Regulation of gene expression in the dinoflagellate Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires que l’on retrouve autant en eau douce qu’en milieu marin. Ils sont particulièrement connus pour causer des fleurs d’algues toxiques nommées ‘marée-rouge’, ainsi que pour leur symbiose avec les coraux et pour leur importante contribution à la fixation du carbone dans les océans. Au point de vue moléculaire, ils sont aussi connus pour leur caractéristiques nucléaires uniques, car on retrouve généralement une quantité immense d’ADN dans leurs chromosomes et ceux-ci sont empaquetés et condensés sous une forme cristalline liquide au lieu de nucléosomes. Les gènes encodés par le noyau sont souvent présents en multiples copies et arrangés en tandem et aucun élément de régulation transcriptionnelle, y compris la boite TATA, n’a encore été observé. L’organisation unique de la chromatine des dinoflagellés suggère que différentes stratégies sont nécessaires pour contrôler l’expression des gènes de ces organismes. Dans cette étude, j’ai abordé ce problème en utilisant le dinoflagellé photosynthétique Lingulodinium polyedrum comme modèle. L. polyedrum est d’un intérêt particulier, car il a plusieurs rythmes circadiens (journalier). À ce jour, toutes les études sur l’expression des gènes lors des changements circadiens ont démontrées une régulation à un niveau traductionnel. Pour mes recherches, j’ai utilisé les approches transcriptomique, protéomique et phosphoprotéomique ainsi que des études biochimiques pour donner un aperçu de la mécanique de la régulation des gènes des dinoflagellés, ceci en mettant l’accent sur l’importance de la phosphorylation du système circadien de L. polyedrum. L’absence des protéines histones et des nucléosomes est une particularité des dinoflagellés. En utilisant la technologie RNA-Seq, j’ai trouvé des séquences complètes encodant des histones et des enzymes modifiant les histones. L polyedrum exprime donc des séquences conservées codantes pour les histones, mais le niveau d’expression protéique est plus faible que les limites de détection par immunodétection de type Western. Les données de séquençage RNA-Seq ont également été utilisées pour générer un transcriptome, qui est une liste des gènes exprimés par L. polyedrum. Une recherche par homologie de séquences a d’abord été effectuée pour classifier les transcrits en diverses catégories (Gene Ontology; GO). Cette analyse a révélé une faible abondance des facteurs de transcription et une surprenante prédominance, parmi ceux-ci, des séquences à domaine Cold Shock. Chez L. polyedrum, plusieurs gènes sont répétés en tandem. Un alignement des séquences obtenues par RNA-Seq avec les copies génomiques de gènes organisés en tandem a été réalisé pour examiner la présence de transcrits polycistroniques, une hypothèse formulée pour expliquer le manque d’élément promoteur dans la région intergénique de la séquence de ces gènes. Cette analyse a également démontré une très haute conservation des séquences codantes des gènes organisés en tandem. Le transcriptome a également été utilisé pour aider à l’identification de protéines après leur séquençage par spectrométrie de masse, et une fraction enrichie en phosphoprotéines a été déterminée comme particulièrement bien adapté aux approches d’analyse à haut débit. La comparaison des phosphoprotéomes provenant de deux périodes différentes de la journée a révélée qu’une grande partie des protéines pour lesquelles l’état de phosphorylation varie avec le temps est reliées aux catégories de liaison à l’ARN et de la traduction. Le transcriptome a aussi été utilisé pour définir le spectre des kinases présentes chez L. polyedrum, qui a ensuite été utilisé pour classifier les différents peptides phosphorylés qui sont potentiellement les cibles de ces kinases. Plusieurs peptides identifiés comme étant phosphorylés par la Casein Kinase 2 (CK2), une kinase connue pour être impliquée dans l’horloge circadienne des eucaryotes, proviennent de diverses protéines de liaison à l’ARN. Pour évaluer la possibilité que quelques-unes des multiples protéines à domaine Cold Shock identifiées dans le transcriptome puissent moduler l’expression des gènes de L. polyedrum, tel qu’observé chez plusieurs autres systèmes procaryotiques et eucaryotiques, la réponse des cellules à des températures froides a été examinée. Les températures froides ont permis d’induire rapidement un enkystement, condition dans laquelle ces cellules deviennent métaboliquement inactives afin de résister aux conditions environnementales défavorables. Les changements dans le profil des phosphoprotéines seraient le facteur majeur causant la formation de kystes. Les phosphosites prédits pour être phosphorylés par la CK2 sont la classe la plus fortement réduite dans les kystes, une découverte intéressante, car le rythme de la bioluminescence confirme que l’horloge a été arrêtée dans le kyste.

Searching for novel gene functions in yeast : identification of thousands of novel molecular interactions by protein-fragment complementation assay followed by automated gene function prediction and high-throughput lipidomics

La compréhension de processus biologiques complexes requiert des approches expérimentales et informatiques sophistiquées. Les récents progrès dans le domaine des stratégies génomiques fonctionnelles mettent dorénavant à notre disposition de puissants outils de collecte de données sur l’interconnectivité des gènes, des protéines et des petites molécules, dans le but d’étudier les principes organisationnels de leurs réseaux cellulaires. L’intégration de ces connaissances au sein d’un cadre de référence en biologie systémique permettrait la prédiction de nouvelles fonctions de gènes qui demeurent non caractérisées à ce jour. Afin de réaliser de telles prédictions à l’échelle génomique chez la levure Saccharomyces cerevisiae, nous avons développé une stratégie innovatrice qui combine le criblage interactomique à haut débit des interactions protéines-protéines, la prédiction de la fonction des gènes in silico ainsi que la validation de ces prédictions avec la lipidomique à haut débit. D’abord, nous avons exécuté un dépistage à grande échelle des interactions protéines-protéines à l’aide de la complémentation de fragments protéiques. Cette méthode a permis de déceler des interactions in vivo entre les protéines exprimées par leurs promoteurs naturels. De plus, aucun biais lié aux interactions des membranes n’a pu être mis en évidence avec cette méthode, comparativement aux autres techniques existantes qui décèlent les interactions protéines-protéines. Conséquemment, nous avons découvert plusieurs nouvelles interactions et nous avons augmenté la couverture d’un interactome d’homéostasie lipidique dont la compréhension demeure encore incomplète à ce jour. Par la suite, nous avons appliqué un algorithme d’apprentissage afin d’identifier huit gènes non caractérisés ayant un rôle potentiel dans le métabolisme des lipides. Finalement, nous avons étudié si ces gènes et un groupe de régulateurs transcriptionnels distincts, non préalablement impliqués avec les lipides, avaient un rôle dans l’homéostasie des lipides. Dans ce but, nous avons analysé les lipidomes des délétions mutantes de gènes sélectionnés. Afin d’examiner une grande quantité de souches, nous avons développé une plateforme à haut débit pour le criblage lipidomique à contenu élevé des bibliothèques de levures mutantes. Cette plateforme consiste en la spectrométrie de masse à haute resolution Orbitrap et en un cadre de traitement des données dédié et supportant le phénotypage des lipides de centaines de mutations de Saccharomyces cerevisiae. Les méthodes expérimentales en lipidomiques ont confirmé les prédictions fonctionnelles en démontrant certaines différences au sein des phénotypes métaboliques lipidiques des délétions mutantes ayant une absence des gènes YBR141C et YJR015W, connus pour leur implication dans le métabolisme des lipides. Une altération du phénotype lipidique a également été observé pour une délétion mutante du facteur de transcription KAR4 qui n’avait pas été auparavant lié au métabolisme lipidique. Tous ces résultats démontrent qu’un processus qui intègre l’acquisition de nouvelles interactions moléculaires, la prédiction informatique des fonctions des gènes et une plateforme lipidomique innovatrice à haut débit , constitue un ajout important aux méthodologies existantes en biologie systémique. Les développements en méthodologies génomiques fonctionnelles et en technologies lipidomiques fournissent donc de nouveaux moyens pour étudier les réseaux biologiques des eucaryotes supérieurs, incluant les mammifères. Par conséquent, le stratégie présenté ici détient un potentiel d’application au sein d’organismes plus complexes.

Role of histone methylation in the regulation of COX-2, iNOS, and mPGES-1 gene expression in human chondrocytes: Implication for Osteoarthritis

L'arthrose (OA) est une maladie articulaire dégénérative, classée comme la forme la plus fréquente au monde. Elle est caractérisée par la dégénérescence du cartilage articulaire, l’inflammation de la membrane synoviale, et le remodelage de l’os sous-chondral. Ces changements structurels et fonctionnels sont dues à de nombreux facteurs. Les cytokines, les prostaglandines (PG), et les espèces réactives de l'oxygène sont les principaux médiateurs impliqués dans la pathophysiologie de l'OA. L'interleukine-1β (IL-1β) est une cytokine pro-inflammatoire majeure qui joue un rôle crucial dans l'OA. L'IL-1β induit l'expression de la cyclooxygénase-2 (COX-2), la microsomale prostaglandine E synthase-1 (mPGES-1), la synthase inductible de l'oxyde nitrique (iNOS), ainsi que leurs produits la prostaglandine E2 (PGE2) et l'oxyde nitrique (NO). Ce sont des médiateurs essentiels de la réponse inflammatoire au cours de l'OA qui contribuent aux mécanismes des douleurs, de gonflement, et de destruction des tissus articulaires. Les modifications épigénétiques jouent un rôle très important dans la régulation de l’expression de ces gènes pro-inflammatoires. Parmi ces modifications, la méthylation/ déméthylation des histones joue un rôle critique dans la régulation des gènes. La méthylation/ déméthylation des histones est médiée par deux types d'enzymes: les histones méthyltransférases (HMT) et les histones déméthylases (HDM) qui favorisent l’activation et/ou la répression de la transcription. Il est donc nécessaire de comprendre les mécanismes moléculaires qui contrôlent l’expression des gènes de la COX-2, la mPGES-1, et l’iNOS. L'objectif de cette étude est de déterminer si la méthylation/déméthylation des histones contribute à la régulation de l’expression des gènes COX-2, mPGES-1, et iNOS dans des chondrocytes OA humains induits par l'IL-1β. Nous avons montré que la méthylation de la lysine K4 de l'histone H3 (H3K4) par SET-1A contribue à l’activation des gènes COX-2 et iNOS dans les chondrocytes humains OA induite par l'IL-1β. Nous avons également montré que la lysine K9 de l’histone H3 (H3K9) est déméthylée par LSD1, et que cette déméthylation contribue à l’expression de la mPGES-1 induite par IL-1β dans les chondrocytes humains OA. Nous avons aussi trouvé que les niveaux d'expression des enzymes SET-1A et LSD1 sont élevés au niveau du cartilage OA. Nos résultats montrent, pour la première fois, l'implication de la méthylation/ déméthylation des histones dans la régulation de l’expression des gènes COX-2, mPGES-1, et iNOS. Ces données suggèrent que ces mécanismes pourraient être une cible potentielle pour une intervention pharmacologique dans le traitement de la physiopathologie de l'OA.

Soft Computing Approach for Optimization of siRNA Efficiency Prediction for Post-transcriptional Gene Silencing

Post-transcriptional gene silencing by RNA interference is mediated by small interfering RNA called siRNA. This gene silencing mechanism can be exploited therapeutically to a wide variety of disease-associated targets, especially in AIDS, neurodegenerative diseases, cholesterol and cancer on mice with the hope of extending these approaches to treat humans. Over the recent past, a significant amount of work has been undertaken to understand the gene silencing mediated by exogenous siRNA. The design of efficient exogenous siRNA sequences is challenging because of many issues related to siRNA. While designing efficient siRNA, target mRNAs must be selected such that their corresponding siRNAs are likely to be efficient against that target and unlikely to accidentally silence other transcripts due to sequence similarity. So before doing gene silencing by siRNAs, it is essential to analyze their off-target effects in addition to their inhibition efficiency against a particular target. Hence designing exogenous siRNA with good knock-down efficiency and target specificity is an area of concern to be addressed. Some methods have been developed already by considering both inhibition efficiency and off-target possibility of siRNA against agene. Out of these methods, only a few have achieved good inhibition efficiency, specificity and sensitivity. The main focus of this thesis is to develop computational methods to optimize the efficiency of siRNA in terms of “inhibition capacity and off-target possibility” against target mRNAs with improved efficacy, which may be useful in the area of gene silencing and drug design for tumor development. This study aims to investigate the currently available siRNA prediction approaches and to devise a better computational approach to tackle the problem of siRNA efficacy by inhibition capacity and off-target possibility. The strength and limitations of the available approaches are investigated and taken into consideration for making improved solution. Thus the approaches proposed in this study extend some of the good scoring previous state of the art techniques by incorporating machine learning and statistical approaches and thermodynamic features like whole stacking energy to improve the prediction accuracy, inhibition efficiency, sensitivity and specificity. Here, we propose one Support Vector Machine (SVM) model, and two Artificial Neural Network (ANN) models for siRNA efficiency prediction. In SVM model, the classification property is used to classify whether the siRNA is efficient or inefficient in silencing a target gene. The first ANNmodel, named siRNA Designer, is used for optimizing the inhibition efficiency of siRNA against target genes. The second ANN model, named Optimized siRNA Designer, OpsiD, produces efficient siRNAs with high inhibition efficiency to degrade target genes with improved sensitivity-specificity, and identifies the off-target knockdown possibility of siRNA against non-target genes. The models are trained and tested against a large data set of siRNA sequences. The validations are conducted using Pearson Correlation Coefficient, Mathews Correlation Coefficient, Receiver Operating Characteristic analysis, Accuracy of prediction, Sensitivity and Specificity. It is found that the approach, OpsiD, is capable of predicting the inhibition capacity of siRNA against a target mRNA with improved results over the state of the art techniques. Also we are able to understand the influence of whole stacking energy on efficiency of siRNA. The model is further improved by including the ability to identify the “off-target possibility” of predicted siRNA on non-target genes. Thus the proposed model, OpsiD, can predict optimized siRNA by considering both “inhibition efficiency on target genes and off-target possibility on non-target genes”, with improved inhibition efficiency, specificity and sensitivity. Since we have taken efforts to optimize the siRNA efficacy in terms of “inhibition efficiency and offtarget possibility”, we hope that the risk of “off-target effect” while doing gene silencing in various bioinformatics fields can be overcome to a great extent. These findings may provide new insights into cancer diagnosis, prognosis and therapy by gene silencing. The approach may be found useful for designing exogenous siRNA for therapeutic applications and gene silencing techniques in different areas of bioinformatics.

A study on the phylogeny and the ecology of ammonia-oxidizing bacteria using a new molecular marker based on the gene amoB

L'agricultura i la industrialització han causat un augment significatiu del nombre d'ambients rics en amoni. La presència de compostos nitrogenats redueix la qualitat de l'aigua, causant problemes de toxicitat, deteriorant el medi ambient i fins i tot afectant la salut humana. En conseqüència, la nitrificació s'ha convertit en un procés global que afecta al cicle del nitrogen a la biosfera. Els bacteris oxidadors d'amoni (AOB) són els responsables de l'oxidació de l'amoni a nitrit, i juguen un paper essencial en el cicle del nitrogen. Els primers oxidadors d'amoni foren aïllats a finals del segle XIX, però la lentitud del seu creixement i les dificultats per cultivar-los feren que fins als anys 80, amb els primers estudis emprant el gen 16SrDNA, no s'assolís un coneixement complert d'aquest grup bacterià. Actualment les bases de dades contenen multitud d'entrades amb seqüències corresponents a AOB. L'objectiu d'aquest treball era trobar, desenvolupar i avaluar eines útils i fiables per a l'estudi dels AOB en mostres ambientals. En aquest treball primer descrivim la utilització de la hibridació in situ amb fluorescència (FISH), mitjançant l'aplicació de sondes amb diana en el 16SrRNA dels AOB. La FISH ens va permetre detectar i recomptar aquest grup bacterià; no obstant, aquest mètode no permetia la detecció de noves seqüències, pel que es necessitava una nova eina. Amb aquesta intenció vam aplicar la seqüència de la sonda Nso1225 en una PCR. El fet d'amplificar específicament un fragment del 16SrDNA dels AOB va suposar el desenvolupament d'una nova eina molecular que permetia detectar la presència i diversitat d'aquests bacteris en ambients naturals. Malgrat tot, algunes seqüències pertanyents a bacteris no oxidadors d'amoni del subgrup β dels proteobacteris, eren també obtingudes amb aquesta tècnica. Així mateix, un dels inconvenients de l'ús del 16SrDNA com a marcador és la impossibilitat de detectar simultàniament els AOB que pertanyen als subgrups β i γ dels proteobacteris. El gen amoA, que codifica per la subunitat A de l'enzim amoni monooxigenasa (AMO), era aleshores àmpliament utilitzat com a marcador per a la detecció dels AOB. En aquest treball també descrivim la utilització d'aquest marcador en mostres procedents d'un reactor SBR. Aquest marcador ens va permetre identificar seqüències de AOB en la mostra, però la necessitat de detectar amoA mitjançant clonatge fa que l'ús d'aquest marcador requereixi massa temps per a la seva utilització com a eina en estudis d'ecologia microbiana amb moltes mostres. Per altra banda, alguns autors han assenyalat l'obtenció de seqüències de no AOB en utilitzar amoA en un protocol de PCR-DGGE. Amb la finalitat d'obtenir una eina ràpida i rigorosa per detectar i identificar els AOB, vam desenvolupar un joc nou d'oligonucleòtids amb diana en el gen amoB, que codifica per a la subunitat transmembrana de l'enzim AMO. Aquest gen ha demostrat ser un bon marcador molecular pels AOB, oferint, sense tenir en compte afiliacions filogenètiques, una elevada especificitat, sensibilitat i fiabilitat. En aquest treball també presentem una anàlisi de RT-PCR basada en la detecció del gen amoB per a la quantificació del gènere Nitrosococcus. El nou joc d'oligonucleòtids dissenyat permet una enumeració altament específica i sensible de tots els γ-Nitrosococcus coneguts. Finalment, vam realitzar un estudi poligènic, comparant i avaluant els marcadors amoA, amoB i 16SrDNA, i vàrem construir un arbre filogenètic combinat. Com a resultat concloem que amoB és un marcador adequat per a la detecció i identificació dels AOB en mostres ambientals, proporcionant alhora agrupacions consistents en fer inferències filogenètiques. Per altra banda, la seqüència sencera del gen 16S rDNA és indicada com a marcador en estudis amb finalitats taxonòmiques i filogenètiques en treballar amb cultius purs de AOB.

Development and application of in vivo expression technology (IVET) for analysing microbial gene expression in complex environments

Establishing the mechanisms by which microbes interact with their environment, including eukaryotic hosts, is a major challenge that is essential for the economic utilisation of microbes and their products. Techniques for determining global gene expression profiles of microbes, such as microarray analyses, are often hampered by methodological restraints, particularly the recovery of bacterial transcripts (RNA) from complex mixtures and rapid degradation of RNA. A pioneering technology that avoids this problem is In Vivo Expression Technology (IVET). IVET is a 'promoter-trapping' methodology that can be used to capture nearly all bacterial promoters (genes) upregulated during a microbe-environment interaction. IVET is especially useful because there is virtually no limit to the type of environment used (examples to date include soil, oomycete, a host plant or animal) to select for active microbial promoters. Furthermore, IVET provides a powerful method to identify genes that are often overlooked during genomic annotation, and has proven to be a flexible technology that can provide even more information than identification of gene expression profiles. A derivative of IVET, termed resolvase-IVET (RIVET), can be used to provide spatio-temporal information about environment-specific gene expression. More recently, niche-specific genes captured during an IVET screen have been exploited to identify the regulatory mechanisms controlling their expression. Overall, IVET and its various spin-offs have proven to be a valuable and robust set of tools for analysing microbial gene expression in complex environments and providing new targets for biotechnological development.

A phylogenetic mixture model for detecting pattern-heterogeneity in gene sequence or character-state data

We describe a general likelihood-based 'mixture model' for inferring phylogenetic trees from gene-sequence or other character-state data. The model accommodates cases in which different sites in the alignment evolve in qualitatively distinct ways, but does not require prior knowledge of these patterns or partitioning of the data. We call this qualitative variability in the pattern of evolution across sites "pattern-heterogeneity" to distinguish it from both a homogenous process of evolution and from one characterized principally by differences in rates of evolution. We present studies to show that the model correctly retrieves the signals of pattern-heterogeneity from simulated gene-sequence data, and we apply the method to protein-coding genes and to a ribosomal 12S data set. The mixture model outperforms conventional partitioning in both these data sets. We implement the mixture model such that it can simultaneously detect rate- and pattern-heterogeneity. The model simplifies to a homogeneous model or a rate- variability model as special cases, and therefore always performs at least as well as these two approaches, and often considerably improves upon them. We make the model available within a Bayesian Markov-chain Monte Carlo framework for phylogenetic inference, as an easy-to-use computer program.

Rapid parallel expression in E-coli and insect cells: Analysis of five lef gene products of the Autographa californica multiple nuclear polyhedrosis virus (AcMNPV)

A number of strategies are emerging for the high throughput (HTP) expression of recombinant proteins to enable structural and functional study. Here we describe a workable HTP strategy based on parallel protein expression in E. coli and insect cells. Using this system we provide comparative expression data for five proteins derived from the Autographa californica polyhedrosis virus genome that vary in amino acid composition and in molecular weight. Although the proteins are part of a set of factors known to be required for viral late gene expression, the precise function of three of the five, late expression factors (lefs) 6, 7 and 10, is unknown. Rapid expression and characterisation has allowed the determination of their ability to bind DNA and shown a cellular location consistent with their properties. Our data point to the utility of a parallel expression strategy to rapidly obtain workable protein expression levels from many open reading frames (ORFs).

A Bayesian approach to disease gene location using allelic association

A Bayesian approach to analysing data from family-based association studies is developed. This permits direct assessment of the range of possible values of model parameters, such as the recombination frequency and allelic associations, in the light of the data. In addition, sophisticated comparisons of different models may be handled easily, even when such models are not nested. The methodology is developed in such a way as to allow separate inferences to be made about linkage and association by including theta, the recombination fraction between the marker and disease susceptibility locus under study, explicitly in the model. The method is illustrated by application to a previously published data set. The data analysis raises some interesting issues, notably with regard to the weight of evidence necessary to convince us of linkage between a candidate locus and disease.

Genome expansion and gene loss in powdery mildew fungi reveal tradeoffs in extreme parasitism

Powdery mildews are phytopathogens whose growth and reproduction are entirely dependent on living plant cells. The molecular basis of this life-style, obligate biotrophy, remains unknown. We present the genome analysis of barley powdery mildew, Blumeria graminis f.sp. hordei (Blumeria), as well as a comparison with the analysis of two powdery mildews pathogenic on dicotyledonous plants. These genomes display massive retrotransposon proliferation, genome-size expansion, and gene losses. The missing genes encode enzymes of primary and secondary metabolism, carbohydrate-active enzymes, and transporters, probably reflecting their redundancy in an exclusively biotrophic life-style. Among the 248 candidate effectors of pathogenesis identified in the Blumeria genome, very few (less than 10) define a core set conserved in all three mildews, suggesting thatmost effectors represent species-specific adaptations.

Gene expression profiling of human hibernating myocardium: Increased expression of B-type natriuretic peptide and proenkephalin in hypocontractile vs normally-contracting regions of the heart

A greater understanding of the molecular basis of hibernating myocardium may assist in identifying those patients who would most benefit from revascularization. Paired heart biopsies were taken from hypocontractile and normally-contracting myocardium (identified by cardiovascular magnetic resonance) from 6 patients with chronic stable angina scheduled for bypass grafting. Gene expression profiles of hypocontractile and normally-contracting samples were compared using Affymetrix microarrays. The data for patients with confirmed hibernating myocardium were analysed separately and a different, though overlapping, set (up to 380) of genes was identified which may constitute a molecular fingerprint for hibernating myocardium. The expression of B-type natriuretic peptide (BNP) was increased in hypocontractile relative to normally-contracting myocardium. The expression of BNP correlated most closely with the expression of proenkephalin and follistatin 3, which may constitute additional heart failure markers. Our data illustrate differential gene expression in hypocontractile and/hibernating myocardium relative to normally-contracting myocardium within individual human hearts. Changes in expression of these genes, including increased relative expression of natriuretic and other factors, may constitute a molecular signature for hypocontractile and/or hibernating myocardium.

A universal primer for isolation of fragments of a gene encoding phytoene desaturase for use in virus-induced gene silencing (VIGS) studies

We have been using Virus-Induced Gene Silencing (VIGS) to test the function of genes that are candidates for involvement in floral senescence. Although VIGS is a powerful tool for assaying the effects of gene silencing in plants, relatively few taxa have been studied using this approach, and most that have are in the Solanaceae. We typically use silencing of phytoene desaturase (PDS) in preliminary tests of the feasibility of using VIGS. Silencing this gene, whose product is involved in carotene biosynthesis, results in a characteristic photobleaching phenotype in the leaves. We have found that efficient silencing requires the use of fragments that are more than 90% homologous to the target gene. To simplify testing the effectiveness of VIGS in a range of species, we designed a set of universal primers to a region of the PDS gene that is highly conserved among species, and that therefore allows an investigator to isolate a fragment of the homologous PDS gene from the species of interest. We report the sequences of these primers and the results of VIGS experiments in horticultural species from the Asteraceae, Leguminosae, Balsaminaceae and Solanaceae.

The stability of ecosystems: a brief overview of the paradox of enrichment

In theory, enrichment of resource in a predator-prey model leads to destabilization of the system, thereby collapsing the trophic interaction, a phenomenon referred to as "the paradox of enrichment". After it was first proposed by Rosenzweig (1971), a number of subsequent studies were carried out on this dilemma over many decades. In this article, we review these theoretical and experimental works and give a brief overview of the proposed solutions to the paradox. The mechanisms that have been discussed are modifications of simple predator-prey models in the presence of prey that is inedible, invulnerable, unpalatable and toxic. Another class of mechanisms includes an incorporation of a ratio-dependent functional form, inducible defence of prey and density-dependent mortality of the predator. Moreover, we find a third set of explanations based on complex population dynamics including chaos in space and time. We conclude that, although any one of the various mechanisms proposed so far might potentially prevent destabilization of the predator-prey dynamics following enrichment, in nature different mechanisms may combine to cause stability, even when a system is enriched. The exact mechanisms, which may differ among systems, need to be disentangled through extensive field studies and laboratory experiments coupled with realistic theoretical models.

Analysis of the genetic diversity and structure across a wide range of germplasm reveals prominent gene flow in apple at the European level

Abstract Background: The amount and structure of genetic diversity in dessert apple germplasm conserved at a European level is mostly unknown, since all diversity studies conducted in Europe until now have been performed on regional or national collections. Here, we applied a common set of 16 SSR markers to genotype more than 2,400 accessions across 14 collections representing three broad European geographic regions (North+East, West and South) with the aim to analyze the extent, distribution and structure of variation in the apple genetic resources in Europe. Results: A Bayesian model-based clustering approach showed that diversity was organized in three groups, although these were only moderately differentiated (FST=0.031). A nested Bayesian clustering approach allowed identification of subgroups which revealed internal patterns of substructure within the groups, allowing a finer delineation of the variation into eight subgroups (FST=0.044). The first level of stratification revealed an asymmetric division of the germplasm among the three groups, and a clear association was found with the geographical regions of origin of the cultivars. The substructure revealed clear partitioning of genetic groups among countries, but also interesting associations between subgroups and breeding purposes of recent cultivars or particular usage such as cider production. Additional parentage analyses allowed us to identify both putative parents of more than 40 old and/or local cultivars giving interesting insights in the pedigree of some emblematic cultivars. Conclusions: The variation found at group and sub-group levels may reflect a combination of historical processes of migration/selection and adaptive factors to diverse agricultural environments that, together with genetic drift, have resulted in extensive genetic variation but limited population structure. The European dessert apple germplasm represents an important source of genetic diversity with a strong historical and patrimonial value. The present work thus constitutes a decisive step in the field of conservation genetics. Moreover, the obtained data can be used for defining a European apple core collection useful for further identification of genomic regions associated with commercially important horticultural traits in apple through genome-wide association studies.

Novel mutation in the adiponectin (ADIPOQ) gene is associated with hypoadiponectinaemia in Japanese-Brazilians

P>Objective Adiponectin is an important mediator of insulin sensitivity, encoded by the ADIPOQ gene. Here we describe two Japanese-Brazilian families with hypoadiponectinaemia due to a novel mutation in ADIPOQ. Design and patients In this study, we examined the entire translated regions of adiponectin in Japanese-Brazilians, a population with one of the highest prevalence rates of diabetes worldwide. We screened 200 patients with type 2 diabetes (DM) and 240 age-matched subjects with normal glucose tolerance. Results A novel heterozygous T deletion at position 186 in exon 2 of ADIPOQ, causing a frameshift at codon 62 and leading to a premature termination at codon 168 (p.Gly63ValfsX106), was found in two individuals with diabetes. This mutation was not found in 240 nondiabetic control subjects. In addition, we screened the mutation in an expanded set of 100 nondiabetic subjects from the general Brazilian population, but we found no mutations. In addition, six family members of the probands were identified as mutation-carriers. Individuals who were mutation-carriers had markedly low plasma adiponectin concentrations compared with those without the mutation [DM: 0 center dot 65 (0 center dot 59-1 center dot 34) mu g/ml vs. 5 center dot 30 (3 center dot 10-8 center dot 55) mu g/ml, P < 0 center dot 0001; normal glucose tolerance: 0 center dot 95 (0 center dot 76-1 center dot 48) mu g/ml vs. 8 center dot 50 (5 center dot 52-14 center dot 55) mu g/ml, P = 0 center dot 003]. All individuals carrying the p.Gly63ValfsX106 mutation and older than 30 years were found to be diabetic. Conclusions We describe for the first time a frameshift mutation in exon 2 of the ADIPOQ gene, which modulates adiponectin levels and may contribute to the genetic risk of late-onset diabetes in Japanese-Brazilians.