First assessment on genetic structure and phylogeography of Mediterranean blue shark (prionace glauca, L. 1758) population using mitochondrial gene variation: a comparison with the Atlantic.

The blue shark, Prionace glauca, is one of the most vagile shark species worldwide distributed. The particular body shape allows blue sharks make transoceanic movements, leading to a circumglobal distribution. Due to its reproductive cycle, an extraordinarily high number of specimens is globally registered but, even if it is still a major bycatch of longline fishery rather than a commercial target, it is characterized by a high vulnerability. In this perspective it is important to increase the amount of informations regarding its population extent in the different worldwide areas, evaluating the possible phylogeographic patterns between different locations. This study, included in the "MedBlueSGen" European project, aims exactly at filling a gap in knowledges regarding the genetic population structure of the Mediterranean blue sharks, which has never been investigated before, with a comparison with the North-Eastern Atlantic blue shark population. To reach this objective, we used a dataset of samples from different Mediterranean areas implementing it with some samples from North-Eastern Atlantic. Analyzing the variability of the two mitochondrial markers control region and cytochrome b, with the design of new species-specific primer pairs, we assessed the mitochondrial genetic structure of Mediterranean and North-Eastern Atlantic samples, focusing on the analysis of their possible connectivity, and we tried to reconstruct their demographic history and population size. Data analyses highlighted the absence of a genetic structuring within the Mediterranean and among it and North-Eastern Atlantic, suggesting that the Strait of Gibraltar doesn't represent a phylogeographic barrier. These results are coherent to what has been found in similar investigations on other worldwide blue shark populations. Analysis of the historical demographic trend revealed a general stable pattern for the cytochrome-b and a slightly population expansion for the control region marker.

Surplus embryos in Switzerland in 2003: legislation and availability of human embryos for research

Legislation influences the availability of embryos for research. The law in Switzerland, and in some other European countries, is restrictive concerning medically assisted reproduction and stem cell research. Swiss law prohibits the creation of embryos for research purposes. It permits the derivation of human embryonic stem cells for research from surplus embryos but prohibits research with intact surplus embryos and embryo donation to other couples. Swiss law defines all embryos generated during a reproductive cycle and not used for reproduction as surplus embryos. The aim of this study was to evaluate the surplus embryos generated in Switzerland in 2003. A detailed questionnaire was sent to all registered IVF units in Switzerland (n = 22). 11727 embryos were generated during 2003. Of these, 93.5% were transferred into the uterus and 0.4% were cryopreserved. The remaining 6.1% (n = 711) became surplus. Of these, 2.7% were transferred intravaginally and the rest discarded due to poor quality (1.6%), development arrest (1.5%), renunciation by the couple (0.2%) or for other reasons (0.1%). The number of surplus embryos in Switzerland in 2003 was evaluated. Most surplus embryos became so during a therapeutic cycle. The restrictive legal regulation decreases the availability of human embryos for research.

Interference of endocrine disrupting chemicals with aromatase CYP19 expression or activity, and consequences for reproduction of teleost fish

Many natural and synthetic compounds present in the environment exert a number of adverse effects on the exposed organisms, leading to endocrine disruption, for which they were termed endocrine disrupting chemicals (EDCs). A decrease in reproduction success is one of the most well-documented signs of endocrine disruption in fish. Estrogens are steroid hormones involved in the control of important reproduction-related processes, including sexual differentiation, maturation and a variety of others. Careful spatial and temporal balance of estrogens in the body is crucial for proper functioning. At the final step of estrogen biosynthesis, cytochrome P450 aromatase, encoded by the cyp19 gene, converts androgens into estrogens. Modulation of aromatase CYP19 expression and function can dramatically alter the rate of estrogen production, disturbing the local and systemic levels of estrogens. In the present review, the current progress in CYP19 characterization in teleost fish is summarized and the potential of several classes of EDCs to interfere with CYP19 expression and activity is discussed. Two cyp19 genes are present in most teleosts, cyp19a and cyp19b, primarily expressed in the ovary and brain, respectively. Both aromatase CYP19 isoforms are involved in the sexual differentiation and regulation of the reproductive cycle and male reproductive behavior in diverse teleost species. Alteration of aromatase CYP19 expression and/or activity, be it upregulation or downregulation, may lead to diverse disturbances of the above mentioned processes. Prediction of multiple transcriptional regulatory elements in the promoters of teleost cyp19 genes suggests the possibility for several EDC classes to affect cyp19 expression on the transcriptional level. These sites include cAMP responsive elements, a steroidogenic factor 1/adrenal 4 binding protein site, an estrogen-responsive element (ERE), half-EREs, dioxin-responsive elements, and elements related to diverse other nuclear receptors (peroxisome proliferator activated receptor, retinoid X receptor, retinoic acid receptor). Certain compounds including phytoestrogens, xenoestrogens, fungicides and organotins may modulate aromatase CYP19 activity on the post-transcriptional level. As is shown in this review, diverse EDCs may affect the expression and/or activity of aromatase cyp19 genes through a variety of mechanisms, many of which need further characterization in order to improve the prediction of risks posed by a contaminated environment to teleost fish population.

Global planktonic foraminifera seasonality

Shell fluxes of planktonic Foraminifera species vary intra-annually in a pattern that appears to follow the seasonal cycle. However, the variation in the timing and prominence of seasonal flux maxima in space and among species remains poorly constrained. Thus, although changing seasonality may result in a flux-weighted temperature offset of more than 5° C within a species, this effect is often ignored in the interpretation of Foraminifera-based paleoceanographic records. To address this issue we present an analysis of the intra-annual pattern of shell flux variability in 37 globally distributed time series. The existence of a seasonal component in flux variability was objectively characterised using periodic regression. This analysis yielded estimates of the number, timing and prominence of seasonal flux maxima. Over 80% of the flux series across all species showed a statistically significant periodic component, indicating that a considerable part of the intra-annual flux variability is predictable. Temperature appears to be a powerful predictor of flux seasonality, but its effect differs among species. Three different modes of seasonality are distinguishable. Tropical and subtropical species (Globigerinoides ruber (white and pink varieties), Neogloboquadrina dutertrei, Globigerinoides sacculifer, Orbulina universa, Globigerinella siphonifera, Pulleniatina obliquiloculata, Globorotalia menardii, Globoturborotalita rubescens, Globoturborotalita tenella and Globigerinoides conglobatus) appear to have a less predictable flux pattern, with random peak timing in warm waters. In colder waters, seasonality is more prevalent: peak fluxes occur shortly after summer temperature maxima and peak prominence increases. This tendency is stronger in species with a narrower temperature range, implying that warm-adapted species find it increasingly difficult to reproduce outside their optimum temperature range and that, with decreasing mean temperature, their flux is progressively more focussed in the warm season. The second group includes the temperate to cold-water species Globigerina bulloides, Globigerinita glutinata, Turborotalita quinqueloba, Neogloboquadrina incompta, Neogloboquadrina pachyderma, Globorotalia scitula, Globigerinella calida, Globigerina falconensis, Globorotalia theyeri and Globigerinita uvula. These species show a highly predictable seasonal pattern, with one to two peaks a year, which occur earlier in warmer waters. Peak prominence in this group is independent of temperature. The earlier-when-warmer pattern in this group is related to the timing of productivity maxima. Finally, the deep-dwelling Globorotalia truncatulinoides and Globorotalia inflata show a regular and pronounced peak in winter and spring. The remarkably low flux outside the main pulse may indicate a long reproductive cycle of these species. Overall, our analysis indicates that the seasonality of planktonic Foraminifera shell flux is predictable and reveals the existence of distinct modes of phenology among species. We evaluate the effect of changing seasonality on paleoceanographic reconstructions and find that, irrespective of the seasonality mode, the actual magnitude of environmental change will be underestimated. The observed constraints on flux seasonality can serve as the basis for predictive modelling of flux pattern. As long as the diversity of species seasonality is accounted for in such models, the results can be used to improve reconstructions of the magnitude of environmental change in paleoceanographic records.

(Table 1) Breeding parameters for 60 male Adélie penguins (Pygoscelis adeliae) at station Dumont d'Urville (Antarctica) depending on treatment (control vs. CORT)

Corticosterone, the main stress hormone in birds, mediates resource allocation, allowing animals to adjust their physiology and behaviour to changes in the environment. Incubation is a time and energy-consuming phase of the avian reproductive cycle. It may be terminated prematurely, when the parents' energy stores are depleted or when environmental conditions are severe. In this study, the effects of experimentally elevated baseline corticosterone levels on the parental investment of incubating male Adelie penguins were investigated. Incubation duration and reproductive success of 60 penguins were recorded. The clutches of some birds were replaced by dummy eggs, which recorded egg temperatures and rotation rates, enabling a detailed investigation of incubation behaviour. Corticosterone levels of treated birds were 2.4-fold higher than those of controls 18 days post treatment. Exogenous corticosterone triggered nest desertion in 61% of the treated birds; consequently reducing reproductive success, indicating that corticosterone can reduce or disrupt parental investment. Regarding egg temperatures, hypothermic events became more frequent and more pronounced in treated birds, before these birds eventually abandoned their nest. The treatment also significantly decreased incubation temperatures by 1.3 °C and lengthened the incubation period by 2.1 days. However, the number of chicks at hatching was similar among successful nests, regardless of treatment. Weather conditions appeared to be particularly important in determining the extent to which corticosterone levels affected the behaviour of penguins, as treated penguins were more sensitive to severe weather conditions. This underlines the importance of considering the interactions of organisms with their environment in studies of animal behaviour and ecophysiology.

Seawater carbonate chemistry and Ruditapes decussatus biological processes during experiments, 2011

We investigated the effects of ocean acidification on juvenile clams Ruditapes decussatus (average shell length 10.24 mm) in a controlled CO2 perturbation experiment. The carbonate chemistry of seawater was manipulated by diffusing pure CO2, to attain two reduced pH levels (by -0.4 and -0.7 pH units), which were compared to unmanipulated seawater. After 75 days we found no differences among pH treatments in terms of net calcification, size or weight of the clams. The naturally elevated total alkalinity of local seawater probably contributed to buffer the effects of increased pCO2 and reduced pH. Marine organisms may, therefore, show diverse responses to ocean acidification at local scales, particularly in coastal, estuarine and transitional waters, where the physical-chemical characteristics of seawater are most variable. Mortality was significantly reduced in the acidified treatments. This trend was probably related to the occurrence of spontaneous spawning events in the control and intermediate acidification treatments. Spawning, which was unexpected due to the small size of the clams, was not observed for the pH -0.7 treatment, suggesting that the increased survival under acidified conditions may have been associated with a delay in the reproductive cycle of the clams. Future research about the impacts of ocean acidification on marine biodiversity should be extended to other types of biological and ecological processes, apart from biological calcification.

Tough as a rock-boring urchin: adult Echinometra sp. EE from the Red Sea show high resistance to ocean acidification over long-term exposures

Ocean acidification, a process caused by the continuous rise of atmospheric CO2 levels, is expected to have a profound impact on marine invertebrates. Findings of the numerous studies conducted in this field indicate high variability in species responses to future ocean conditions. This study aimed at understanding the effects of long-term exposure to elevated pCO2 conditions on the performance of adult Echinometra sp. EE from the Gulf of Aqaba (Red Sea). During an 11-month incubation under high pCO2 (1,433 µatm, pHNBS 7.7) and control (435 µatm, pHNBS 8.1) conditions, we examined the urchins' somatic and gonadal growth, gametogenesis and skeletal microstructure. Somatic and gonadal growths were exhibited with no significant differences between the treatments. In addition, all urchins in the experiment completed a full reproductive cycle, typical of natural populations, with no detectable impact of increased pCO2 on the timing, duration or progression of the cycle. Furthermore, scanning electron microscopy imaging of urchin tests and spines revealed no signs of the usual observed effects of acidosis, such as skeletal dissolution, widened stereom pores or non-smoothed structures. Our results, which yielded no significant impact of the high pCO2 treatment on any of the examined processes in the urchins studied, suggest high resistance of adult Echinometra sp. EE to near future ocean acidification conditions. With respect to other findings in this area, the outcome of this study provides an example of the complicated and diverse responses of echinoids to the predicted environmental changes.

Conservation of endangered Lupinus mariae-josephae in its natural habitat by inoculation with selected, native Bradyrhizobium strains

Lupinus mariae-josephae is a recently discovered endemism that is only found in alkaline-limed soils, a unique habitat for lupines, from a small area in Valencia region (Spain). In these soils, L. mariae-josephae grows in just a few defined patches, and previous conservation efforts directed towards controlled plant reproduction have been unsuccessful. We have previously shown that L. mariae-josephae plants establish a specific root nodule symbiosis with bradyrhizobia present in those soils, and we reasoned that the paucity of these bacteria in soils might contribute to the lack of success in reproducing plants for conservation purposes. Greenhouse experiments using L. mariae-josephae trap-plants showed the absence or near absence of L. mariae-josephae-nodulating bacteria in ‘‘terra rossa’’ soils of Valencia outside of L. mariaejosephae plant patches, and in other ‘‘terra rossa’’ or alkaline red soils of the Iberian Peninsula and Balearic Islands outside of the Valencia L. mariae-josephae endemism region. Among the bradyrhizobia able to establish an efficient symbiosis with L. mariae-josephae plants, two strains, LmjC and LmjM3 were selected as inoculum for seed coating. Two planting experiments were carried out in consecutive years under natural conditions in areas with edapho-climatic characteristics identical to those sustaining natural L. mariae-josephae populations, and successful reproduction of the plant was achieved. Interestingly, the successful reproductive cycle was absolutely dependent on seedling inoculation with effective bradyrhizobia, and optimal performance was observed in plants inoculated with LmjC, a strain that had previously shown the most efficient behavior under controlled conditions. Our results define conditions for L. mariae-josephae conservation and for extension to alkaline-limed soil habitats, where no other known lupine can thrive.

Native bradyrhizobial symbionts of Lupinus mariae-josephae, a unique endemism thriving in alkaline soils in Eastern Spain

Lupinus mariae-josephae (Lmj) es una especie de lupino endémica de una pequeña y específica área de Comunidad Valenciana (Este de España), donde prospera en suelos alcalinoscalcáreos, un hábitat singular para los altramuces, que crecen preferentemente en suelos ácidos o neutros. Esto hace de Lmj una especie de lupino única. Cuando se inició este trabajo, la extensión conocida de este endemismo abarcaba unos 700 kilómetros cuadrados, confinados en la provincia de Valencia. En esta área, Lmj prospera en pequeñas poblaciones aisladas que contienen un número reducido de plantas por lo que se la consideró una especie en peligro de extinción. Todos los esfuerzos, utilizando estrategias clásicas dirigidas a ampliar el área de crecimiento de Lmj y garantizar su conservación, han tenido un éxito limitado. El trabajo que se presenta está dirigido a mejorar el conocimiento de la ecología de Lmj, en particular la interacción simbiótica que establece con bacterias del suelo denominadas rizobios y se centra en la caracterización fenotípica, filogenética y genómica de esos rizobios. También se investiga la posible contribución de la simbiosis en mejorar la conservación de Lmj. Para este fin, se han estudiado diferentes aspectos que se describen a continuación. El primero objetivo se centró en aislar y estudiar de la diversidad genética de las bacterias endosimbióticas de Lmj. . Se realizó un análisis filogenético de genes esenciales que mostró que las cepas de Lmj pertenecen al género Bradyrhizobium y que presentan una gran diversidad con características fenotípicas y simbióticas diferentes de cepas de Bradyrhizobium que nodulan otras especies de lupinos nativos de España (cepas ISLU). Las cepas estudiadas se dividieron en dos grupos (Clado I y Clado II). El Clado I, incluye a las cepas Lmj, definiendo un nuevo linaje, filogenéticamente relacionado con otras especies de Bradyrhizobium, como B. jicamae y B. elkanii. El Clado II contiene cepas ISLU relacionadas con cepas de B. canariense y B. japonicum que establecen simbiosis con lupinos de suelos ácidos. Otro análisis filogenético basado en genes simbióticos, distribuyó las cepas de Lmj en sólo dos grupos diferentes. La singularidad y gran diversidad de estas cepas en una pequeña área geográfica, hacen de este, un atractivo sistema para el estudio de la evolución y adaptación de las bacterias simbióticas a su respectiva planta huésped. Adicionalmente, se estudio la presencia de bacterias capaces de nodular Lmj en suelos básicos de Chiapas, México. Sorprendentemente, estos suelos contienen bacterias capaces establecer interacciones simbióticas eficientes con Lmj en ensayos de invernadero. A continuación se investigó la taxonomía de los endosimbiontes de Lmj analizando la secuencia de cuatro genes esenciales (16S rRNA, recA, glnII y atpD) y el promedio de identidad de nucleótidos de genomas completos de algunas cepas representativas de la diversidad (ANIm). Se identificaron nuevas especies de Bradyrhizobium dentro del Clado I y se definió una de ellas: 'Bradyrhizobium valentinum' sp. nov (cepa tipo LmjM3T = CECT 8364T, LMG 2761T). También se abordó cómo conservar Lmj en su hábitat natural mediante inoculación con alguna de las cepas aisladas. Se demostró la ausencia de bacterias capaces de nodular Lmj en suelos rojos alcalinos o ‘‘terra rossa’’ de la Península Ibérica y Baleares. Dos cepas, altamente eficientes en cuanto a la fijación de nitrógeno, LmjC y LmjM3T, fueron seleccionadas para ser empleadas como inoculantes. Dos experimentos de campo llevados a cabo en años consecutivos en áreas con características edafoclimáticas similares a las que presentan las poblaciones de Lmj, lograron la reproducción exitosa de la planta. Se concluyó que un ciclo reproductivo exitoso de Lmj es absolutamente dependiente de la inoculación con sus simbiontes naturales y que la simbiosis debe ser considerada un factor esencial en estrategias de conservación de leguminosas en peligro. La obtención de varias secuencias genómicas de cepas aisladas de Lmj y de otras cepas de Bradyrhizobium reveló una alta similitud entre los genomas de las cepas del Clado I, y permitió la identificación de cinco posibles nuevas especies. Además, se estudiaron tres agrupaciones de genes relacionados con la simbiosis (nod, nif y fix) definiendo un nuevo linaje para las cepas de Lmj, diferente del symbiovar “genistearum” de B. canariense y B. japonicum. La baja diversidad encontrada en el análisis filogenético de los genes simbióticos contrasta con la gran diversidad asociada a genes esenciales. La presencia de plásmidos en cepas del género Bradyrhizobium ha sido descrita en muy pocas ocasiones, sin embargo el análisis de la secuencia genómica de la cepa ISLU101, aislada de Lupinus angustifolius, reveló la presencia de un origen de replicación extracromosómico homólogo al operón repABC, presente en el plásmido de Bradyrhizobium sp BTAi1. Gracias a esta secuencia se identificaron genes homólogos en 19 de 72 cepas ISLU. Filogenéticamente, las secuencias de repABC se agruparon en un grupo monofilético con las de pBTAi1 y separadas de los rizobios de crecimiento rápido. Finalmente, se identificaron sistemas de secreción de proteínas de tipo III (T3SS) en nueve genomas de cepas de Lmj. Los T3SS pueden inyectar proteínas efectoras al interior de células vegetales. Su presencia en rizobios se ha relacionado con la gama de hospedador que pueden nodular y puede tener un efecto beneficioso, neutro o perjudicial en la simbiosis. Los T3SS de las cepas de Lmj codifican para una proteína efectora similar a NopE, un efector dependiente de T3SS descrito en B. diazoefficiens USDA 110T. La proteína NopE de la cepa LmjC se ha caracterizado bioquímicamente. ABSTRACT Lupinus mariae-josephae (Lmj) is a lupine species endemic of a unique small area in Valencia region (Eastern Spain) where the lupine plants thrive in alkaline-limed soils, which preferentially grow in acid or neutral soils. This is the type of soils native lupines of Spain. When this work was initiated, the extension of the endemic area of Lmj was of about 700 squared kilometers confined to the Valencia province. In this area, Lmj thrives in small, isolated patches containing a reduced number of plants, and points to an endemism that can easily became endangered or extinct. Consequently, the Valencia Community authorities gave a ‘‘microreserve” status for conservation of the species. All efforts, using classical strategies directed to extend the area of Lmj growth and ensure its conservation have been so far unsuccessful. The work presented here is directed to improve our knowledge of Lmj ecology and it is centered in the characterization of the rhizobial symbiosis by phenotypic, phylogenetic and genomic analysis as well as in investigate the potential contribution of the symbiosis to improve its conservation. To this end, five different topics have been studied, and results are briefly described here. Extensive details can be followed en the attached, published articles. The first topic deals with the indigenous rhizobial symbionts of the Lmj endemism, and its genetic diversity was investigated. The Lmj root symbionts belong to the Bradyrhizobium genus, and phylogenetic analysis based on core genes identified a large diversity of Bradyrhizobium strains with phenotypic and symbiotic characteristics different from rhizobia nodulating other Lupinus spp. native of Spain. The strains were split in two clades. Clade II contained strains close to classical B. canariense and B. japonicum lineages that establish symbioses with lupines in acid soils of the Mediterranean area. Clade I included Lmj strains that define a new lineage, close to other Bradyrhizobium species as B. jicamae and B. elkanii. The phylogenetic analysis based on symbiotic genes identified only two distinct clusters. The singularity and large diversity of these strains in such a small geographical area makes this an attractive system for studying the evolution and adaptation of the rhizobial symbiont to the plant host. Additionally, the presence of bacteria able to nodulate Lmj in basic soils from Chiapas, Mexico was investigated. Surprisingly, these soils contain bacteria able to effectively nodulate and fix nitrogen with Lmj plants in greenhouse assays. In the second topic, the taxonomic status of the endosymbiotic bacteria of Lmj from Valencia endemism and Chiapas was investigated. Results from phylogenetic analysis of core genes and Average Nucleotide Identity (ANIm) using draft genomic sequences identified new Bradyrhizobium species within strains of Clade I of Lmj endosymbiotic bacteria. Only one of these potentially new species has been defined, meanwhile the others are under process of characterization. The name ‘Bradyrhizobium valentinum’ sp. nov. was proposed for the defined species (type strain LmjM3T= CECT 8364T, LMG 2761T). The third topic was directed to conservation of endangered Lmj in its natural habitat. The relevant conclusion of this experimentation is that the symbiosis should be considered as a relevant factor in the conservation strategies for endangered legumes. First, we showed absence of bacteria able to nodulate Lmj in all the inspected ‘‘terra rossa’’ or alkaline red soils of the Iberian Peninsula and Balearic Islands. Then, two efficient nitrogen fixing strains with Lmj plants, LmjC and LmjM3T, were selected as inoculum for seed coating. Two planting experiments were carried out in consecutive years under natural conditions in areas with edapho-climatic characteristics identical to those sustaining natural Lmj populations, and successful reproduction of the plant was achieved. The relevant conclusion from these assays was that the successful reproductive cycle was absolutely dependent on seedling inoculation with effective bradyrhizobia The forth topic deep into the analysis of the genomic of Lmj representative strains. To this end, draft genomic sequences of selected Lmj strains and type strains of Bradyrhizobium spp. were assembled. The comparison analysis of the draft genomic sequences of Lmj strains and related Bradyrhizobium species grouped in Clade I, revealed a high genomic homology among them, and allowed the definition of five potentially new species of Lmj nodulating bacteria. Also, based on the available draft genomic sequences, only three clusters of nod, fix and nif genes from Lmj strains were identified and showed to define a new symbiotic lineage, distant from that of B. canariense and B. japonicum bv. genistearum. The low diversity exhibited by the phylogenetic analysis of symbiotic genes contrast with the large diversity of strains as regards the housekeeping genes analyzed. Besides, the genomic analysis of a Lupinus angustifolius strain ISLU101, revealed the presence of an extrachromosomal replication origin homologous to repABC cluster from plasmid present in Bradyrhizobium spp BTAi1. This repABC cluster gene sequence allowed the identification of extrachromosomic replication origin in 19 out of 72 Bradyrhizobium strains from Lupinus spp., a highly significant result since the absence of plasmids in the Bradyrhizobium genus was traditionally assumed. The repABC gene sequences of these strains grouped them in a unique monophyletic group, related to B. sp. BTAi1 plasmid, but differentiated from the repABC gene cluster of plasmids in fast growing rhizobium strains. The last topic was focused on characterization of type III secreted effectors present in Lmj endosymbiotic bacteria. Type III secretion systems (T3SS) are specialized protein export machineries which can deliver effector proteins into plant cells. The presence of T3SS in rhizobia has frequently been related to the symbiotic nodulation host-range and may have a beneficial or detrimental effect on the symbiosis with legumes. In this context, the presence of T3SS in genomes of nine Lmj strains was investigated, and it was shown the presence of clusters encoding NopE type III-secreted protein similar to the NopE1 and NopE2 of B. diazoefficiens USDA 110T. The putative NopE protein of LmjC strain is at present being characterized regarding its structure and function.

A zinc finger-containing papain-like protease couples subgenomic mRNA synthesis to genome translation in a positive-stranded RNA virus

The genome expression of positive-stranded RNA viruses starts with translation rather than transcription. For some viruses, the genome is the only viral mRNA and expression is regulated primarily at the translational level and by limited proteolysis of polyproteins. Other virus groups also generate subgenomic mRNAs later in the reproductive cycle. For nidoviruses, subgenomic mRNA synthesis (transcription) is discontinuous and yields a 5′ and 3′ coterminal nested set of mRNAs. Nidovirus transcription is not essential for genome replication, which relies on the autoprocessing products of two replicase polyproteins that are translated from the genome. We now show that the N-terminal replicase subunit, nonstructural protein 1 (nsp1), of the nidovirus equine arteritis virus is in fact dispensable for replication but crucial for transcription, thereby coupling replicase expression and subgenomic mRNA synthesis in an unprecedented manner. Nsp1 is composed of two papain-like protease domains and a predicted N-terminal zinc finger, which was implicated in transcription by site-directed mutagenesis. The structural integrity of nsp1 is essential, suggesting that the protease domains form a platform for the zinc finger to operate in transcription.

A mechanism for the differential regulation of gonadotropin subunit gene expression by gonadotropin-releasing hormone.

The hypothalamic hormone gonadotropin-releasing hormone (GnRH) is released in a pulsatile fashion, with its frequency varying throughout the reproductive cycle. Varying pulse frequencies and amplitudes differentially regulate the biosynthesis and secretion of luteinizing hormone (LH) and follicle-stimulating hormone (FSH) by pituitary gonadotropes. The mechanism by which this occurs remains a major question in reproductive physiology. Previous studies have been limited by lack of available cell lines that express the LH and FSH subunit genes and respond to GnRH. We have overcome this limitation by transfecting the rat pituitary GH3 cell line with rat GnRH receptor (GnRHR) cDNA driven by a heterologous promoter. These cells, when cotransfected with regulatory regions of the common alpha, LH beta, or FSH beta subunit gene fused to a luciferase reporter gene, respond to GnRH with an increase in luciferase activity. Using this model, we demonstrate that different cell surface densities of the GnRHR result in the differential regulation of LH and FSH subunit gene expression by GnRH. This suggests that the differential regulation of gonadotropin subunit gene expression by GnRH observed in vivo in rats may, in turn, be mediated by varying gonadotrope cell surface GnRHR concentrations. This provides a physiologic mechanism by which a single ligand can act through a single receptor to regulate differentially the production of two hormones in the same cell.

La riproduzione nei rettili: nuove prospettive e sviluppi futuri

L’allevamento in cattività dei rettili è in costante crescita negli ultimi anni e richiede conoscenze mediche sempre più specialistiche per far fronte ai numerosi problemi legati a questi animali. Il corretto approccio medico prevede una profonda conoscenza delle specie prese in esame dal momento che la maggior parte delle problematiche riproduttive di questi animali sono legate ad una non corretta gestione dei riproduttori. L’apparato riproduttore dei rettili è estremamente vario a seconda delle specie prese in considerazione. Sauri ed ofidi possiedono due organi copulatori denominati emipeni e posizionati alla base della coda caudalmente alla cloaca che vengono estroflessi alternativamente durante l’accoppiamento per veicolare lo spera all’interno della cloaca della femmina. In questi animali il segmento posteriore renale è chiamato segmento sessuale, perché contribuisce alla formazione del fluido seminale. Tale porzione, durante la stagione dell’accoppiamento, diventa più voluminosa e cambia drasticamente colore, tanto che può essere confusa con una manifestazione patologica. I cheloni al contrario possiedono un unico pene che non viene coinvolto nella minzione. In questi animali. I testicoli sono due e sono situati all’interno della cavità celomatica in posizione cranioventrale rispetto ai reni. I testicoli possono variare notevolmente sia come forma che come dimensione a seconda del periodo dell’anno. Il ciclo estrale dei rettili è regolato, come pure nei mammiferi, dagli ormoni steroidei. La variazione di questi ormoni a livello ematico è stata studiato da diversi autori con il risultato di aver dimostrato come la variazione dei dosaggi degli stessi determini l’alternanza delle varie fasi del ciclo riproduttivo. La relazione tra presenza di uova (anche placentari) ed alti livelli di progesterone suggerisce che questo ormone gioca un ruolo importante nelle riproduzione delle specie ovipare per esempio stimolando la vascolarizzazione degli ovidutti durante i tre mesi in cui si ha lo sviluppo delle uova. Il 17-beta estradiolo è stato descritto come un ormone vitellogenico grazie alla sua capacità di promuovere lo sviluppo dei follicoli e la formazione di strati protettivi dell’uovo. L’aumento del livello di estradiolo osservato esclusivamente nelle femmine in fase vitellogenica è direttamente responsabile della mobilizzazione delle riserve materne in questa fase del ciclo. Va sottolineato come il progesterone sia in effetti un antagonista dell’estradiolo, riducendo la vitellogenesi e intensificando gli scambi materno fetali a livello di ovidutto. Le prostaglandine (PG) costituiscono un gruppo di molecole di origine lipidica biologicamente attive, sintetizzate sotto varie forme chimiche. Sono noti numerosi gruppi di prostaglandine ed è risputo che pesci, anfibi, rettili e mammiferi sintetizzano una o più prostaglandine partendo da acidi grassi precursori. Queste sostanze anche nei rettili agiscono sulla mucosa dell’utero aumentandone le contrazioni e sui corpi lutei determinandone la lisi. La maturità sessuale dei rettili, dipende principalmente dalla taglia piuttosto che dall’età effettiva dell’animale. In cattività, l’alimentazione e le cure dell’allevatore, possono giocare un ruolo fondamentale nel raggiungimento della taglia necessaria all’animale per maturare sessualmente. Spesso, un animale d’allevamento raggiunge prima la maturità sessuale rispetto ai suoi simili in natura. La maggior parte dei rettili sono ovipari, ovvero depongono uova con guscio sulla sabbia o in nidi creati appositamente. La condizione di ovoviviparità è riscontrabile in alcuni rettili. Le uova, in questo caso, vengono ritenute all’interno del corpo, fino alla nascita della progenie. Questa può essere considerata una strategia evolutiva di alcuni animali, che in condizioni climatiche favorevoli effettuano l’ovo deposizione, ma se il clima non lo permette, ritengono le uova fino alla nascita della prole. Alcuni serpenti e lucertole sono vivipari, ciò significa che l’embrione si sviluppa all’interno del corpo dell’animale e che è presente una placenta. I piccoli fuoriescono dal corpo dell’animale vivi e reattivi. La partenogenesi è una modalità di riproduzione asessuata, in cui si ha lo sviluppo dell’uovo senza che sia avvenuta la fecondazione. Trenta specie di lucertole e alcuni serpenti possono riprodursi con questo metodo. Cnemidophorus uniparens, C. velox e C. teselatus alternano la partenogenesi a una riproduzione sessuata, a seconda della disponibilità del maschio. La maggior parte dei rettili non mostra alcuna cura materna per le uova o per i piccoli che vengono abbandonati al momento della nascita. Esistono tuttavia eccezioni a questa regola generale infatti alcune specie di pitoni covano le uova fino al momento della schiusa proteggendole dai predatori e garantendo la giusta temperatura e umidità. Comportamenti di guardia al nido sono poi stati documentati in numerosi rettili, sia cheloni che sauri che ofidi. Nella maggior parte delle tartarughe, la riproduzione è legata alla stagione. Condizioni favorevoli, possono essere la stagione primaverile nelle zone temperate o la stagione umida nelle aree tropicali. In cattività, per riprodurre queste condizioni, è necessario fornire, dopo un periodo di ibernazione, un aumento del fotoperiodo e della temperatura. L’ atteggiamento del maschio durante il corteggiamento è di notevole aggressività, sia nei confronti degli altri maschi, con i quali combatte copiosamente, colpendoli con la corazza e cercando di rovesciare sul dorso l’avversario, sia nei confronti della femmina. Infatti prima della copulazione, il maschio insegue la femmina, la sperona, la morde alla testa e alle zampe e infine la immobilizza contro un ostacolo. Il comportamento durante la gravidanza è facilmente riconoscibile. La femmina tende ad essere molto agitata, è aggressiva nei confronti delle altre femmine e inizia a scavare buche due settimane prima della deposizione. La femmina gravida costruisce il nido in diverse ore. Scava, con gli arti anteriori, buche nel terreno e vi depone le uova, ricoprendole di terriccio e foglie con gli arti posteriori. A volte, le tartarughe possono trattenere le uova, arrestando lo sviluppo embrionale della prole per anni quando non trovano le condizioni adatte a nidificare. Lo sperma, inoltre, può essere immagazzinato nell’ovidotto fino a sei anni, quindi la deposizione di uova fertilizzate può verificarsi senza che sia avvenuto l’accoppiamento durante quel ciclo riproduttivo. I comportamenti riproduttivi di tutte le specie di lucertole dipendono principalmente dalla variazione stagionale, correlata al cambiamento di temperatura e del fotoperiodo. Per questo, se si vuole far riprodurre questi animali in cattività, è necessario valutare per ogni specie una temperatura e un’illuminazione adeguata. Durante il periodo riproduttivo, un atteggiamento caratteristico di diverse specie di lucertole è quello di riprodurre particolari danze e movimenti ritmici della testa. In alcune specie, possiamo notare il gesto di estendere e retrarre il gozzo per mettere in evidenza la sua brillante colorazione e richiamare l’attenzione della femmina. L’aggressività dei maschi, durante la stagione dell’accoppiamento, è molto evidente, in alcuni casi però, anche le femmine tendono ad essere aggressive nei confronti delle altre femmine, specialmente durante l’ovo deposizione. La fertilizzazione è interna e durante la copulazione, gli spermatozoi sono depositati nella porzione anteriore della cloaca femminile, si spostano successivamente verso l’alto, dirigendosi nell’ovidotto, in circa 24-48 ore; qui, fertilizzano le uova che sono rilasciate nell’ovidotto dall’ovario. Negli ofidi il corteggiamento è molto importante e i comportamenti durante questa fase possono essere diversi da specie a specie. I feromoni specie specifici giocano un ruolo fondamentale nell’attrazione del partner, in particolar modo in colubridi e crotalidi. La femmina di queste specie emette una traccia odorifera, percepita e seguita dal maschio. Prima dell’accoppiamento, inoltre, il maschio si avvicina alla femmina e con la sua lingua bifida o con il mento, ne percorre tutto il corpo per captare i feromoni. Dopo tale comportamento, avviene la copulazione vera e propria con la apposizione delle cloache; gli emipeni vengono utilizzati alternativamente e volontariamente dal maschio. Durante l’ovulazione, il serpente aumenterà di volume nella sua metà posteriore e contrazioni muscolari favoriranno lo spostamento delle uova negli ovidotti. In generale, se l’animale è oviparo, avverrà una muta precedente alla ovo deposizione, che avviene prevalentemente di notte. Gli spermatozoi dei rettili sono morfologicamente simili a quelli di forme superiori di invertebrati. La fecondazione delle uova, da parte di spermatozoi immagazzinati nel tratto riproduttivo femminile, è solitamente possibile anche dopo mesi o perfino anni dall’accoppiamento. La ritenzione dei gameti maschili vitali è detta amphigonia retardata e si ritiene che questa caratteristica offra molti benefici per la sopravvivenza delle specie essendo un adattamento molto utile alle condizioni ambientali quando c’è una relativa scarsità di maschi conspecifici disponibili. Nell’allevamento dei rettili in cattività un accurato monitoraggio dei riproduttori presenta una duplice importanza. Permette di sopperire ad eventuali errori di management nel caso di mancata fertilizzazione e inoltre permette di capire quale sia il grado di sviluppo del prodotto del concepimento e quindi di stabilire quale sia il giorno previsto per la deposizione. Le moderne tecniche di monitoraggio e l’esperienza acquisita in questi ultimi anni permettono inoltre di valutare in modo preciso lo sviluppo follicolare e quindi di stabilire quale sia il periodo migliore per l’accoppiamento. Il dimorfismo sessuale nei serpenti è raro e anche quando presente è poco evidente. Solitamente nei maschi, la coda risulta essere più larga rispetto a quella della femmina in quanto nel segmento post-cloacale vi sono alloggiati gli emipeni. Il maschio inoltre, è generalmente più piccolo della femmina a parità di età. Molti cheloni sono sessualmente dimorfici sebbene i caratteri sessuali secondari siano poco apprezzabili nei soggetti giovani e diventino più evidenti dopo la pubertà. In alcune specie si deve aspettare per più di 10 anni prima che il dimorfismo sia evidente. Le tartarughe di sesso maschile tendono ad avere un pene di grosse dimensioni che può essere estroflesso in caso di situazioni particolarmente stressanti. I maschi sessualmente maturi di molte specie di tartarughe inoltre tendono ad avere una coda più lunga e più spessa rispetto alle femmine di pari dimensioni e la distanza tra il margine caudale del piastrone e l’apertura cloacale è maggiore rispetto alle femmine. Sebbene la determinazione del sesso sia spesso difficile nei soggetti giovani molti sauri adulti hanno dimorfismo sessuale evidente. Nonostante tutto comunque anche tra i sauri esistono molte specie come per esempio Tiliqua scincoides, Tiliqua intermedia, Gerrhosaurus major e Pogona vitticeps che anche in età adulta non mostrano alcun carattere sessuale secondario evidente rendendone molto difficile il riconoscimento del sesso. Per garantire un riconoscimento del sesso degli animali sono state messe a punto diverse tecniche di sessaggio che variano a seconda della specie presa in esame. L’eversione manuale degli emipeni è la più comune metodica utilizzata per il sessaggio dei giovani ofidi ed in particolare dei colubridi. I limiti di questa tecnica sono legati al fatto che può essere considerata attendibile al 100% solo nel caso di maschi riconosciuti positivi. L’eversione idrostatica degli emipeni esattamente come l’eversione manuale degli emipeni si basa sull’estroflessione di questi organi dalla base della coda, pertanto può essere utilizzata solo negli ofidi e in alcuni sauri. La procedura prevede l’iniezione di fluido sterile (preferibilmente soluzione salina isotonica) nella coda caudalmente all’eventuale posizione degli emipeni. Questa tecnica deve essere eseguita solo in casi eccezionali in quanto non è scevra da rischi. L’utilizzo di sonde cloacali è il principale metodo di sessaggio per gli ofidi adulti e per i sauri di grosse dimensioni. Per questa metodica si utilizzano sonde metalliche dello spessore adeguato al paziente e con punta smussa. Nei soggetti di genere maschile la sonda penetra agevolmente al contrario di quello che accade nelle femmine. Anche gli esami radiografici possono rendersi utili per il sessaggio di alcune specie di Varani (Varanus achanturus, V. komodoensis, V. olivaceus, V. gouldi, V. salvadorii ecc.) in quanto questi animali possiedono zone di mineralizzazione dei tessuti molli (“hemibacula”) che possono essere facilmente individuate nei maschi. Diversi studi riportano come il rapporto tra estradiolo e androgeni nel plasma o nel liquido amniotico sia un possibile metodo per identificare il genere sessuale delle tartarughe. Per effettuare il dosaggio ormonale, è necessario prelevare un campione di sangue di almeno 1 ml ad animale aspetto che rende praticamente impossibile utilizzare questo metodo di sessaggio nelle tartarughe molto piccole e nei neonati. L’ecografia, volta al ritrovamento degli emipeni, sembra essere un metodo molto preciso, per la determinazione del sesso nei serpenti. Uno studio compiuto presso il dipartimento di Scienze Medico Veterinarie dell’Università di Parma, ha dimostrato come questo metodo abbia una sensibilità, una specificità e un valore predittivo positivo e negativo pari al 100%. La radiografia con mezzo di contrasto e la tomografia computerizzata possono essere utilizzate nel sessaggio dei sauri, con buoni risultati. Uno studio, compiuto dal dipartimento di Scienze Medico Veterinarie, dell’Università di Parma, ha voluto mettere a confronto diverse tecniche di sessaggio nei sauri, tra cui l’ecografia, la radiografia con e senza mezzo di contrasto e la tomografia computerizzata con e senza mezzo di contrasto. I risultati ottenuti, hanno dimostrato come l’ecografia non sia il mezzo più affidabile per il riconoscimento degli emipeni e quindi del sesso dell’animale, mentre la radiografia e la tomografia computerizza con mezzo di contrasto siano tecniche affidabili e accurate in queste specie. Un metodo valido e facilmente realizzabile per il sessaggio dei cheloni anche prepuberi è la cistoscopia. In un recente studio la cistoscopia è stata effettuata su quindici cheloni deceduti e venticinque cheloni vivi, anestetizzati. In generale, questo metodo si è dimostrato non invasivo per le tartarughe, facilmente ripetibile in diversi tipi di tartarughe e di breve durata. Tra le principali patologie riproduttive dei rettili le distocie sono sicuramente quelle che presentano una maggior frequenza. Quando si parla di distocia nei rettili, si intendono tutte quelle situazioni in cui si ha una mancata espulsione e deposizione del prodotto del concepimento entro tempi fisiologici. Questa patologia è complessa e può dipendere da diverse cause. Inoltre può sfociare in malattie sistemiche a volte molto severe. Le distocie possono essere classificate in ostruttive e non ostruttive in base alle cause. Si parla di distocia ostruttiva quando si verificano delle condizioni per cui viene impedito il corretto passaggio delle uova lungo il tratto riproduttivo (Fig.13). Le cause possono dipendere dalla madre o dalle caratteristiche delle uova. Nel caso di distocia non ostruttiva le uova rinvenute sono solitamente di dimensioni normali e la conformazione anatomica della madre è fisiologica. L’eziologia è da ricercare in difetti comportamentali, ambientali e patologici. Non esistono sintomi specifici e patognomonici di distocia. La malattia diviene evidente e conclamata solamente in presenza di complicazioni. Gli approcci terapeutici possibili sono vari a seconda della specie animale e della situazione. Fornire un’area adeguata per la nidiata: se la distocia non è ostruttiva si può cercare di incoraggiare l’animale a deporre autonomamente le uova creando un idoneo luogo di deposizione. Il trattamento medico prevede la stimolazione della deposizione delle uova ritenute mediante l’induzione con ossitocina. L’ossitocina viene somministrata alle dosi di 1/3 UI/kg per via intramuscolare. Uno studio condotto presso l’Università veterinaria di Parma ha comparato le somministrazioni di ossitocina per via intramuscolare e per via intravenosa, confrontando le tempistiche con le quali incominciano le contrazioni e avviene la completa ovodeposizione e dimostrando come per via intravenosa sia possibile somministrare dosi più basse rispetto a quelle riportate solitamente in letteratura ottenendo comunque un ottimo risultato. Nel caso in cui il trattamento farmacologico dovesse fallire o non fosse attuabile, oppure in casi di distocia ostruttiva è possibile ricorrere alla chirurgia. Per stasi follicolare si intende la incapacità di produrre sufficiente quantità di progesterone da corpi lutei perfettamente funzionanti. Come per la distocia, l’eziologia della stasi follicolare è variegata e molto ampia: le cause possono essere sia ambientali che patologiche. La diagnosi clinica viene fatta essenzialmente per esclusione. Come per la distocia, anche in questo caso l’anamnesi e la raccolta del maggior quantitativo di informazioni è fondamentale per indirizzarsi verso il riconoscimento della patologia. Per prolasso si intende la fuoriuscita di un organo attraverso un orifizio del corpo. Nei rettili, diversi organi possono prolassare attraverso la cloaca: la porzione terminale dell’apparato gastroenterico, la vescica urinaria, il pene nel maschio (cheloni) e gli ovidutti nella femmina. In sauri e ofidi gli emipeni possono prolassare dalle rispettive tasche in seguito ad eccesiva attività sessuale97. La corretta identificazione del viscere prolassato è estremamente importante e deve essere effettuata prima di decidere qualsiasi tipologia di trattamento ed intervento. Nei casi acuti e non complicati è possibile la riduzione manuale dell’organo, dopo un accurato lavaggio e attenta pulizia. Se questo non dovesse essere possibile, l’utilizzo di lubrificanti e pomate antibiotiche garantisce all’organo una protezione efficiente. Nel caso in cui non si sia potuto intervenire celermente e l’organo sia andato incontro a infezione e congestione venosa prolungata con conseguente necrosi, l’unica soluzione è l’amputazione

Sazonalidade reprodutiva em machos de tartaruga (Kinosternon scorpioides) de vida livre no Nordeste brasileiro evidenciado por imunolocalização de enzimas esteroidogênicas no testículo e epidídimo

No Estado do Maranhão, na região da Baixada Maranhense, presenta na fauna silvestre o réptil Kinosternon scorpioides, um quelônio de água doce popularmente conhecido como jurará e que possui valor social, econômico e ambiental para os ribeirinhos da cidade de São Bento. Este estudo contempla suas características biológicas reprodutivas baseadas em seu ambiente natural, com o intuito de permitir a preservação e o estabelecimento de planos de manejo reprodutivo e de uso sustentável da espécie. Recentemente poucos estudos em todo o mundo tratam sobre os aspectos do ciclo reprodutivo de tartarugas em face das características endócrinas, na América do Sul estudos desse tipo são recentes e escassos, sendo assim este é o primeiro estudo, que se tem conhecimento, que elucida um padrão sazonal reprodutivo da espécie K. scorpioides, associando hormônios gonadais com aspectos comportamentais. Trinta e oito animais adultos tiveram seus órgãos reprodutivos caracterizados para as enzimas esteroidogênicas P450 aromatase, P450c17 e PNADPH redutase através de imunomarcação e blotting, além de índice gonadossomático, morfometria e concentração de testosterona, corticosterona e estradiol pela técnica de radioimunoensaio. As mudanças biométricas, morfometria celular e a esteroidogênese testicular entre os períodos chuvoso e seco sugerem que o estrógeno produzido pelas células de leydig podem afetar a produção e a apoptose de células germinais durante o processo de espermatogênese, e a presença das enzimas P450aromatase e P450c17 em células de leydig acompanhados com a recrudescência testicular também reforça a ideia, de que elas podem desempenhar um papel na quiescência testicular. Esse trabalho evidenciou que as enzimas citocromo P450, citocromo P450c17 e NADPH-citocromo P450-redutase estão presentes no testículo e epidídimo nos diferentes períodos climáticos e podem estar relacionados à síntese de testosterona em tartarugas concordando com os diferentes achados para biometria e espermiogênese nos períodos chuvoso e seco, o que, nos leva a sugerir um estado de quiescência durante o período seco e atividade espermatogênica no período chuvoso, semelhante ao que ocorre com as espécies que apresentam comportamento reprodutivo sazonal

Ethobehavioral Studies of Fear, Sex, and Biological Rhythms

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06