tässä työssä saimme viitteitä siitä, että maksamyrkyllinen Anabaena-syanobakteeri esiintyisi vähäsuolaisissa vesissä. Tämä riippuvuussuhde jää kuitenkin tulevien tutkimuksien selvitettäväksi. Tässä työssä havaittiin mikrokystiinisyntetaasi-geenien inaktivoituminen Itämeren Anabaena-kannassa ja kukintanäytteissä. Kuvasimme Anabaena-kannan mikrokystiinisyntetaasigeenien sisältä insertioita, jotka hyvin todennäköisesti inaktivoivat myrkyntuoton. Insertion sisältäneeltä kannalta löysimme kuitenkin kaikki mikrokystiinisyntetaasigeenit osoittaen, että geenien olemassaolo ei välttämättä varmista kannan mikrokystiinintuottoa. Mielenkiintoista oli se, että inaktivaation aiheuttavia insertioita löytyi kukintanäytteistä molemmilta tutkimusvuosilta. Vastaavia insertioita ei kuitenkaan löydetty makean veden Anabaena-kannoista tai järvinäytteistä. On yleistä, että syanobakteerikukinnoista löytyy usean syanobakteerisuvun edustajia. Myrkyllisiä sukuja tai lajeja ei voida kuitenkaan erottaa mikroskooppisesti myrkyttömistä. Käsillä olevassa tutkimuksessa kehitettiin molekyylimenetelmä, jolla on mahdollista määrittää kukinnan mahdollisesti maksamyrkylliset syanobakteerisuvut. Tätä menetelmää sovellettiin Itämeren kukintojen tutkimiseen. Itämeren pintavesistä ja ranta-alueiden pohjasta eristetyt Anabaena-kannat osoittautuivat geneettisesti monimuotoisiksi. Tämä Anabaena-syanobakteerien geneettinen monimuotoisuus vahvistettiin monistamalla geenejä suoraan kukintanäytteistä ilman kantojen eristystä. Makeiden vesien ja Itämeren Anabaena-kannat ovat geneettisesti hyvin samankaltaisia. Geneettisissä vertailuissa kävi kuitenkin ilmi, että pohjassa elävien Anabaena-kantojen geneettinen monimuotoisuus oli suurempaa kuin pintavesistä eristettyjen kantojen. Itämeren Anabaena-kantojen sekvenssit muodostivat omia ryhmiä sukupuun sisällä, jolloin on mahdollista, että nämä edustavat Itämeren omia Anabaena-ekotyyppejä. Tämä tutkimus oli ensimmäinen, jossa uusin molekyylimenetelmin systemaattisesti selvitettiin Itämeren Anabaena-syanobakteerin geneettistä populaatiorakennetta, fylogeniaa ja myrkyntuottoa. Tulevaisuudessa monitorointitutkimuksissa on otettava huomioon myös Itämeren Anabaena-syanobakteerin mahdollinen maksamyrkyntuotto – erityisesti vähäsuolaisemmilla rannikkovesillä.

Streptococcus milleri -ryhmä : Tunnistus lajitasolle ja esiintyvyys tietyissä infektioissa

S. milleri -ryhmän bakteerit ovat osa ihmisen suun, nielun, suoliston ja genitaalialueen normaaliflooran bakteeristoa. Kommensaalien lisäksi ryhmään kuuluu myös merkittäviä patogeenejä, jotka esiintyvät varsin runsaina löydöksinä monenlaisissa märkivissä infektioissa. Ryhmään kuuluu kolme lajia: S. anginosus, S. constellatus ja S. intermedius. Lajit ovat varsin samankaltaisia ja raportoidaankin usein vain ryhmänimellä. Lajit ovat kuitenkin erotettavissa, sillä ne eroavat toisistaan tuottamiensa entsyymien suhteen ja esiintyvyydessään kehon eri osissa. Työn tarkoituksena oli tunnistaa erityyppisistä kliinisistä infektioista otetuista näytteistä eristettyjä S. milleri -ryhmään luokiteltuja kantoja lajitasolle ja selvittää niiden esiintymisyleisyyttä näissä infektioissa. Näytteenottopaikat jaettiin viiteen ryhmään: naisten urogenitaalialue (15 kantaa), miesten urogenitaalialue (8 kantaa), oraaliset (28 kantaa), umpisuoli (34 kantaa) ja "muut" (12 kantaa). Lajitunnistuksen lisäksi selvitettiin kantojen hemolyyttisyys ja mahdollinen Lancefield-seroryhmä (A, C, F, G). Lajien erottelu perustuu eroihin bakteerien kyvyissä hajottaa tiettyjä substraatteja (entsyymiprofilointi), hemolyyttisyys määritettiin verimaljalla ja seroryhmitys tehtiin kaupallisella vasta-aine-sakkautumistestillä (Streptex latex Z1- 50). Työssä testattiin käytössä olevia ja kehiteltiin uusia, lähinnä ennalta muodostuneiden entsyymien tunnistamiseen perustuvia erottelumenetelmiä. Vertailtavina oli kolme entsyymiprofiliontimenetelmää, joista yksi on fluorogeeninen (4-Metyyli-umbelliferyyli-subtraatit) ja kaksi kromogeenistä (Weetabs ja RoscoDiagnostic tablets). Kannoilta määritettiin seuraavat aktiivisuudet: ?-fukosidaasi, (?-glukosidaasi, glukosidaasi, ?-galaktosidaaasi, ?-N-asetyyli-galaktosaminidaasi, ?-N-asetyyli-glukosaminidaasi, sialidaasi ja hyaluronidaasi. Työhön sisältyy myös erilaisten kasvatusalustojen sekä pH:n vaikutusten arviointia bakteerienentsyymiaktiivisuuksiin ja testituloksiin. Lisäksi työssä testattiin kromatografisensoluseinärasvahappoanalyysin soveltuvuutta lajien erotteluun. Menetelmiä tarkasteltiin herkkyyden sekäkäytännön suorittamisen ja aiheutuvien kustannusten kannalta. Asetetut tavoitteet saavutettiin. Kaikki käytetyt menetelmät osoittautuivat toimiviksi. Entsyymitestien tuloksetkorreloivat keskenään ja kirjallisuuden kanssa hyvin. Kannat karakterisoitiin, tunnistettiin lajitasolle ja lajiensiintyvyyttä kehon eri osissa voitiin vertailla. Mikään entsyymitesti ei osoittautunut ylivoimaisesti parhaaksi tai huonoimmaksi, vaikkakin yksittäistensubstraattien kohdalla eri testien herkkyydet vaihtelivatkin huomattavasti. Rasvahappoanalyysi ei erotellutkantoja toivotulla tavalla, joten sen käytöstä luovuttiin työn melko varhaisessa vaiheessa. Tutkituista 97 S. milleri -kannasta tunnistettiin 58 S. anginosus-kantaa, 29 S. constellatus-kantaa ja 10 S.ntermedius-kantaa. Eri lajit noudattivat entsyymiprofiiliaan muutamaa poikkeusta lukuunottamatta hyvinkinsäännöllisesti. Lajien sisäinen variaatio hemolyysiominaisuuksissa oli merkittävää ja S. inilleri -ryhmän erilajien sekä hemolyysisltään ja seroryhmältään erilaisten kantojen esiintyvyydessä kehon eri osissa havaittiinselkeitä eroja. Avainsanat: entsyymiprofilointi, fluorogeeniset ja kromogeeniset substraatit, seroryhmä, hemolyysi, esiintyvyys

L-rhamnose-1-dehydrogenase gene and L-rhamnose catabolism in the yeast Pichia stipitis

The purpose of this work was to identify some of the genes of the catabolic route of L-rhamnose in the yeast Pichia stipitis. There are at least two distinctly different pathways for L-rhamnose catabolism. The one described in bacteria has phosphorylated intermediates and the enzymes and the genes of this route have been described. The pathway described in yeast does not have phosphorylated intermediates. The intermediates and the enzymes of this pathway are known but none of the genes have been identified. The work was started by purifying the L-rhamnose dehydrogenase, which oxidates L-rhamnose to rhamnonic acid-gamma-lactone. NAD is used as a cofactor in this reaction. A DEAE ion exchange column was used for purification. The active fraction was further purified using a non-denaturing PAGE and the active protein identified by zymogram staining. In the last step the protein was separated in a SDS-PAGE, the protein band trypsinated and analysed by MALDI-TOF MS. This resulted in the identification of the corresponding gene, RHA1, which was then, after a codon change, expressed in Saccharomyces cerevisiae. Also C- or N-terminal histidine tags were added but as the activity of the enzyme was lost or strongly reduced these were not used. The kinetic properties of the protein were analysed in the cell extract. Substrate specifity was tested with different sugars; L-rhamnose, L-lyxose and L-mannose were oxidated by the enzyme. Vmax values were 180 nkat/mg, 160 nkat/mg and 72 nkat/mg, respectively. The highest affinity was towards L-rhamnose, the Km value being 0.9 mM. Lower affinities were obtained with L-lyxose, Km 4.3 mM, and L-mannose Km 25 mM. Northern analysis was done to study the transcription of RHA1 with different carbon sources. Transcription was observed only on L-rhamnose suggesting that RHA1 expression is L-rhamnose induced. A RHA1 deletion cassette for P. stipitis was constructed but the cassette had integrated randomly and not targeted to delete the RHA1 gene. Enzyme assays for L-lactaldehyde dehydrogenase were done similarly to L-rhamnose dehydrogenase assays. NAD is used as a cofactor also in this reaction where L-lactaldehyde is oxidised to L-lactate. The observed enzyme activities were very low and the activity was lost during the purification procedures.

The success of the diversified farm : resource-based view

Farms and rural areas have many specific valuable resources that can be used to create non-agricultural products and services. Most of the research regarding on-farm diversification has hitherto concentrated on business start-up or farm survival strategies. Resource allocation and also financial success have not been the primary focus of investigations as yet. In this study these specific topics were investigated i.e. resource allocation and also the financial success of diversified farms from a farm management perspective. The key question addressed in this dissertation, is how tangible and intangible resources of the diversified farm affect the financial success. This study’s theoretical background deals with resource-based theory, and also certain themes of the theory of learning organisation and other decision-making theories. Two datasets were utilised in this study. First, data were collected by postal survey in 2001 (n = 663). Second, data were collected in a follow-up survey in 2006 (n = 439). Data were analysed using multivariate data analyses and path analyses. The study results reveal that, diversified farms performed differently. Success and resources were linked. Professional and management skills affected other resources, and hence directly or indirectly influenced success per se. In the light of empirical analyses of this study, tangible and intangible resources owned by the diversified farm impacted on its financial success. The findings of this study underline the importance of skills and networks for entrepreneur(s). Practically speaking all respondents of this study used either agricultural resources for non-farm businesses or non-farm resources for agricultural enterprises. To share resources in this way was seen as a pragmatic opportunity recognised by farmers. One of the downsides of diversification might be the phenomenon of over-diversification, which can be defined as the situation in which a farm diversifies beyond its optimal limit. The empirical findings of this study reveal that capital and labour resource constrains did have adverse effects on financial success. The evidence indicates that farms that were capital and labour resource constrained in 2001 were still less profitable than their ‘no problems’ counterparts five years later.

Hintakäsitykset funktionaalisista elintarvikkeista ja euron käyttöönoton vaikutus

Työn tavoitteena oli tutkia kuluttajien hintakäsityksiä funktionaalisista elintarvikkeista sekä euron käyttöönoton vaikutuksia niihin. Teoriaosassa tarkasteltiin funktionaalisen elintarvikkeen käsitettä ja sen hintaan liittyviä kysymyksiä erikoistuotteen näkökulmasta sekä kuluttajan hintakäsityksen muodostumisessa tärkeää osaa näyttelevää referenssihintaa ja sen vaikutuksia sekä teoreettista taustaa, erityisesti adaptaatiotasoteoriaa. Lisäksi tarkasteltiin euron mahdollisia vaikutuksia referenssihintaan sekä referenssihinnan roolia kuluttajan hintakäsityksen muodostumisessa. Työn empiirinen osa koostui kahdesta kyselytutkimuksesta, jotka suoritettiin ennen euron käyttöönottoa joulukuussa 2001 ja sen jälkeen huhtikuussa 2002. Ensimmäiseen kyselyyn vastasi 182 ja toiseen 135 vastaajaa. Vastaajat olivat pääkaupunki- sekä Hämeenlinnan seudulta. Tutkimuksen kohteena olevat tuotteet olivat Gefilus®-piimä ja -mehut, ja kohderyhmänä niiden käyttäjät. Tutkimuksen empiirisessä osassa selvitettiin funktionaalisten elintarvikkeiden käyttö- ja ostotottumuksia sekä mielipidettä niiden hintatasosta suhteessa terveysvaikutuksiin ja tavallisiin elintarvikkeisiin. Referenssihintoja tutkimuksen kohteena oleville tuotteille tutkittiin sopivana, korkeimpana ja alhaisimpana hyväksyttävänä hintana.Euron vaikutuksia hintakäsityksiin tutkittiin vastausten eroissa kyselyjen välillä. Euron käyttöönoton aiheuttamia referenssihintojen muutoksia tarkasteltiin hintaherkkyysmittari avulla. Lisäksi tutkittiin euron käyttöönoton aiheuttamia muutoksia ostokäyttäytymisessä. Faktori- ja ryhmittelyanalyyseja käytettiin vastaajien ryhmittelyyn. Funktionaalisia elintarvikkeita pidettiin vastaajien joukossa kalliina suhteessa niiden terveysvaikutuksiin tai tavallisten, ei-funktionaalisten, tuotteiden hintaan. Tutkimuksen kohteena olleiden tuotteiden, Gefilus®-piimän ja -mehujen, hintatasoa pidettiin myös kalliina. Gefilus®-mehujen hintaa pidettiin yleisesti liian kalliina. Euron käyttöönotto aiheutti muutoksia vastaajien referenssihinnoissa. Euron käyttöönoton voitiin havaita vaikuttaneen kuluttajien hintakäsityksiin siten, että hinnat vaikuttivat aikaisempaa halvemmilta. Lisäksi euron käyttöönotto oli vaikeuttanut hintojen arviointia. Lähes kaikki vastaajat olivat sitä mieltä, että euron käyttöönoton jälkeen hinnat olivat nouseet. Euron käyttöönotto oli myös lisännyt pankkikortin käyttöä maksuvälineenä käteisen sijaan. Avainsanat: funktionaalinen elintarvike, terveysvaikutteinen elintarvike, hintakäsitys, referenssihinta, euro

Vapaa-ajan vieton luonnonvarojen kulutus

This thesis studies the use of natural resources for leisure time activities. The method used is Material Input per Service Unit (MIPS method). Leisure time has an increasing effect on the material flows of households, and that way has a bigger pressure on the environment. The most popular way of spending spare time in Finland is to watch TV and to listen to music or radio. Regardless of these, this thesis takes a closer look at boating, playing a musical instrument and visiting a theatre and tries to quantify their material flows. MIPS calculations of this thesis are case-studies and do not tell the whole truth about the hobbies. The aim was to have an overview about the magnitude of the activities. In the boating calculations, inside the system boundaries there are the boat itself, transport of the boat, outboard motor, gasoline consumption of the outboard motor, travelling to and from the harbour, and the harbour infrastructure. Calculations of playing a music instrument consider the instrument itself, music school and its maintenance, and travelling to the school. In the case of theatre the included things are theatre house and its maintenance, decor and costumes of the plays, transport of the decor, and travelling of the audience. The results of this thesis suggest that the biggest material flow of boating comes from travelling to and from the harbour and from the harbour infrastructure. The gasoline consumption of the outboard motor also makes a difference. One hour of boating with a rowing boat consumes 1 kg of abiotic materials. Boating with an outboard motorboat consumes astonishing 113 kg of abiotic resources. Visiting a music lesson for one hour consumes 9 kg of abiotic resources when travelling there by bus. One hour in a theatre play consumes 17 kg of abiotic materials when travelling by bus. Transport has a significant role on the resource consumption of leisure time activities.

Topological Quantum Computation - An Analysis of an Anyon Model Based on Quantum Double Symmetries

There exists various suggestions for building a functional and a fault-tolerant large-scale quantum computer. Topological quantum computation is a more exotic suggestion, which makes use of the properties of quasiparticles manifest only in certain two-dimensional systems. These so called anyons exhibit topological degrees of freedom, which, in principle, can be used to execute quantum computation with intrinsic fault-tolerance. This feature is the main incentive to study topological quantum computation. The objective of this thesis is to provide an accessible introduction to the theory. In this thesis one has considered the theory of anyons arising in two-dimensional quantum mechanical systems, which are described by gauge theories based on so called quantum double symmetries. The quasiparticles are shown to exhibit interactions and carry quantum numbers, which are both of topological nature. Particularly, it is found that the addition of the quantum numbers is not unique, but that the fusion of the quasiparticles is described by a non-trivial fusion algebra. It is discussed how this property can be used to encode quantum information in a manner which is intrinsically protected from decoherence and how one could, in principle, perform quantum computation by braiding the quasiparticles. As an example of the presented general discussion, the particle spectrum and the fusion algebra of an anyon model based on the gauge group S_3 are explicitly derived. The fusion algebra is found to branch into multiple proper subalgebras and the simplest one of them is chosen as a model for an illustrative demonstration. The different steps of a topological quantum computation are outlined and the computational power of the model is assessed. It turns out that the chosen model is not universal for quantum computation. However, because the objective was a demonstration of the theory with explicit calculations, none of the other more complicated fusion subalgebras were considered. Studying their applicability for quantum computation could be a topic of further research.