Mechanisms and molecular regulation of mammalian tooth replacement

In most non-mammalian vertebrates, such as fish and reptiles, teeth are replaced continuously. However, tooth replacement in most mammals, including human, takes place only once and further renewal is apparently inhibited. It is not known how tooth replacement is genetically regulated, and little is known on the physiological mechanism and evolutionary reduction of tooth replacement in mammals. In this study I have attempted to address these questions. In a rare human condition cleidocranial dysplasia, caused by a mutation in a Runt domain transcription factor Runx2, tooth replacement is continued. Runx2 mutant mice were used to investigate the molecular mechanisms of Runx2 function. Microarray analysis from dissected embryonic day 14 Runx2 mutant and wild type dental mesenchymes revealed many downstream targets of Runx2, which were validated using in situ hybridization and tissue culture methods. Wnt signaling inhibitor Dkk1 was identified as a candidate target, and in tissue culture conditions it was shown that Dkk1 is induced by FGF4 and this induction is Runx2 dependent. These experiments demonstrated a connection between Runx2, FGF and Wnt signaling in tooth development and possibly also in tooth replacement. The role of Wnt signaling in tooth replacement was further investigated by using a transgenic mouse model where Wnt signaling mediator β-catenin is continuously stabilized in dental epithelium. This stabilization led to activated Wnt signaling and to the formation of multiple enamel knots. In vitro and transplantation experiments were performed to examine the process of extra tooth formation. We showed that new teeth were continuously generated and that new teeth form from pre-existing teeth. A morphodynamic activator-inhibitor model was used to simulate enamel knot formation. By increasing the intrinsic production rate of the activator (β-catenin), the multiple enamel knot phenotype was reproduced by computer simulations. It was thus concluded that β-catenin acts as an upstream activator of enamel knots, closely linking Wnt signaling to the regulation of tooth renewal. As mice do not normally replace teeth, we used other model animals to investigate the physiological and genetic mechanisms of tooth replacement. Sorex araneus, the common shrew was earlier reported to have non-functional tooth replacement in all antemolar tooth positions. We showed by histological and gene expression studies that there is tooth replacement only in one position, the premolar 4 and that the deciduous tooth is diminished in size and disappears during embryogenesis without becoming functional. The growth rates of deciduous and permanent premolar 4 were measured and it was shown by competence inference that the early initiation of the replacement tooth in relation to the developmental stage of the deciduous tooth led to the inhibition of deciduous tooth morphogenesis. It was concluded that the evolutionary loss of deciduous teeth may involve the early activation of replacement teeth, which in turn suppress their predecessors. Mustela putorius furo, the ferret, has a dentition that resembles that of the human as ferrets have teeth that belong to all four tooth families, and all the antemolar teeth are replaced once. To investigate the replacement mechanism, histological serial sections from different embryonic stages were analyzed. It was noticed that tooth replacement is a process which involves the growth and detachment of the dental lamina from the lingual cervical loop of the deciduous tooth. Detachment of the deciduous tooth leads to a free successional dental lamina, which grows deeper into the mesenchyme, and later buds the replacement tooth. A careful 3D analysis of serial histological sections was performed and it was shown that replacement teeth are initiated from the successional dental lamina and not from the epithelium of the deciduous tooth. The molecular regulation of tooth replacement was studied and it was shown by examination of expression patterns of candidate regulatory genes that BMP/Wnt inhibitor Sostdc1 was strongly expressed in the buccal aspect of the dental lamina, and in the intersection between the detaching deciduous tooth and the successional dental lamina, suggesting a role for Sostdc1 in the process of detachment. Shh was expressed in the enamel knot and in the inner enamel epithelium in both generations of teeth supporting the view that the morphogenesis of both generations of teeth is regulated by similar mechanisms. In summary, histological and molecular studies on different model animals and transgenic mouse models were used to investigate tooth replacement. This thesis work has significantly contributed to the knowledge on the physiological mechanisms and molecular regulation of tooth replacement and its evolutionary suppression in mammals.

Disturbance in boreal spruce forest - immediate dynamics from stand to understorey level

The immediate effects of two human-related vegetation disturbances, (1) green tree retention (GTR) patch felling and scarification by harrowing and (2) experimental understorey vegetation layer removal, were examined in boreal forest stands in Finland. Effects of GTR patch felling and scarification on tree uprootings, on coarse woody debris (CWD) and on epixylic plant community were followed in upland and in paludified forest types. Uprootings increased considerably during 2-3 years after the fellings and were more frequent (47%) in the paludified than in the upland forest (13%). Scarification reduced 68% of the CWD in the felling area. Cover and especially species richness of epixylics declined in the both areas during 1-2 years after the felling. The increasing size of GTR patch correlated positively with the species richness. Regeneration of understorey vegetation community and Vaccinium myrtillus and Vaccinium vitis-idaea after different removals of vegetation layers in an old-growth forest took four years. The regeneration occurred mainly by vegetative means and it was faster in the terms of species richness than in the cover. In the most severe treatment, recovery occurred merely by sexual reproduction. V. myrtillus recovered mainly by producing new shoots. V. vitis-idaea recovered faster than V. myrtillus, mainly by increasing length growth. For ecological reasons, use of larger GTR patches on paludified biotope would be recommendable. In felling areas, scarification by harrowing could be replaced with some other spot-wise method. After moderate intensity level disturbance, recovery occurs rapidly by vegetative regrowth of the dominating species. High level of intensity may prevent the recovery of vegetation community for years, while enabling also the genetic regeneration of the initial species. Local anthropogenic-related disturbances are currently increasing and they can interact during temporally short times, which should be taken in to account in the future forest management plans.

Mycobacterial Stress Regulation: The Dps ``Twin Sister'' Defense Mechanism and Structure-Function Relationship

In this work, we have tried to emphasize the connection between mycobacterial growth and regulation of gene expression. Utilization of multiple carbon sources and diauxic growth helps bacteria to regulate gene expression at an optimum level so that the inhospitable conditions encountered during nutrient depletion can be circumvented. These aspects will be discussed with respect to mycobacterial growth in subsequent sections. Identification and characterization of genes induced under such conditions is helpful to understand the physiology of the bacterium. Although it is necessary to compare the total expression profile of proteins as they transit from vegetative growth to stationary phase, at times a lot of insights can be deciphered from the expression pattern of one or two proteins. We have compared the protein expression and sigma factor selectivity of two such proteins in M. smegmatis to understand the differential regulation of genes playing diverse function in the same species. Some newer insights on the structure and function of one of the Dps proteins are also explained.

Havupuiden erikoismuotojen lisäysmenetelmät

Havupuiden erikoismuotoja on käytetty koristekasveina jo vuosisatoja ympäri maailmaa. Niitä on lisätty pääsääntöisesti pistokkaista ja varttamalla. Suomessa kotimaisten metsäpuidemme erikois-muotoja on kartoitettu ja kerätty kokoelmiin järjestelmällisemmin 1960-luvulta alkaen. Taimisto-viljelijät, puutarhasuunnittelijat ja kotipuutarhurit ovat olleet enenevässä määrin kiinnostuneita näistä kotimaisista kestävistä havukasveista. Yli 90 prosenttia markkinoillamme olevista havukas-veista tuodaan ulkomailta, joten on selvää, että niiden talvenkestävyydessä on ongelmia. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää kotimaisille erikoismuodoille sopivia lisäysmene-telmiä ja siten edistää kotimaisen havukasvituotannon mahdollisuuksia. Aineistona kokeissa oli kotimaisia erikoismuotoja metsäkuusesta (Picea abies (L.) Karsten) ja kotikatajasta (Juniperus communis L.), tavallisia metsäkuusia sekä kahdeksan ulkomaista havupuutaksonia. Lisäysmene-telmistä tutkittiin varttamista ja pistokaslisäystä ja kokeet suoritettiin Metsäntutkimuslaitoksen toimipaikoissa Lopen Haapastensyrjässä sekä Punkaharjulla. Varttamiskokeessa vertailtiin koti-maisen kuusen erikoismuotokloonien varttamisen onnistumista. Pistokaskokeissa tutkittiin geno-tyypin, emopuun iän, pistokasoksan sijainnin sekä hormonikäsittelyn vaikutusta havukasvien pis-tokkaiden juurtumiseen. Tavalliset metsäkuuset toimivat kontrolleina. Tutkimus osoitti, että varttaminen onnistui erinomaisesti kaikilla erikoismuotoklooneilla. Ovat-ko vartteet esteettisesti katsottuna koristekäyttöön sopivia, jää vielä seurattavaksi. Pistokaskokeis-sa havaittiin, että juveniilisuus vaikutti pistokkaiden juurtumiseen, mutta iäkkäistäkin puista lisää-minen onnistuu, kunhan genotyyppi on sopiva. Keskimäärin alaoksat juurtuivat paremmin kuin latvuksen yläosista otetut pistokasoksat, mutta vain yhdellä kloonilla ero oli tilastollisesti merkit-sevä. Hormonikäsittely heikensi selvästi kotimaisen kuusen ja katajan pistokkaiden juurtumista, mutta ulkomaisiin havupuulajeihin käsittelyllä ei ollut vaikutusta. Kotimaisen havukasvituotannon pohjaksi pitäisi tehdä kloonivalintaa, jossa koristearvon lisäksi otettaisiin huomioon myös kloonin lisättävyys. Taimien tuottaminen pistokkaista on selvästi edul-lisempaa kuin vartteiden tuottaminen, joskin varte kasvaa myyntikuntoon nopeammin kuin pisto-kastaimi. Pistokastaimi on kuitenkin omajuurinen ja stabiilimpi kasvutavaltaan kuin varte. Tämä korostuu etenkin kääpiömuotoja tuotettaessa.

Growth of and trehalase activity in the thermophilic fungusThermomyces lanuginosus

The thermophilic fungus,Thermomyces lanuginosus, was grown in a glucose-asparagine liquid medium. Optimal mycelial growth occurred at 50°C. The conditions for sporulation were different from those required for vegetative growth. the former being favoured by lower nitrogen level and temperature. Trehalase (α, α-glu coside-l-glucohydrolase, EC 3.2.1.28) was one of the most active glycosidases at 50°C. Non-sporulating mycelium had higher levels of this enzyme than the sporulating mycelium. Trehalase was synthesized constitutively and its activity appears to be controlled by catabolite repression.

Jatkuvasatoisten mansikoiden lannoitus rajoitetussa kasvualustassa

Mansikka (Fragaria × ananassa Duch.) on tärkein Suomessa viljelty marja sekä määrällisesti että taloudellisesti. Suomessa ongelmana on lyhyt satokausi ja matala satotaso. Pääsadon aikaan runsas mansikan tarjonta markkinoilla laskee huomattavasti mansikan hintaa. Paras hinta saadaan normaalin satokauden ulkopuolella. Jatkuvasatoiset mansikkalajikkeet mahdollistaisivat pidemmän ja tasaisen satokauden, mikä vakauttaisi mansikan hintaa. Jatkuvasatoinen mansikka sopii viljelyyn kausihuoneissa korotetuilla kasvualustoilla, jolloin lannoitus ja kastelu hoidetaan tippukastelulla. Jatkuvasatoinen mansikka tuottaa kukkia ja marjoja koko satokauden, mikä vaikuttaa sen ravinnetarpeeseen. Tehdyssä tutkimuksessa testattiin kolmea eri lannoitustasoa 1,5 mS/cm, 2,3mS/cm ja 3,0 mS/cm, joiden N:K –suhde marjojen kypsymisvaiheessa oli 1:1,5. Neljäs käsittely oli kastelu johtokyvyllä 2,3 mS/cm N:K –suhteen ollessa 1:2 marjojen kypsyessä. Tutkimuksessa havainnointiin taimien vegetatiivista kasvua sekä sadon muodostusta ja marjojen laatua. Samalla seurattiin ylivaluntaveden määrää sekä veden mukana huuhtoutunutta fosforia ja typpeä. Tutkimuksessa käytetyt lajikkeet olivat ’Malling Opal’ ja ’Rondo’. Tämän tutkimuksen tulokset tukevat aikaisempia tutkimuksia, että mansikan ravinnetarve on suhteellisen matala. Voimakkain vegetatiivinen kasvu, suurin sato ja suurimmat marjat saatiin alimmalla testatulla johtokyvyllä (1,5 mS/cm). Lannoitustasolla oli hyvin vähän vaikutusta marjan laatuun tai sadon ajoittumiseen. Myöskään N:K – suhteen muutoksella ei ollut vaikutusta marjan laatuun. Taimien veden otto oli suurinta alimmalla lannoitustasolla, ja mahdollisesti kasteluveden korkea ionipitoisuus vaikeutti kasvin veden ottoa korkeilla veden johtokyvyillä. Valumaveden mukana poistuneet typpi- ja fosforipäästöt kasvoivat huomattavasti kasteluveden johtokyvyn noustessa.

Viherrevonhäntä ja kananhirssi vieraslajeina Suomessa

Kasvit ovat kautta aikojen levinneet uusille elinpaikoille. Kasvin asettumista uuteen paikkaan voidaan tarkastella prosessina, jossa on erilaisia vaiheita ja eri vaiheissa eri tekijät ovat tärkeitä. Ilmasto ja erityisesti lämpötila vaikuttavat kasvien levinneisyyteen ja leviämiseen uusille paikoille ja siksi ilmaston lämpenemisen ennustetaan siirtävän kasvien levinneisyysalueita kohti pohjoista. On mahdollista, että Suomeenkin leviäisi etelämmästä muiden kasvien ohella haitallisia rikkakasvilajeja, kuten esimerkiksi viherrevonhäntä (Amaranthus retroflexus L.) ja kananhirssi (Echinochloa crus-galli L. Beauv.). Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, selviävätkö viherrevonhäntä ja kananhirssi Suomessa pelto-olosuhteissa ja pohtia niiden vakiintumisen ja leviämisen mahdollisuuksia. Toinen tarkoitus oli selvittää ilmaston lämpenemisen vaikutusta näiden rikkakasvien kasvuun. Tutkimus suoritettiin kenttä- sekä kasvihuonekokeena. Viherrevonhäntä kasvoi pellolla hyvin huolimatta myöhäisestä itämisestä, mutta kananhirssi iti ja kasvoi pellolla huonosti. Kasvihuoneessa molemmat kasvoivat hyvin. Kilpailu vähensi viherrevonhännän ja kananhirssin vegetatiivista kasvua vain kasvihuoneessa, mutta siementuottoon kilpailu vaikutti sekä kasvihuoneessa että pellolla. Kasvihuoneessa korkeampi lämpötila ei vaikuttanut viherrevonhännän tai kananhirssin vegetatiiviseen kasvuun, mutta viherrevonhännän siementuotto parani lämpimämmässä. Lämpötilalla ei ollut vaikutusta kananhirssin siementuotantoon. Tutkimuksen tuloksista voidaan päätellä, että viherrevonhäntä voi hyvinkin kasvaa Suomessa jo nykyisissä lämpötiloissa, mutta siementuotto ei välttämättä olisi varmaa. Viherrevonhäntä voisi näin ollen hyötyä tulevaisuuden pidemmästä kasvukaudesta. Kananhirssin osalta tulokset olivat ristiriitaiset ja ilmaston lämpenemisen vaikutuksia kananhirssiin on tämän tutkimuksen perusteella hankala arvioida.

Timotein (Phleum pratense ssp. pratense L.) alkuperän vaikutus kylmänkestävyyteen, vernalisaatiovaatimukseen sekä kasvuun ja kehitykseen

Nurmiheinien merkitys maailmanlaajuisesti on merkittävä, sillä noin 69 % maapallon peltopinta-alasta on pysyvää laidunmaata tai niittyä. Suomessa nurmien osuus on noin 29 %, ja tuotanto perustuu pääosin intensiiviseen säilörehuntuotantoon. Yleisin nurmiheinälaji Suomessa on timotei (Phleum pratense ssp. pratense L.). Timotei on talvenkestävä ja soveltuu siksi pohjoisiin kasvuoloihin. Timoteilajikkeita jalostettaessa pohjoista alkuperää olevia vanhempaislinjoja käytetään hyvän talvenkestävyyden varmistamiseksi, eteläisiä tavoiteltaessa nopeaa kasvurytmiä. Ilmaston muutoksen ennustetaan lisäävän erilaisia äärioloja kuten myrskyjä ja sateita. Vuorokauden keskilämpötila nousee ja kasvukausi pidentyy. Lisäksi talvet muuttuvat sateisemmiksi. Muutokset näkyvät erityisesti pohjoisissa kasvuympäristöissä. Tutkimuksessa haluttiinkin selvittää eri alkuperää edustavien timoteilajikkeiden ja linjojen kylmänkestävyyttä, kasvu-, ja kehitysnopeutta sekä vernalisaation vaikutusta. Lisäksi tutkittiin syysviljojen vernalisaatiovasteen mittaamiseen käytettyjen menetelmien soveltuvuutta nurmille. Tutkimukseen kuului kaksivuotinen peltokoe sekä kasvatuskaappikoe. Vernalisaatio nopeutti timotein kasvua ja kehitystä. Tutkimuksen perusteella eteläistä alkuperää olevilla lajikkeilla kasvu- ja kukintavalmius oli olemassa ilman vernalisaatiota. Pohjoisilla lajikkeilla oli suurempi vernalisaatiovaste ja niiden kukkiminen ja kasvu nopeutui vernalisaation myötä. Vernalisaatiolla oli vaikutusta myös kasvuston rakenteeseen. Generatiivisten versojen määrä lisääntyi vernalisaation myötä, kun taas vegetatiivisten versojen määrä väheni. Kylmänkestävyys oli tutkimuksen perusteella riippuvainen syksyn karaistumisjakson pituudesta sekä jakson lämpösummasta (FH-COLD). Korkea keskilämpötila ja lyhyt karaistumisjakso heikensivät kylmänkestävyyttä. Vastaavasti karaistumiskauden lämpötilan ollessa välillä 0 °C:ta ja + 5 °C:ta ja jakson pituuden kasvaessa kylmänkestävyys lisääntyi. Tutkimuksen perusteella vernalisaatiolla oli selvä vaikutus timotein kasvuun ja kehitykseen. Pohjoista alkuperää olevat timoteit reagoivat vernalisaatioon eteläisiä enemmän. Osa pohjoisista linjoista vaati vernalisaation generatiivisten versojen muodostumiseen. Syysviljojen vernalisaatiovasteen mittausmenetelmät soveltuvat osin myös puhtaiden timoteilajikkeiden vernalisaation seurantaan.

Jakojuuriviljelyn vaikutus kasvihuonekurkun (Cucumis sativus L.) kasvuun ja kehitykseen

Kasvit ottavat vettä parhaiten kasteluravinneliuoksesta, jonka ravinnepitoisuus on pieni. Intensiivisessä kasvihuonetuotannossa käytetään silti kastelulannoituksessa usein korkeita ravinnepitoisuuksia ravinnepuutosten ja satotappioiden välttämiseksi. Jakojuuriviljelyssä kasvin juuriston annetaan kasvaa kahteen erilliseen kasvualustaosioon. Tällöin toiselle puolelle annetaan johtokyvyltään väkevää ja toiselle puolelle laimeaa ravinneliuosta. Erityisesti kasvihuonekurkun, joka on herkkä kasvualustan suolaisuuden aiheuttamille vedensaantiongelmille, on todettu hyötyvän tästä tekniikasta, mikä näkyy kasvaneina satoina. Tämän MTT Piikkiössä toteutetun kasvihuonekurkun jakojuuriviljelytutkimuksen tavoitteena oli tarkentaa tekniikkaa erityisesti kasteluliuosten johtokyvyn osalta. Yhtenäisjuuriviljelyn ja perinteisen jakojuuriviljelyn lisäksi kokeessa oli kaksi jakojuuriviljelykäsittelyä, joissa ravinneliuosväkevyyksiä vaihdettiin väliajoin juuriston toimintakyvyn parantamiseksi. Erillisessä osakokeessa tutkittiin erilaisten johtokyky-yhdistelmien vaikutusta kasvihuonekurkun vegetatiiviseen kasvuun maanpäällisten ja -alaisten kasvinosien välillä sekä juurten morfologiaan ja anatomiaan. Tulokset osoittivat, että jakojuuriviljely lisäsi kasvihuonekurkun sadontuottoa jopa 16 %, mutta ei vaikuttanut koko viljelykauden veden tai ravinteiden ottoon. Yhtenäisjuuriviljelyssä muodostui eniten piikkikärkisiä hedelmiä, mikä viittaa vedensaantiongelmiin haihdutustarpeen ollessa suurin. Viljelytekniikalla ei ollut vaikutusta kasvien vegetatiiviseen kasvuun tai kasvuston rakenteeseen. Lehtiruodeista tehdyt nitraatti- ja kaliummittaukset osoittivat, ettei kasteluliuosten ravinnepitoisuuksilla ollut vaikutusta juurten ravinteiden ottoon. Erilaisilla johtokyky-yhdistelmillä oli huomattavampi vaikutus kasvihuonekurkun juurten painoon kuin verson painoon tai varren pituuskasvuun. Lehtiruotianalyysit viittasivat ravinteiden erilaiseen allokointiin eri johtokyky-yhdistelmissä. Korkeiden johtokykyjen aiheuttama osmoottinen stressi johti muutoksiin juurten morfologiassa ja anatomiassa. Tulosten perusteella jakojuuriviljely paransi kehittyvien hedelmien kohdevahvuutta suhteessa muihin kohteisiin vaikuttamatta vegetatiiviseen kasvuun. Kun laimean ja väkevän ravinneliuoksen puolia vaihdettiin, juuristo otti joustavasti vettä ja ravinteita olosuhteiden määräämästä edullisemmasta johtokyvystä, jolloin kasvihuonekurkun viljelyssä saavutettiin merkittävä satoetu. Juuriston jakaminen vaikuttanee kasvien hormoniaineenvaihduntaan ja voi heikentää juuriston kasvua heikentämättä sen toimintakykyä, jolloin yhteyttämistuotteita kohdennetaan tehokkaammin maanpäällisten osien kasvuun.

Studies on the 14α-hydroxylation of progesterone in mucor piriformis

Cell-free extracts with high 14?-hydroxylase activity were prepared from induced vegetative cell cultures of Mucor piriformis by grinding in potassium phosphate buffer (0.05 M, pH 8.0) containing glucose (0.25 M), KCl (1 mM), glutathione (1.0 mM) and glycerol (10%). Although the ideal pH for preparing the cell-free extract from vegetative cells was 8.0, the pH optimum of the hydroxylase was found to be 7.6. Microsomes (2.0 mg) prepared from the crude cell-free extract hydroxylated progesterone to 14?-hydroxyprogesterone in not, vert, similar60% yields in 30 min in the presence of NADPH and O2. Microsomes prepared from the uninduced cells did not contain any 14?-hydroxylase activity. The hydroxylase activity was inhibited to a significant extent by CO and p-chloromercuribenzoate whereas moderate inhibition was noticed in the presence of SKF-525A, metyrapone and N-methylmaleimideindicating the possible involvement of the cytochromeP-450 system in the reaction. The membrane bound hydroxylase was solubilized using Triton X-100 and the solubilized fraction contained nearly 35% of the original hydroxylase activity.

Intracellular free calcium level and its response to cAMP stimulation in developing Dictyostelium cells transformed with jellyfish apoaequorin CDNA

A new method is described for measuring intracellular free calcium concentrations, [(Ca2+)(i)], in the cells of Dictyostelium discoideum transformed with apoaequorin cDNA of the jellyfish, Aequorea victoria. Aequorin, a calcium-specific indicator, was regenerated in vivo from apoaequorin produced in the cells by incubation with coelenterazine. The results showed that [(Ca2+)(i)] in developing cells markedly increases at the aggregation stage and again at the culmination stage after a temporary drop at the migration stage. Except for the vegetative stage, the cells al all stages of development exhibit a sharp transient increase in [(Ca2+)(i)] upon stimulation with a cAMP (50 nM) pulse, high responses being observed at the migration and culmination stages. Separated prestalk cells of migrating slugs contain more than twice as much [(Ca2+)(i)] and show three times as large a response to cAMP stimulation as prespore cells.

Expression pattern of Cubitus interruptus from the mulberry silkworm Bombyx mori in late developmental stages

A partial genomic clone of Bombyx mori homologue of the segment polarity gene Cubitus interruptus (BmCi), encoding the conserved zinc finger domain and harbouring two introns, has been characterized. BmCi was expressed in the silkglands of B. mori from embryonic to the late larval stages(3rd, 4th and 5th intermoults). The expression was confined to the anterior region of the middle silkglands, overlapping with the domain of sericin-2 expression and excluding the domains of Bm invected expression, namely the middle and posterior regions of the middle silkglands. In the wing discs, the expression was restricted to the anterior compartment, which increased from 4th to 5th larval intermoults and declined later in the pupal wing buds. In gonadal tissues (both ovaries and testes) BmCi was expressed from the larval to pupal stages. The transcripts were localized to the sperm tubes containing spermatogonia in the testis of Bombyx larvae. BmCi expression, however, was not detected in any of these tissues during the moulting stages. Expression of Ci in the wing discs and gonads is evolutionarily conserved, while the silkgland represents a novel domain. Our results imply that BmCi is involved in the specification and maintenance of micro-compartment identity within the middle silkglands.

Hyper-activation of the TCP4 transcription factor in Arabidopsis thaliana accelerates multiple aspects of plant maturation

Plant organs are initiated as primordial outgrowths, and require controlled cell division and differentiation to achieve their final size and shape. Superimposed on this is another developmental program that orchestrates the switch from vegetative to reproductive to senescence stages in the life cycle. These require sequential function of heterochronic regulators. Little is known regarding the coordination between organ and organismal growth in plants. The TCP gene family encodes transcription factors that control diverse developmental traits, and a subgroup of class II TCP genes regulate leaf morphogenesis. Absence of these genes results in large, crinkly leaves due to excess division, mainly at margins. It has been suggested that these class II TCPs modulate the spatio-temporal control of differentiation in a growing leaf, rather than regulating cell proliferation per se. However, the link between class II TCP action and cell growth has not been established. As loss-of-function mutants of individual TCP genes in Arabidopsis are not very informative due to gene redundancy, we generated a transgenic line that expressed a hyper-activated form of TCP4 in its endogenous expression domain. This resulted in premature onset of maturation and decreased cell proliferation, leading to much smaller leaves, with cup-shaped lamina in extreme cases. Further, the transgenic line initiated leaves faster than wild-type and underwent precocious reproductive maturation due to a shortened adult vegetative phase. Early senescence and severe fertility defects were also observed. Thus, hyper-activation of TCP4 revealed its role in determining the timing of crucial developmental events, both at the organ and organism level.

Auxin-Responsive OsMGH3, a Common Downstream Target of OsMADS1 and OsMADS6, Controls Rice Floret Fertility

GH3 proteins control auxin homeostasis by inactivating excess auxin as conjugates of amino acids and sugars and thereby controlling cellular bioactive auxin. Since auxin regulates many aspects of plant growth and development, regulated expression of these genes offers a mechanism to control various developmental processes. OsMGH3/OsGH3-8 is expressed abundantly in rice florets and is regulated by two related and redundant transcription factors, OsMADS1 and OsMADS6, but its contribution to flower development is not known. We functionally characterize OsMGH3 by overexpression and knock-down analysis and show a partial overlap in these phenotypes with that of mutants in OsMADS1 and OsMADS6. The overexpression of OsMGH3 during the vegetative phase affects the overall plant architecture, whereas its inflorescence-specific overexpression creates short panicles with reduced branching, resembling in part the effects of OsMADS1 overexpression. In contrast, the down-regulation of endogenous OsMGH3 caused phenotypes consistent with auxin overproduction or activated signaling, such as ectopic rooting from aerial nodes. Florets in OsMGH3 knock-down plants were affected in carpel development and pollen viability, both of which reduced fertility. Some of these floret phenotypes are similar to osmads6 mutants. Taken together, we provide evidence for the functional significance of auxin homeostasis and its transcriptional regulation during rice panicle branching and floret organ development.

Composition of Extrafloral Nectar Influences Interactions between the Myrmecophyte Humboldtia brunonis and its Ant Associates

Ant-plant interactions often are mediated by extrafloral nectar (EFN) composition that may influence plant visitation by ants. Over a 300 km range in the Indian Western Ghats, we investigated the correlation between the EFN composition of the myrmecophytic ant-plant Humboldtia brunonis (Fabaceae) and the number and species of ants visiting EFN. EFN composition varied among H. brunonis populations and between plant organs (floral bud vs. young leaf EFN). In general, EFN was rich in sugars with small quantities of amino acids, especially essential amino acids, and had moderate invertase activity. In experiments at the study sites with sugar and amino acid solutions and with leaf or floral bud EFN mimics, dominant EFN-feeding ants differentiated between solutions as well as between mimics. The castration parasite Crematogaster dohrni (northern study site) was the least selective and did not exhibit any clear feeding preferences, while the largely trophobiont-tending non-protective Myrmicaria brunnea (middle study site) preferred higher sucrose concentrations and certain essential/non-essential amino acid mixtures. The mutualistic Technomyrmex albipes (southern study site) preferred sucrose over glucose or fructose solutions and consumed the leaf EFN mimic to a greater extent than the floral bud EFN mimic. This young leaf EFN mimic had low sugar concentrations, the lowest viscosity and sugar: amino acid ratio, was rich in essential amino acids, and appeared ideally suited to the digestive physiology of T. albipes. This preference for young leaf EFN may explain the greater protection afforded to young leaves than to floral buds by T. albipes, and may also help to resolve ant-pollinator conflicts. The differential response of dominant ants to sugar, amino acids, or solution viscosity suggests that plants can fine-tune their interactions with local ants via EFN composition. Thus, EFN can mediate local partner-choice mechanisms in ant-plant interactions.