RNA interference: a new and powerful tool for functional genomic analysis.

In many species, the introduction of double-stranded RNA induces potent and specific gene silencing, referred to as RNA interference. This phenomenon, which is based on targeted degradation of mRNAs and occurs in almost any eukaryote, from trypanosomes to mice including plants and fungi, has sparked general interest from both applied and fundamental standpoints. RNA interference, which is currently used to investigate gene function in a variety of systems, is linked to natural resistance to viruses and transposon silencing, as if it were a primitive immune system involved in genome surveillance. Here, we review the mechanism of RNA interference in post-transcriptional gene silencing, its function in nature, its value for functional genomic analysis, and the modifications and improvements that may make it more efficient and inheritable. We also discuss the future directions of this versatile technique in both fundamental and applied science.

Information from single-cell bacterial biosensors: what is it good for?

Bacterial reporter cells (i.e. strains engineered to produce easily measurable signals in response to one or more chemical targets) can principally be used to quantify chemical signals and analytes, physicochemical conditions and gradients on a microscale (i.e. micrometer to submillimeter distances), when the reporter signal is determined in individual cells. This makes sense, as bacterial life essentially thrives in microheterogenic environments and single-cell reporter information can help us to understand the microphysiology of bacterial cells and its importance for macroscale processes like pollutant biodegradation, beneficial bacteria-eukaryote interactions, and infection. Recent findings, however, showed that clonal bacterial populations are essentially always physiologically, phenotypically and genotypically heterogeneous, thus emphasizing the need for sound statistical approaches for the interpretation of reporter response in individual bacterial cells. Serious attempts have been made to measure and interpret single-cell reporter gene expression and to understand variability in reporter expression among individuals in a population.

Inferring the mode of origin of polyploid species from next-generation sequence data.

Many eukaryote organisms are polyploid. However, despite their importance, evolutionary inference of polyploid origins and modes of inheritance has been limited by a need for analyses of allele segregation at multiple loci using crosses. The increasing availability of sequence data for nonmodel species now allows the application of established approaches for the analysis of genomic data in polyploids. Here, we ask whether approximate Bayesian computation (ABC), applied to realistic traditional and next-generation sequence data, allows correct inference of the evolutionary and demographic history of polyploids. Using simulations, we evaluate the robustness of evolutionary inference by ABC for tetraploid species as a function of the number of individuals and loci sampled, and the presence or absence of an outgroup. We find that ABC adequately retrieves the recent evolutionary history of polyploid species on the basis of both old and new sequencing technologies. The application of ABC to sequence data from diploid and polyploid species of the plant genus Capsella confirms its utility. Our analysis strongly supports an allopolyploid origin of C. bursa-pastoris about 80 000 years ago. This conclusion runs contrary to previous findings based on the same data set but using an alternative approach and is in agreement with recent findings based on whole-genome sequencing. Our results indicate that ABC is a promising and powerful method for revealing the evolution of polyploid species, without the need to attribute alleles to a homeologous chromosome pair. The approach can readily be extended to more complex scenarios involving higher ploidy levels.

Genome sequence of the Drosophila melanogaster male-killing Spiroplasma strain MSRO endosymbiont.

Spiroplasmas are helical and motile members of a cell wall-less eubacterial group called Mollicutes. Although all spiroplasmas are associated with arthropods, they exhibit great diversity with respect to both their modes of transmission and their effects on their hosts; ranging from horizontally transmitted pathogens and commensals to endosymbionts that are transmitted transovarially (i.e., from mother to offspring). Here we provide the first genome sequence, along with proteomic validation, of an endosymbiotic inherited Spiroplasma bacterium, the Spiroplasma poulsonii MSRO strain harbored by Drosophila melanogaster. Comparison of the genome content of S. poulsonii with that of horizontally transmitted spiroplasmas indicates that S. poulsonii has lost many metabolic pathways and transporters, demonstrating a high level of interdependence with its insect host. Consistent with genome analysis, experimental studies showed that S. poulsonii metabolizes glucose but not trehalose. Notably, trehalose is more abundant than glucose in Drosophila hemolymph, and the inability to metabolize trehalose may prevent S. poulsonii from overproliferating. Our study identifies putative virulence genes, notably, those for a chitinase, the H2O2-producing glycerol-3-phosphate oxidase, and enzymes involved in the synthesis of the eukaryote-toxic lipid cardiolipin. S. poulsonii also expresses on the cell membrane one functional adhesion-related protein and two divergent spiralin proteins that have been implicated in insect cell invasion in other spiroplasmas. These lipoproteins may be involved in the colonization of the Drosophila germ line, ensuring S. poulsonii vertical transmission. The S. poulsonii genome is a valuable resource to explore the mechanisms of male killing and symbiont-mediated protection, two cardinal features of many facultative endosymbionts. IMPORTANCE: Most insect species, including important disease vectors and crop pests, harbor vertically transmitted endosymbiotic bacteria. These endosymbionts play key roles in their hosts' fitness, including protecting them against natural enemies and manipulating their reproduction in ways that increase the frequency of symbiont infection. Little is known about the molecular mechanisms that underlie these processes. Here, we provide the first genome draft of a vertically transmitted male-killing Spiroplasma bacterium, the S. poulsonii MSRO strain harbored by D. melanogaster. Analysis of the S. poulsonii genome was complemented by proteomics and ex vivo metabolic experiments. Our results indicate that S. poulsonii has reduced metabolic capabilities and expresses divergent membrane lipoproteins and potential virulence factors that likely participate in Spiroplasma-host interactions. This work fills a gap in our knowledge of insect endosymbionts and provides tools with which to decipher the interaction between Spiroplasma bacteria and their well-characterized host D. melanogaster, which is emerging as a model of endosymbiosis.

Salacia crassifolia (Celastraceae): CHEMICAL CONSTITUENTS AND ANTIMICROBIAL ACTIVITY

The phytochemical study of hexane extract from leaves of Salacia crassifolia resulted in the isolation of 3β-palmitoxy-urs-12-ene, 3-oxofriedelane, 3β-hydroxyfriedelane, 3-oxo-28-hydroxyfriedelane, 3-oxo-29-hydroxyfriedelane, 28,29-dihydroxyfriedelan-3-one, 3,4-seco-friedelan-3-oic acid, 3β-hydroxy-olean-9(11):12-diene and the mixture of α-amirin and β-amirin. β-sitosterol, the polymer gutta-percha, squalene and eicosanoic acid were also isolated. The chemical structures of these constituents were established by IR, 1H and 13C NMR spectral data. Crude extracts and the triterpenes were tested against Entamoeba histolytica, Giardia lamblia and Trichomonas vaginalis and no activity was observed under the in vitro assay conditions. The hexane, chloroform, ethyl acetate and ethanol crude extracts, and the constituent 3,4-seco-friedelan-3-oic acid and 28,29-dihydroxyfriedelan-3-one showed in vitro antimicrobial activity against Salmonella typhimurium, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Listeria monocytogenes, Streptococcus sanguinis and Candida albicans.

Estudo longitudinal da infecção por enteropatógenos em bezerros neonatos, com diarreia, sob diferentes estratégias de aleitamento

Foram utilizados 17 bezerros, recém nascidos, da raça Holandesa, com o objetivo de avaliar a influência do volume de sucedâneo nos principais patógenos causadores de diarreia neonatal. Os animais foram distribuídos em dois grupos, 8 bezerros do grupo 1 e 9 bezerros do grupo 2. Os animais foram alimentados duas vezes ao dia totalizando 4 litros de sucedâneo diários para o grupo 1 e 6 litros para o grupo 2. A partir do 1° dia de chegada dos bezerros foram avaliadas as fezes diariamente após o aleitamento da manhã para a classificação das fezes em diarreicas ou não diarreicas. Do primeiro dia de diarreia até o sétimo dia, as fezes foram coletadas em dias alternados (1º, 3º, 5º e 7° dia) diretamente da ampola retal para avaliação dos enteropatógenos. Foram coletadas amostras de sangue dos bezerros com cinco dias de idade para dosagem da proteína total. A média da proteína total foi 6,33 e 6,21g/dL nos grupos 1 e 2 respectivamente. O grupo 2 apresentou tendência (p<0,1) de maior consumo de sucedâneo no período avaliado. A quantidade de sucedâneo oferecida aos animais não influenciou a incidência de diarreia e sua etiologia, ou seja, não foi observada diferença (p>0,05) na frequência das amostras positivas para cada agente entre os grupos. A frequência dos enteropatógenos nas amostras foi de 100 e 75% para Cryptosporidium spp.; 28,5 e 43,7% para Salmonella spp.; 28,5 e 15,6% para patotipos de E. coli; 3,5 e 6,2% para Rotavírus e 10,7 e 9,4% para Giardia sp. nos grupos 1 e 2 respectivamente. Foram encontrados os sorotipos de Salmonella infantis e muenster. Os patotipos de E. coli isolados foram classificados como E. coli enterohemorrágica, enteropatogênica, enterotoxigênica e produtoras de toxinas Shiga 1 e 2. Foi observada associação entre o Cryptosporidium spp. e os patotipos de E. coli em 30% das amostras do grupo 1 e Cryptosporidium spp. e Salmonella spp. em 45,5% no grupo 2. Os resultados do presente trabalho demonstraram que o fornecimento de diferentes volumes de sucedâneo não apresentou influência sobre a incidência e etiologia da diarreia neonatal. A avaliação longitudinal dos enteropatógenos durante o período de patência da diarreia demonstrou que a associação entre eles ocorre a partir do primeiro dia da doença e destacou a importância da infecção pelo Cryptosporidium spp. agente encontrado em todos os momentos e animais.

Choosing the target loci : heat shock factors HSF1 and HSF2 as regulators of cell stress and development

Heat shock factors (HSFs) are an evolutionarily well conserved family of transcription factors that coordinate stress-induced gene expression and direct versatile physiological processes in eukaryote organisms. The essentiality of HSFs for cellular homeostasis has been well demonstrated, mainly through HSF1-induced transcription of heat shock protein (HSP) genes. HSFs are important regulators of many fundamental processes such as gametogenesis, metabolic control and aging, and are involved in pathological conditions including cancer progression and neurodegenerative diseases. In each of the HSF-mediated processes, however, the detailed mechanisms of HSF family members and their complete set of target genes have remained unknown. Recently, rapid advances in chromatin studies have enabled genome-wide characterization of protein binding sites in a high resolution and in an unbiased manner. In this PhD thesis, these novel methods that base on chromatin immunoprecipitation (ChIP) are utilized and the genome-wide target loci for HSF1 and HSF2 are identified in cellular stress responses and in developmental processes. The thesis and its original publications characterize the individual and shared target genes of HSF1 and HSF2, describe HSF1 as a potent transactivator, and discover HSF2 as an epigenetic regulator that coordinates gene expression throughout the cell cycle progression. In male gametogenesis, novel physiological functions for HSF1 and HSF2 are revealed and HSFs are demonstrated to control the expression of X- and Y-chromosomal multicopy genes in a silenced chromatin environment. In stressed human cells, HSF1 and HSF2 are shown to coordinate the expression of a wide variety of genes including genes for chaperone machinery, ubiquitin, regulators of cell cycle progression and signaling. These results highlight the importance of cell type and cell cycle phase in transcriptional responses, reveal the myriad of processes that are adjusted in a stressed cell and describe novel mechanisms that maintain transcriptional memory in mitotic cell division.

Investigation of clusters of giardiasis using GIS and a spatial scan statistic

Affiliation: Pascal Michel : Département de pathologie et microbiologie, Faculté de médecine vétérinaire

Geographical and temporal distribution of human giardiasis in Ontario, Canada

Affiliation: Pascal Michel : Département de pathologie et microbiologie, Faculté de médecine vétérinaire, Université de Montréal

Caractérisation de l’infection naturelle à Cryptosporidium spp. chez le chien et le chat vus en établissement vétérinaire

Cryptosporidium spp. est un protozoaire parasite du système gastro-intestinal largement répandu chez les vertébrés et causant la cryptosporidiose, une zoonose occasionnant des troubles digestifs sévères pouvant entrainer la mort chez les individus immunodéficients. Au Canada, la déclaration de cette maladie est obligatoire depuis l’an 2000. Ainsi, il est pertinent de mieux comprendre l’infection chez les animaux de compagnie, puisqu’ils sont potentiellement un réservoir du parasite. Durant l’année 2008, des échantillons fécaux provenant de 1 202 chats (n = 371) et chiens (n = 831) de la province du Québec ont été analysés par comptage des ookystes de Cryptosporidium spp. au moyen de la technique de centrifugation en solution de sulfate de zinc. Dans cette étude,la prévalence de Cryptosporidium spp. chez les chats (28/371 : 7,55 %) et chez les chiens(88/831 : 10,59 %) de compagnie confirme leur potentiel en tant que réservoir du parasite. Au Québec, de par leur nombre, les chats sont potentiellement un réservoir zoonotique du parasite plus important que celui des chiens, bien qu’il n’existe pas de différence significative entre la prévalence du parasite chez le chat et le chien pour l’année 2008. L’âge (p = 0,0001) et l’infection concomitante par Giardia spp. (p = 0,0001) se sont avérés être des facteurs associés avec la présence de Cryptosporidium spp. chez le chien. Parmi l’ensemble des variables testées chez le chat (l’âge, le sexe, la saison et l’infection concomitante par Giardia spp.), aucune n’a été associée de manière significative à la présence du parasite chez le chat. Ceci peut être dû au nombre limité d’individus testés pour cette espèce. Un suivi de l’excrétion des ookystes de Cryptosporidium spp. chez deux chats suggère que l’excrétion des ookystes peut se faire sur une période de sept mois et que le taux d’excrétion varie dans le temps. Le diagnostic moléculaire des espèces et génotypes de Cryptosporidium spp. isolés à partir des échantillons de matières fécales devait être réalisé par la technique de PCR emboîtée des fragments des gènes ARNr 18S et HSP70 et du séquençage des produits de PCR. Aucun résultat positif n’a toutefois été obtenu. Afin d’augmenter la puissance statistique des analyses épidémiologiques sur la prévalence de Cryptosporidium spp., il serait nécessaire à l’avenir de travailler sur un nombre d’animaux beaucoup plus important.

Le Baylisascaris procyonis dans le sud du Québec : prévalence chez le raton laveur et étude de contamination des latrines

Le raton laveur (Procyon lotor) est porteur de nombreux parasites dont certains sont des agents de zoonose. Il nous est apparu opportun d’étudier la faune parasitaire intestinale du raton laveur québécois, particulièrement l’espèce Baylisascaris procyonis. L’étude a donc porté sur l’examen de matières fécales (n = 301) et de contenus intestinaux (n = 203) de 351 ratons laveurs provenant de deux programmes gouvernementaux sur la rage du raton laveur et d’excréments (n = 409) provenant de latrines dans des parcs nationaux du Québec. Des oeufs de B. procyonis étaient excrétés par 23,3 % des ratons laveurs, alors que 29,1 % étaient porteurs de vers. La charge parasitaire moyenne des vers B. procyonis de tout stade variait de 8,5 chez les adultes à 27,1 chez les juvéniles. Chez ces derniers, la charge parasitaire était 11,4 fois supérieure à celle des ratons adultes (p < 0,0001) dont 23,7 fois plus de vers immatures (p < 0,0001) et 9,1 fois plus de vers matures (p = 0,01). Le nombre d’oeufs était 24,7 fois plus élevé chez les ratons juvéniles (p = 0,02) et 50,0 fois moins élevé chez la femelle allaitante. La probabilité du raton d’excréter des oeufs l’automne était de 11,1 (IC95 %: 1,21-101,60) par rapport au printemps et de 21,1 (IC95 %: 2,91-153,18) par rapport à l’été (p < 0,01). La sensibilité (Se) et la spécificité (Sp) de la coproscopie comparée à la nécropsie (norme étalon) ont été calculées en se basant sur l’observation des vers matures (Se : 81,8 %; Sp : 97,7 %) et des vers de tout stade (Se : 53,9 %; Sp : 97,0 %). De plus, la recherche des parasites intestinaux nous a permis de découvrir des ookystes de Giardia (6/159), espèce parasitaire nouvellement rapportée chez le raton. En 2007, nous avons trouvé, par échantillonnage unique, des oeufs de B. procyonis dans 15,8 % des latrines (n = 165) identifiées dans des parcs nationaux du sud du Québec et en 2008, par échantillonnage multiple, dans 89,7 % des latrines (n = 26) actives situées dans des secteurs accessibles à l’homme dans trois parcs nationaux de la Montérégie. Le potentiel zoonotique de B. procyonis est un problème de santé publique qui pourrait devenir sérieux étant donné le pourcentage élevé de ratons laveurs qui excrètent le parasite et qui contaminent des secteurs accessibles par les humains.

Les patrons d’expression de gènes : ont-ils évolué avec la complexité des organismes?

La régulation de la transcription est l‟un des processus cellulaires des plus fondamentaux et constitue la première étape menant à l‟expression protéique. Son altération a des effets sur l‟homéostasie cellulaire et est associée au développement de maladies telles que le cancer. Il est donc crucial de comprendre les règles fondamentales de la fonction cellulaire afin de mieux cibler les traitements pour les maladies. La transcription d‟un gène peut se produire selon l‟un des deux modes fondamentaux de transcription : en continu ou en burst. Le premier est décrit comme un processus aléatoire et stochastique qui suit une distribution de Poisson. À chaque initiation de la transcription, indépendante de la précédente, un seul transcrit est produit. L‟expression en burst se produit lorsque le promoteur est activé pour une courte période de temps pendant laquelle plusieurs transcrits naissants sont produits. Apportant la plus grande variabilité au sein d‟une population isogénique, il est représenté par une distribution bimodale, où une sous-population n‟exprime pas le gène en question, alors que le reste de la population l‟exprime fortement. Les gènes des eucaryotes inférieurs sont pour la plupart exprimés de manière continuelle, alors que les gènes des eucaryotes supérieurs le sont plutôt en burst. Le but de ce projet est d‟étudier comment l‟expression des gènes a évolué et si la transcription aléatoire, ou de Poisson, est une propriété des eucaryotes inférieurs et si ces patrons ont changé avec la complexité des organismes et des génomes. Par la technique de smFISH, nous avons étudié de manière systématique quatre gènes évolutivement conservés (mdn1+, PRP8/spp42+, pol1+ et cdc13+) qui sont continuellement transcrits dans la levure S. cerevisiae. Nous avons observé que le mode d‟expression est gène-et-organisme spécifique puisque prp8 est exprimé de manière continuelle dans la levure S. pombe, alors que les autres gènes seraient plutôt exprimés en légers burst.

Étude in vivo de la relation entre la structure et la fonction de la boucle variable de l'ARN de transfert de la sélénocystéine d'E. coli

La sélénocystéine est le 21e acide aminé encodé génétiquement et on la retrouve à travers les trois domaines de la vie. Elle est synthétisée sur l'ARNtSec par un processus unique. L'ARNtSec se distingue également au niveau structural. La tige acceptrice possède 8 (procaryotes) et 9 (eucaryotes) paires de bases, contrairement aux ARNt canoniques qui ont invariablement 7 paires de bases dans la tige acceptrice. De plus, la tige D a 2 paires de bases additionnelles qui remplacent les interactions tertiaires universelles 8-14, 15-48 qui sont absentes chez l'ARNtSec. D'autre part, la longueur de la boucle variable de l'ARNtSec est plus longue que la majorité des ARNt de type II. Dans ce mémoire, on se concentre sur la région de la boucle variable de l'ARNtSec . La recherche consiste à distinguer les paires de bases de la boucle variable qui sont essentielles à la biosynthèse et l’insertion de la sélénocystéine. De plus, on regarde si la paire de base additionnelle de la tige acceptrice de l'ARNtSec (procaryote) est essentielle pour l'insertion de la sélénocystéine. Pour répondre à ces questions, on a utilisé l'approche expérimentale Évolution Instantanée qui consiste au criblage in vivo d'ARNtSec fonctionnels chez E. coli. Dans ce travail, on montre que l'insertion de la sélénocystéine ne nécessite pas une spécificité de la longueur ou de la séquence de l'ARNtSec. On montre aussi que ni la longueur de la tige acceptrice ou du domaine tige acceptrice/tige T n'est essentielle pour avoir un ARNtSec fonctionnel.

Évolution à fine échelle des sites d'épissage des introns dans les gènes des oomycètes

Les introns sont des portions de gènes transcrites dans l’ARN messager, mais retirées pendant l’épissage avant la synthèse des produits du gène. Chez les eucaryotes, on rencontre les introns splicéosomaux, qui sont retirés de l’ARN messager par des splicéosomes. Les introns permettent plusieurs processus importants, tels que l'épissage alternatif, la dégradation des ARNs messagers non-sens, et l'encodage d'ARNs fonctionnels. Leurs rôles nous interrogent sur l'influence de la sélection naturelle sur leur évolution. Nous nous intéressons aux mutations qui peuvent modifier les produits d'un gène en changeant les sites d'épissage des introns. Ces mutations peuvent influencer le fonctionnement d'un organisme, et constituent donc un sujet d'étude intéressant, mais il n'existe actuellement pas de logiciels permettant de les étudier convenablement. Le but de notre projet était donc de concevoir une méthode pour détecter et analyser les changements des sites d'épissage des introns splicéosomaux. Nous avons finalement développé une méthode qui repère les évènements évolutifs qui affectent les introns splicéosomaux dans un jeu d'espèces données. La méthode a été exécutée sur un ensemble d'espèces d'oomycètes. Plusieurs évènements détectés ont changé les sites d’épissage et les protéines, mais de nombreux évènements trouvés ont modifié les introns sans affecter les produits des gènes. Il manque à notre méthode une étape finale d'analyse approfondie des données récoltées. Cependant, la méthode actuelle est facilement reproductible et automatise l'analyse des génomes pour la détection des évènements. Les fichiers produits peuvent ensuite être analysés dans chaque étude pour répondre à des questions spécifiques.

Assembly rules for protein networks derived from phylogenetic-statistical analysis of whole genomes

Background: We report an analysis of a protein network of functionally linked proteins, identified from a phylogenetic statistical analysis of complete eukaryotic genomes. Phylogenetic methods identify pairs of proteins that co-evolve on a phylogenetic tree, and have been shown to have a high probability of correctly identifying known functional links. Results: The eukaryotic correlated evolution network we derive displays the familiar power law scaling of connectivity. We introduce the use of explicit phylogenetic methods to reconstruct the ancestral presence or absence of proteins at the interior nodes of a phylogeny of eukaryote species. We find that the connectivity distribution of proteins at the point they arise on the tree and join the network follows a power law, as does the connectivity distribution of proteins at the time they are lost from the network. Proteins resident in the network acquire connections over time, but we find no evidence that 'preferential attachment' - the phenomenon of newly acquired connections in the network being more likely to be made to proteins with large numbers of connections - influences the network structure. We derive a 'variable rate of attachment' model in which proteins vary in their propensity to form network interactions independently of how many connections they have or of the total number of connections in the network, and show how this model can produce apparent power-law scaling without preferential attachment. Conclusion: A few simple rules can explain the topological structure and evolutionary changes to protein-interaction networks: most change is concentrated in satellite proteins of low connectivity and small phenotypic effect, and proteins differ in their propensity to form attachments. Given these rules of assembly, power law scaled networks naturally emerge from simple principles of selection, yielding protein interaction networks that retain a high-degree of robustness on short time scales and evolvability on longer evolutionary time scales.