The evolution of post-zygotic isolation barriers by immune-triggered hybrid incompatibilities in Arabidopsis thaliana

A long-standing question in evolutionary biology is what defines a species. The biological species concept considers a species as a population of individuals that interbreeds freely and produces viable offspring. Therefore, reproductive isolation is the essence of species. Hybrid necrosis is one form of post-zygotic reproductive isolation. In this chapter, we summarize what is known to date about this phenomenon and highlight progress made in the understanding of these immune-triggered hybrid incompatibilities through our research in the plant model Arabidopsis thaliana.

Monostromatic green algae (Ulvales, Chlorophyta) of São Paulo and Paraná states (Brazil): distribution, growth, and reproduction

(Monostromatic green algae (Ulvales, Chlorophyta) of São Paulo and Paraná states (Brazil): distribution, growth, and reproduction). Culture studies were used for taxa identification and to understand aspects of the biology and physiology of monostromatic green blades growing in various sites along the coast of São Paulo state (23º30'-25ºl2'S, 45º10'-48ºW) and one site in Paraná state (25º35'S, 48º21'W), southeast and south Brazil, respectively. Possible variations of the growth rate, age of reproduction and life history were tested under different conditions of temperature, salinity and day length. Two species were found: Ulvaria oxysperma (Kützing) Bliding and Monostroma sp. The first one has been previously reported for many temperate and tropical estuaries around the world. Green monostromatic blades with the same life-history and ontogeny as Monostroma sp. have been reported so far only for the tropical coast of Brazil. Species are distinct in their ontogeny of the thallus (constant under different conditions) and limiting temperatures of survival. U. oxysperma grows and reproduces from 10 to 25ºC and dies when maintained at 30ºC; Monostroma sp. does not reproduce at 15ºC and survives at 30ºC. The different salinities and day lengths that were tested had no significant effect on either species.

Extraction, purification et caractérisation d’isoformes d’hexokinase du tubercule de pomme de terre (Solanum tuberosum)

L’hexokinase (HK) est la première enzyme du métabolisme des hexoses et catalyse la réaction qui permet aux hexoses d’entrer dans le pool des hexoses phosphates et donc par le fait même la glycolyse. Bien que le glucose soit son principal substrat, cette enzyme peut aussi phosphoryler le mannose et le fructose. Malgré son importance dans le métabolisme primaire, l’HK n’a jamais été purifiée à homogénéité sous forme native. Le but de ce travail était donc de purifier une isoforme d’HK à partir de tubercule de Solanum tuberosum et par la suite de caractériser ses propriétés cinétiques. Bien avant que je commence mon travail, un groupe de recherche avait déjà séparé et partiellement purifié trois isoformes d’HK de S. tuberosum. Un protocole d’extraction était donc disponible, mais l’HK ainsi extraite était peu stable d’où le besoin d’y apporter certaines modifications. En y ajoutant certains inhibiteurs de protéases ainsi qu’en modifiant les concentrations de certains éléments, le tampon d’extraction ainsi modifié a permis d’obtenir un extrait dont l’activité HK était stable pendant au moins 72h après l’extraction, en empêchant la dégradation. À l’aide du tampon d’extraction optimisé et d’une chromatographie sur colonne de butyl sépharose, il a été possible de séparer 4 isoformes d’HKs. Par la suite, une isoforme d’HK (HK1) a été purifiée à l’homogénéité à l’aide de 5 étapes de chromatographie supplémentaires. En plus de caractériser les propriétés cinétiques de cette enzyme, l’analyse de séquençage par MS/MS a permis de l’associer au produit du gène StHK1 de Solanum tuberosum. Avec une activité spécifique de 10.2 U/mg de protéine, il s’agit de l’HK purifiée avec l’activité spécifique la plus élevée jamais rapportée d’un tissu végétal.L’ensemble des informations recueillies lors de la purification de HK1 a ensuite été utilisée pour commencer la purification d’une deuxième isoforme (HK3). Ce travail a permis de donner des lignes directrices pour la purification de cette isoforme et certains résultats préliminaires sur sa caractérisation enzymatique.

Aportes del Aprendizaje Basado en Problemas (ABP) en la enseñanza de la Fisiología Animal en un programa de Zootecnia

En partant de quelques difficultés observées autour des aspects de la conceptualisation technoscientifique et de l’intégration de la de la théorie et la pratique dans l’apprentissage de la physiologie animale chez les étudiants du programme de Zootechnie de l’Université Nationale de Colombie, siège Medellín, cette recherche propose une stratégie didactique s’appuyant sur la méthode de l’Apprentissage Basé sur les Problèmes (ABP), appliquée spécifiquement aux sujets de thermorégulation et stress physiologique des animaux domestiques. Dans cette étude de cas on a travaillé avec un échantillon de huit étudiants à qui on a présenté dès la première session un problème didactique pour être résolu à travers le cours. Afin d’évaluer le processus on a réalisé trois enquêtes nommées Épreuves de Niveau de Formulation (NF) réalisées à différents moments de l’essai : l’une avant de commencer avec le sujet (NF 1), l’autre après la troisième classe théorique donnée et avant de faire la pratique sur le terrain (NF 2), et l’autre à la fin du processus (NF 3). Finalement on a réalisé des entretiens individuels avec chaque étudiant afin de connaître sa perception concernant la méthode. L’information obtenue a été soumise à une analyse qualitative et par des correspondances, par le biais du programme QDA Miner à travers de la révision et codification des textes provenants des enquêtes et de l’entretien individuel, complétés à leur tour par des observations sur le terrain, en analysant le changement conceptuel, la relation théorie-pratique et les correspondances entre les variables et les catégories établies. Parmi les principaux résultats obtenus on souligne le fait qu’après avoir appliqué l’ABP dans ce cours de Physiologie Animale le changement conceptuel a été favorisé et le problème formulé a servi comme connecteur entre la théorie et la pratique. En outre, on a observé la fusion des connaissances préalables avec les nouveaux acquis, l’apprentissage significatif, l’amélioration du niveau de formulation et l’augmentation de la scientificité des définitions; également il a mené à la solution viii de problèmes et à surmonter les obstacles épistémologiques comme la pluridisciplinarité et la non-linéarité. Il reste comme recommandation celle d’évaluer cette méthode dans d’autres sujets de la Physiologie Animale, dans d’autres sciences, dans des échantillons d’une taille majeure, ainsi comme approcher le sujet de l’évaluation appliquée directement à cette méthode.

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

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

Effet de l’irrigation par l’eau usée sur la biomasse aérienne et souterraine d’une culture intensive de saules en courtes rotations

Le but de cette étude est de comprendre l’effet d’une irrigation par les eaux usées et /ou de la fertilisation par les engrais chimiques sur la productivité aérienne et souterraine d’une plantation de saule Salix miyabeana SX67 en CICR dans un contexte de filtre végétal. Nous avons d’une part évalué l’impact de diverses doses d’eau usées et/ou de la fertilisation minérale sur les rendements en biomasse ligneuse d’une culture de saules au cours d’un cycle de croissance de deux ans. D’autre part et pour la même période nous avons comparé le développement racinaire (biomasse, morphologie et distribution dans le sol) suite aux divers traitements. Les résultats ont montré qu’au terme de deux ans de croissance, les traitements par les eaux usées aussi bien que celle par les engrais a permis l’augmentation des rendements de la biomasse aérienne de notre culture de saules avec un effet plus prononcé suite au traitements des eaux usées qu’à celui du fertilisant chimique. Nous avons mesuré des productivités en biomasse aussi élevées que 39,4 Mg ha-1 et 54,7 Mg ha-1 et ce pour les parcelles qui ont reçu la plus grande quantité d'eaux usées, respectivement pour les saules non fertilisé et fertilisé (D3-NF et D3-F). La majeure partie du système racinaire était en superficie avec 92-96% des racines (racine fine et racine grosse) concentrées dans les premiers 40 cm de sol et nous avons trouvé que la biomasse des racines fines était comprise entre 1,01 et 1,99 Mg ha-1. Généralement la fertilisation chimique n’a pas eu d’effet sur les rendements en biomasse des racines totales et/ou fines. Bien que l’irrigation par les eaux usées ait entraîné une réduction statistiquement significative de la biomasse racinaire, néanmoins cette réduction n'était pas linéaire (avec une réduction de la biomasse de D0 à D1, une augmentation de D1 à D2 pour réduire de nouveau de D2 à D3). Cette tendance porte à penser qu'au-delà d'une certaine quantité d'eau et de nutriments (suite à l’irrigation par les eaux usées), le développement du système racinaire des saules est affecté négativement, et bien que la biomasse aérienne soit restée élevée sous le traitement D3, nous pensons que le développement de la plante a été quelque peu déséquilibré. Aucun changement significatif n'a été constaté dans les traits morphologiques liés à l'irrigation par les eaux usées.

Analyse de l'effet de la contamination du sol sur la croissance et la physiologie de 11 cultivars de Salix

Mon mémoire de maîtrise a été réalisé dans le cadre du projet Génorem (www.genorem.ca), un projet multidisciplinaire qui réunit différents chercheurs de l'Université de Montréal et de l'Université McGill dans le but d'améliorer les techniques utilisées en bioremédiation. Dans le cadre de l'étude, des saules à croissance rapide (Salix sp.) ont été utilisés comme plantes modèles dans l'étude. Ainsi, 11 cultivars de saule ont été suivis afin de déterminer leur potentiel à produire un bon rendement de biomasse, à tolérer des conditions de stress sévère causé par la présence de HAPs (hydrocarbures aromatiques polycycliques) , BPCs (biphényles polychlorés) et d'hydrocarbures pétroliers C10-C50. L'expérimentation consistait en une plantation de saule à forte densité qui a été mise en place en 2011 sur le site d'une ancienne industrie de pétrochimie à Varennes, dans le sud du Québec. Les boutures des génotypes sélectionnés ont été plantées sur une superficie d'environ 5000 m2. Les plantes ont été suivies pendant les deux saisons de croissance suivant le recépage et une série de paramètres de croissance et de mesures physiologiques ont été récoltés (surface foliaire, taux de chlorophylle, conductance stomatique et statut nutritionnel) dans le but d'évaluer et de comparer les performances de chaque génotype sur un sol pollué. Les analyses statistiques ont démontré que le cultivar S. miyabeana (SX61) était le meilleur producteur de biomasse sur le site contaminé, tandis que S. nigra (S05) et S. acutifolia (S54) présentaient la meilleure capacité photosynthétique. S. dasyclados (SV1), S. purpurea (‘Fish Creek’) et S. caprea (S365) ont semblé particulièrement affectés par la présence de contaminants. La capacité d'établissement et la croissance de S. nigra (S05), S. eriocephala (S25) and S. purpurea x S. miyabeana (‘Millbrook’) indiquent une tolérance globale supérieure à la pollution . Cette analyse comparative des différentes réponses physiologiques des saules cultivés sur un sol contaminé pourra guider le processus de sélection de plantes et les techniques de bioremédiation dans les futurs projets de phytoremédiation.

Effets de facteurs pédoclimatiques sur la composition et l’anatomie du bois de cinq cultivars de saule destinés aux biocarburants

En 2011, cinq (5) cultivars de saules ont été sélectionnés pour leur rendement en biomasse. Ils ont été plantés sur quatre sites de la province du Québec et ont été maintenus selon le protocole de la culture intensive sur courtes rotations (CICR) afin de déterminer leur potentiel pour la bioénergie dans des environnements contrastés. La composition et l’anatomie du bois de ces cultivars ont été caractérisées et comparés en fonction des conditions environnementales caractéristiques de chaque site. La hauteur et le diamètre à la base des plantes diffèrent selon les sites. Ainsi, les cultivars répondent de façon spécifique aux conditions pédoclimatiques dans lesquelles ils sont cultivés. L’effet de l’environnement n’a pas été mis en évidence sur la teneur en lignine des cultivars. Cependant, un effet génotypique a pu être constaté soulignant l’importance de la sélectivité des cultivars. La densité du bois a étonnamment conservé la même hiérarchie génotypique entre les sites. À l’opposé, l’anatomie du bois présente des différences notamment au niveau des caractéristiques des fibres et des vaisseaux. Une forte teneur en polyphénols ainsi que des fibres moins larges et des vaisseaux plus nombreux ont été observés sur le site dont le bois est le plus dense supposant l’effet probable d’un stress abiotique. De plus, deux fois plus de fibres gélatineuses, fibres riches en cellulose, ont été identifiées sur ce site montrant un intérêt pour la production de bioéthanol.

Studies On The Reproduction Of Indian Whiting Sill/160 5'/Ham/1 (Forskal) (Percoidei, Sillaginidae)

From the point of view of rational exploitation and proper management of the fishery resources as well as for the development of intensive aquaculture of fishes through selective breeding, brood stock development, domestication and genetic improvement, a sound knowledge of reproductive biology and physiology of the candidate species is of great importance. In recent times, a wealth of information on maturity, spawning habits, spawning periodicity, spawning season, size at maturity and fecundity of commercially important fishes has been generated. Gametogenesis involves the transformation of Primordial germ cells in the gonads into specialised cells or gametes, namely ova in the female and sperms in male, through a series of complex morphological and cytological events. The formation of male gamete is known as spermatogenesis. In the female, the primary growth phase involving the formation of primary oocyte from oogonia is known as oogenesis, which would be followed by the secondary growth phase, in which considerable increase in the size of the oocyte occurs, due mainly to accumulation of yolk. This process is known as vitellogenesis, which would be followed by final maturation and ovulation of the ova. In the present work, basic aspects of maturation and spawning, salient features of gametogenesis and associated biochemical changes occurring during these processes in an important cultivable fish, Sillago sihama belonging to the family Sillaginidae have been investigated.

Separation and viability of gill and hepatopancreatic cells of a mangrove crab Ucides cordatus

The gills contain essential cells for respiration and osmoregulation, whereas the hepatopancreas is the site of digestion, absorption, and nutrients storage. The aim of this work was to separate and characterize gill and hepatopancreatic cells of the mangrove crab, Ucides cordatus. For gills, the methodology consisted of an enzymatic cellular dissociation using Trypsin at 0.5%, observation of cellular viability with Tripan Blue, and separation of cells using discontinuous sucrose gradient at concentrations of 10%, 20%, 30%, and 40%. The hepatopancreatic cells were dissociated by magnetic stirring, with posterior separation by sucrose gradient at the same concentrations above. For gills, a high cellular viability was observed (92.5 +/- 2.1%), with hemocyte cells in 10% sucrose layer (57.99 +/- 0.17%, *P < 0.05), principal cells in the 20% sucrose layer (57.33 +/- 0.18, *P < 0.05), and thick cells and pillar cells in the 30% and 40% sucrose layers, respectively (39.54 +/- 0.05%, *P < 0.05; and 41.81 +/- 0.04%, *P < 0.05). The hepatopancreatic cells also showed good viability (79.22 +/- 0.02%), with the observation of embryonic (E) cells in the 10% sucrose layer (67.87 +/- 0.06%, **P < 0.001), resorptive (R) and fibrillar (F) cells in the 20% and 30% sucrose layers (44.71 +/- 0.06%, **P < 0.001, and 43.25 +/- 0.01%, *P < 0.05; respectively), and blister (B) cells in the 40% sucrose layer (63.09 +/- 0.03%, **P < 0.001). The results are a starting point for in vitro studies of heavy metal transport in isolated cells of the mangrove crab U. cordatus, subjected to contamination by metals in the mangrove habitat where they are found.

Upregulation of E2F1 in cerebellar neuroprogenitor cells and cell cycle arrest during postnatal brain development

In the developing cerebellum, proliferation of granular neuroprogenitor (GNP) cells lasts until the early postnatal stages when terminal maturation of the cerebellar cortex occurs. GNPs are considered cell targets for neoplastic transformation, and disturbances in cerebellar GNP cell proliferation may contribute to the development of pediatric medulloblastoma. At the molecular level, proliferation of GNPs is regulated through an orchestrated action of the SHH, NOTCH, and WNT pathways, but the underlying mechanisms still need to be dissected. Here, we report that expression of the E2F1 transcription factor in rat GNPs is inversely correlated with cell proliferation rate during postnatal development, as opposed to its traditional SHH-dependent induction of cell cycle. Proliferation of GNPs peaked at postnatal day 3 (P3), with a subsequent continuing decrease in proliferation rates occurring until P12. Such gradual decline in proliferating neuroprogenitors paralleled the extent of cerebellum maturation confirmed by histological analysis with cresyl violet staining and temporal expression profiling of SHH, NOTCH2, and WNT4 genes. A time course analysis of E2F1 expression in GNPs revealed significantly increased levels at P12, correlating with decreased cell proliferation. Expression of the cell cycle inhibitor p18 (Ink4c) , a target of E2F1, was also significantly higher at P12. Conversely, increased E2F1 expression did not correlate with either SMAC/DIABLO and BCL2 expression profiles or apoptosis of cerebellar cells. Altogether, these results suggest that E2F1 may also be involved in the inhibition of GNP proliferation during rat postnatal development despite its conventional mitogenic effects.

The DNA puff 4C expresses a salivary secretion protein in Trichosia pubescens (Diptera; Sciaridae)

DNA puffs are genomic regions of polytene chromosomes that undergo developmentally controlled DNA amplification and transcription in salivary glands of sciarid flies. Here, we tested the hypothesis that DNA puff genes code for salivary proteins in Trichosia pubescens. To do that, we generated antibodies against saliva and immunoscreened a cDNA library made from salivary glands. We isolated clones corresponding to DNA puff regions, including clone D-50 that contained the entire coding sequence of the previously isolated C4B1 gene from puff 4C. Indeed, we showed that puff 4C is a DNA puff region detecting its local transcription and its extra rounds of DNA incorporation compared to neighboring regions. We further confirmed D-50 clone identity in Western blots reacted with the anti-saliva anitiserum. We detected a recombinant protein expressed by this clone that had the expected size for a full-length product of the gene. We end with a discussion of the relationship between DNA puff genes and their products.

Fatty acids as trophic biomarkers in vitellogenic females in an impounded tropical river

Fatty acids have been used in marine biogeochemistry as food chain biomarkers, but in freshwater these studies are rare. In order to evaluate the fatty acid potential as biomarkers in freshwater, their profile was analyzed during vitellogenesis in two fish species, in both waterfall and reservoir environments of the Paraiba do Sul River Basin. Detrivorous Hypostomus affinis and omnivorous Geophagus brasiliensis seem to elongate and desaturate polyunsaturated fatty acids (PUFA) and transfer them to the ovaries` phospholipids. Waterfall Geophagus brasiliensis have more highly unsaturated fatty acids in the liver, but in the reservoir, accumulation mainly occurs in muscle and ovary triglycerides, suggesting trophic opportunism and a plasticity during vitellogenesis. In Hypostomus affinis, PUFA alteration occurs only in the reservoir, suggesting a high phytoplankton occurrence. Eutrophication and water speed is reflected in Hypostomus affinis ovaries by higher PUFAn3 and bacterial fatty acids. As in marine environments, analysis of mono- and polyunsaturated fatty acids during vitellogenesis can be used as a tool in food chain studies in freshwater.

Patterns of oocyte development in natural habitat and captive Salminus hilarii Valenciennes, 1850 (Teleostei: Characidae)

Fecundity and oocyte development in Salminus hilarii female brood stock were analyzed with the aim of investigating the impact of migration impediment on oogenesis. Histological analyses of the ovaries were performed in adult females caught in two different environments-the TietA(a) River (natural) and captivity-and the gonadossomatic index, oocyte diameter and fecundity determined. Five germ cell development stages (oogonium, perinucleolar, cortical alveoli, vitellogenic, ripe) and two other structures (postovulatory follicles and atretic oocytes) were observed in females caught in the river. Captive animals lacked the ripe oocytes and postovulatory follicles and had a relatively higher number of atretic oocytes. Females in captivity are known to produce larger oocytes, and they release fewer eggs in each spawn (absolute fecundity) when compared with animals that are able to migrate. Our results suggest that the TietA(a) River is undergoing alterations which are being reflected in the reproductive performance of S. hilarii, mainly due to the presence of atretic oocytes in females caught in the river. The lack of postovulatory follicles and ripe oocytes in captive animals reveals that migratory impediment negatively impacts final oocyte maturation. However, the stage of maturation reached is adequate for ovulation induction with hormone manipulation.

Immunocytochemical identification of adenohypophyseal cells in the pirarucu (Arapaima gigas), an Amazonian basal teleost

The adenohypophysis (AH) of juvenile pirarucu (Arapaima gigas), a representative species of the Osteoglossomorpha (bonytongue fishes, one of the oldest living groups of the teleosts), was studied using histochemical and immunocytochemical methods. The AH is comprised of the pars distalis (PD), without a clear distinction between rostral pars distalis (RPD) and proximal pars distalis (PPD), and the pars intermedia (PI). The neurohypophysis (NH) is positioned on top of the PD and penetrates and branches into the PI. In the most rostral dorsal portion of the PD, adrenocorticotropic cells and fusiform gonadotropic cells were found. In the central PD, scarce prolactin-producing cells and growth-hormone-producing cells were located mainly in the dorsal part, whereas round gonadotropic cells were abundant in the ventral portion of this region. Human thyrotropin immunoreactive cells were not found in the entire AH. In the PI, melanotropic, some adrenocorticotropic, and somatolactin-producing cells were located intermingled surrounding the neurohypophyseal branches. Our results showed that the A. gigas pituitary has some basal characteristics between the ancient Actinopterygii and the more derived teleosts.