Untersuchungen zur Genexpression in Wurzeln der reblausresistenten Unterlagsrebsorte ’Börner’

Die reblausresistente Unterlagsrebsorte ’Börner’ reagiert auf einen Reblausbefall mit einer Hypersensitivitätsreaktion (HR), die sich in Form von Nekrosen an Blättern und Wurzeln zeigt. Im Rahmen dieser Dissertation wurde der Resistenzmechanismus mittels differenzieller Genexpressionsanalysen untersucht. Unter Anwendung der suppressiven subtraktiven Hybridisierung, der DNA-Microarraytechnik sowie der GeneFishingTM-Methode erfolgte ein Vergleich zwischen der Genexpression in hypersensitivem Wurzelgewebe und Normalgewebe der Unterlagsrebe ’Börner’. Neben der Reblaus induzierten HR wurde insbesondere auf die experimentelle Induktion durch das Pflanzenhormon Indol-3-Essigsäure (IES) zurückgegriffen. Damit sollten Kenntnisse über die Rolle der IES als auslösender Faktor der Resistenzreaktion gewonnen werden. Die Ergebnisse bestätigen die Annahme, dass die IES Pathogenabwehrreaktionen in ’Börner’ induziert. So konnten Hinweise auf die transkriptionelle Aktivierung Resistenz und HR assoziierter Proteine gefunden werden, wie z.B. Phytoalexine und pathogen-related (PR)-Proteine sowie Vertreter aus der hypersensitive-induced response-Familie. Es konnten weiterhin wertvolle Informationen im Hinblick auf die Transduktion des IES-Signals im Zusammenhang mit der Aktivierung von Resistenzreaktionen gewonnen werden. So wurden Hinweise auf die Beteiligung der Signalsubstanzen Ethylen, Salicylsäure, Jasmonsäure, Calcium sowie reaktiver Sauerstoffspezies gefunden. Es konnten zudem Anhaltspunkte für die Aktivierung des Auxin induzierten Ubiquitin/26S-Proteolyseweges und weiterer Signalkomponenten, wie z.B. Kinasen und Transkriptionsfaktoren, ermittelt werden. Auch auf die Beteiligung von Auxinrezeptoren konnte aufgrund der Resultate geschlossen werden. Damit war es im Rahmen der Dissertation möglich, potenzielle Signaltransduktionswege zu erarbeiten, die für weiterführende Untersuchungen des Reblausresistenzmechanismus von entscheidender Bedeutung sind.

Entwicklung von molekularen Sonden für die sichere Identifizierung von Hefen der Gattungen Brettanomyces, Dekkera

Hefen der Gattungen Brettanomyces/Dekkera sind in der Produktion von fermentierten Getränken, insbesondere in der Bier-, Sekt- und Weinherstellung bekannt. Sie können als Schädlingshefen insbesondere durch die Bildung von charakteristischen Sekundärmetaboliten zu einer negativen geschmacklichen Veränderung des Getränks führen. Aufgrund ihres langsamen Wachstums werden diese Hefen bei Routineanalysen mit konventionellen Kultivierungsmethoden leicht übersehen. Ein schneller und eindeutiger Nachweis von Brettanomyces/Dekkera-Hefen ist bis heute problematisch. In der vorliegenden Arbeit wurde eine Methode zur sicheren Detektion und Identifizierung aller fünf bekannten Spezies dieser Gattungen entwickelt. Die Fluoreszenz in situ Hybridisierung (FISH) mit Cy3-markierten DNA-Sonden ermöglichte einen direkten mikroskopischen Nachweis dieser Mikroorganismen in der Untersuchungsprobe. Im Hinblick auf die Generierung Art-spezifischer Sonden wurden die ribosomalen Gen-Cluster der verschiedenen Spezies hinsichtlich potentieller Zielregionen analysiert. Eine signifikante Steigerung des Sonden-vermittelten Fluoreszenz-Signals konnte durch die Anwendung eines neuen Sonden-Konzepts (Gemeinschafts-Sonden) auf hochvariable Bereichen der 26S rRNAs, unter Berücksichtigung ihrer Sekundärstrukturen, realisiert werden. Die Untersuchung der regionalen Verbreitung dieser Hefen in der Weinbauregion Rheinhessen ergab, dass bei 15 % der untersuchten Winzerbetriebe D. bruxellensis in Rotweinproben vorhanden war. Insgesamt konnten bei den Probenuntersuchungen aus 299 Weinen 44 D. bruxellensis-Stämme isoliert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden darüber hinaus verschiedene Vitalitätsfärbungen hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit auf Brettanomyces/Dekkera evaluiert und eine Differenzierung dieser Hefen durch einen physiologischen Mikrotiterplatten-Test (Biolog, USA) überprüft.

Pollen-placement and pollen-portioning in diverse Salvia-species

This dissertation addresses the staminal lever mechanism of the genus Salvia. Various hypotheses referring to its purpose and function are tested and elucidated. The first hypothesis maintains that the lever is a mechanical selection mechanism which excludes weak pollinators from the flower. This hypothesis is refuted and the respective results of force measurements and morphological investigations are presented, statistically evaluated and discussed. The force measurements and morphological investigations were conducted on the staminal levers and flowers of 8 bee pollinated (melittophilous) and 6 bird pollinated (ornithophilous) species. For comparison a ninth melittophilous species that lacks the staminal lever was investigated. In this species the force measurements were conducted on floral structures that were suspected to hinder a flower visitor. The hypotheses, which state that the staminal lever is a tool for pollen portioning and reduces the risk of pollen loss as well as hybridisation due to its ability to perform a repeatable, accurate and species-specific pollen placement on a wide range of diverse pollinators, are confirmed. Investigations with respect to pollen portioning were carried out on 13 sages. The lever mechanism can be released several times in a row, while the pollen sacs leave a dosed pollen portion on a well defined spot on the pollinator‘s body. Pollen placement was investigated for 12 sages. In sympatric sages, lever length and the area of pollen placement are of particular interest. A shared pollinator bears species-specific areas of pollen placement for different sages. The accurate pollen placement ensures an efficient pollination. However, the question of the functionality of the lever mechanism can not be answered with absolute certainty. The lever‘s backswing is not caused by the adaxial lever arm; the adaxial lever arm is too light and too short to be an adequate counterweight to the abaxial lever arm. Therefore, the adaxial lever arm can not pull the abaxial lever arm to return it to its neutral position. But there are indications of a cellular mainspring in the filament. According to the current state of knowledge, this is the most plausible explanation for the lever's backswing, but further histological investigations on the joint of the lever mechanism are necessary to confirm this assumption.

Forensisch relevante SNP-Genotypisierung mittels elektronischer Microarray-Technologie

Die vorliegende Dissertation entstand im Rahmen eines multizentrischen EU-geförderten Projektes, das die Anwendungsmöglichkeiten von Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs) zur Individualisierung von Personen im Kontext der Zuordnung von biologischen Tatortspuren oder auch bei der Identifizierung unbekannter Toter behandelt. Die übergeordnete Zielsetzung des Projektes bestand darin, hochauflösende Genotypisierungsmethoden zu etablieren und zu validieren, die mit hoher Genauigkeit aber geringen Aufwand SNPs im Multiplexformat simultan analysieren können. Zunächst wurden 29 Y-chromosomale und 52 autosomale SNPs unter der Anforderung ausgewählt, dass sie als Multiplex eine möglichst hohe Individualisierungschance aufweisen. Anschließend folgten die Validierungen beider Multiplex-Systeme und der SNaPshot™-Minisequenzierungsmethode in systematischen Studien unter Beteiligung aller Arbeitsgruppen des Projektes. Die validierte Referenzmethode auf der Basis einer Minisequenzierung diente einerseits für die kontrollierte Zusammenarbeit unterschiedlicher Laboratorien und andererseits als Grundlage für die Entwicklung eines Assays zur SNP-Genotypisierung mittels der elektronischen Microarray-Technologie in dieser Arbeit. Der eigenständige Hauptteil dieser Dissertation beschreibt unter Verwendung der zuvor validierten autosomalen SNPs die Neuentwicklung und Validierung eines Hybridisierungsassays für die elektronische Microarray-Plattform der Firma Nanogen Dazu wurden im Vorfeld drei verschiedene Assays etabliert, die sich im Funktionsprinzip auf dem Microarray unterscheiden. Davon wurde leistungsorientiert das Capture down-Assay zur Weiterentwicklung ausgewählt. Nach zahlreichen Optimierungsmaßnahmen hinsichtlich PCR-Produktbehandlung, gerätespezifischer Abläufe und analysespezifischer Oligonukleotiddesigns stand das Capture down-Assay zur simultanen Typisierung von drei Individuen mit je 32 SNPs auf einem Microarray bereit. Anschließend wurde dieses Verfahren anhand von 40 DNA-Proben mit bekannten Genotypen für die 32 SNPs validiert und durch parallele SNaPshot™-Typisierung die Genauigkeit bestimmt. Das Ergebnis beweist nicht nur die Eignung des validierten Analyseassays und der elektronischen Microarray-Technologie für bestimmte Fragestellungen, sondern zeigt auch deren Vorteile in Bezug auf Schnelligkeit, Flexibilität und Effizienz. Die Automatisierung, welche die räumliche Anordnung der zu untersuchenden Fragmente unmittelbar vor der Analyse ermöglicht, reduziert unnötige Arbeitsschritte und damit die Fehlerhäufigkeit und Kontaminationsgefahr bei verbesserter Zeiteffizienz. Mit einer maximal erreichten Genauigkeit von 94% kann die Zuverlässigkeit der in der forensischen Genetik aktuell eingesetzten STR-Systeme jedoch noch nicht erreicht werden. Die Rolle des neuen Verfahrens wird damit nicht in einer Ablösung der etablierten Methoden, sondern in einer Ergänzung zur Lösung spezieller Probleme wie z.B. der Untersuchung stark degradierter DNA-Spuren zu finden sein.

Reaktivität von Dihypersilylhalogenorganylplumbanen

Organylhalogenide RX reagieren formal gemäß einer oxidativen 1,1-Addition mit Dihypersilylplumbylen) PbHyp2 zu Dihypersilyl-halogenorganylplumbanen PbHyp2RX. Diese Umsetzung gelingt mit nahezu allen untersuchten Organylresten, lediglich beispielsweise der Mesitylrest erweist sich als zu sperrig (R = Me, Et, nPr, iPr, tBu, Hx, cHx, Ad, Ph, C6F5, oTo, mTo, pTo, Naph, Anthr).rnrnFür einige Halogenorganyle wird eine analoge Addition auch an das zinnhomologe Dihypersilylstannylen beschrieben.rnrnDie untersuchten Addukte sind thermisch und gegenüber UV-Strahlung, Sauerstoff und Wasser deutlich weniger empfindlich als vergleichbare andere blei- und zinnorganische Verbindungen.rnrnUmfangreiche NMR-Datensätze beschreiben eine markante Hoch-feldverschiebung der Hypersilylprotonen beim Übergang von PbHyp2 hin zu PbHyp2RX, die für Arylreste stärker ausfällt als für Alkylreste.rnrnEin Großteil der Addukte wurde einkristallin erhalten und wird anhand der röntgendiffraktometrisch ermittelten Strukturparameter detailliert charakterisiert. rnrnEs finden sich gegenüber dem idealen Tetraderwinkel auffällig stark aufgeweitete Si Pb Si-Winkel von 130-143°, während die anderen Winkel mehrheitlich unter dem theoretischen Idealwert bleiben (Si Pb X: 94 103°; Si Pb C: 98-112°; C Pb X: 95-103°). Insbesondere größere, weichere Reste und planare Arylplumbane rücken näher an das Halogen heran.rnDie insgesamt recht hohen Blei-Halogen-Abstände nehmen von den Chloriden hin zu den Iodiden zu. Die Iodoplumbane zeigen dabei generell die kleinsten Pb Si und die größten Pb C Abstände. Alkylplumbane weisen längere Pb C Bindungen auf als ansonsten vergleichbare Arylplumbane.rnrnViele der gefundenen Molekülstrukturen zeigen Anzeichen hoher sterischer Spannung in Form von Substituentenverzerrungen. rnrnDie Bildungsgeschwindigkeit der Addukte ist auch bei tiefen Temperaturen hoch. Sie nimmt von X = Cl über Br hin zu I zu und ist für Alkylreste höher als für Aryle. Die Zerfallsgeschwindigkeiten verhalten sich genau entgegengesetzt. Bei den Thermolysen wird regelmäßig Hypersilylhalogenid eliminiert. Dabei entstehen in Abwesenheit koordinierender Solventien Dihypersilyl-diorganylplumbane PbHyp2R2.rnAndere, unbekannte Zerfallskanäle führen zu unerwarteten Produkten, wie dem Iodonium-verbrückten, cyclischen Tetraplumbetan Pb4I(C6F5)Hyp3.rnrnIn Anwesenheit von Lewis-Basen hingegen können sich hetero-leptische Plumbylene bilden, wie am Beispiel eines Bitolyldiylbisplumbylens gezeigt wird. Dieses zeigt auch, dass prinzipiell eine zweifache Addition von Dihalogenorganylen an zwei Äqui-valente Dihypersilylplumbylen möglich ist. Entsprechende Untersuchungen beschäftigen sich ausführlich mit dafür geeigneten und ungeeigneten Organdiylresten.rnrnUnter günstigen reduktiven Bedingungen lassen sich mittels Metal-lierungsreagenz aus den Dihypersilylhalogenorganylplumbanen unter Halogenidentzug Plumbanide erhalten, die in Form getrennter Ionenpaare isolierbar sind. Diese lassen sich in Ana-logie zu den zuvor beschriebenen Plumbanen ebenfalls als Addukt aus Dihypersilylplumbylen und Lithiumorganylen darstellen.rnrnUnter geeigneten speziellen Bedingungen sind neben metallierten auch formal hydridierte Halogenplumbanide zugänglich.rnrnEntsprechend einer geringen Hybridisierung am zentralen Blei-atom, also eines hohen p-AO-Charakters der bindenden Molekülorbitale und s-AO-Charakters des LEP-Orbitals ergeben sich keine trigonal-planaren, sondern Strukturen mit Substituenten-winkeln sogar nahe bei 90°. Die Bindungslängen zum Blei sind deutlich größere als bei den entsprechenden Halogenplumbanen.rnrnEin besonderes Augenmerk der Arbeit liegt auf der Betrachtung von langlebigen und persistenten heteroleptischen Plumbyl-Radikalen, die durch milde Oxidation mittels PbNsi23) aus den Dihypersilylorganylplumbaniden erhalten werden. Während bislang nur homoleptische Vertreter bekannt waren, die aufgrund des sterischen Anspruchs der Substituenten und aufgrund von Hyperkonjugation von axialsymmetrischer nahezu planarer Geometrie sind, findet sich für die heteroleptischen Plumbyle dieser Arbeit eine stärker pyramidale Geometrie. Ausführlich diskutierte EPR-Experimente liefern Spektren, die gut mit Simulationen für die entsprechenden Radikale übereinstimmen.rnrnDie im Zentrum der Betrachtungen dieser Arbeit stehenden Dihypersilylhalogenorganylplumbane stellen somit einen aussichtsreichen und darüber hinaus persistenten und gut zu handhabenden Ausgangspunkt bei der Darstellung neuartiger und interessanter Spezies dar.

DNA-Polymer-Hybride als molekulare Bausteine

Die DNA hat sich durch die herausstechende Eigenschaft zur Selbstorganisation in den Naturwissenschaften zu einem beliebten Werkzeug entwickelt. In dieser Arbeit wurde die Oligonukleotidselbsterkennung zum Aufbau komplexer Multiblockcopolymere genutzt. Dabei dienten komplementäre einzelsträngige Oligonukleotidsequenzen (ssDNA) als adressierbare Verbindungsstücke zwischen synthetischen Blöcken. Als Bausteine wurden asymmetrische Dreiblockcopolymere der Form DNA1-Polymer-DNA2 aus einer flexiblen Polymereinheit (PEO bzw. PPO) die an beiden Enden mit unterschiedlichen Oligonukleotidsequenzen „funktionalisiert“ ist, verwendet. Diese Bausteine konnten durch die Kombination von Festphasensynthese der Oligonukleotide und Blockkopplung dargestellt werden. Die Oligonukleotidsequenzen wurden so gewählt, dass deren Hybridisierung zu einer bei Raumtemperatur stabilen Verbindung führt. Durch die Verwendung dieser Bausteine erhält man ein modulares System, dass sich durch seine hohe Flexibilität auszeichnet. Aus den dargestellten Dreiblockcopolymeren konnten verschiedene alternierende Multiblockcopolymere aufgebaut werden, wobei die Anzahl der Blöcke (von 11 bis 15) und das PEO / PPO- Verhältnis variiert wurden. Derartige Strukturen sind auf der Grundlage chemischer Synthesen unerreichbar. Die Flexibilität dieses modularen Systems konnte gezeigt werden, indem einzelne Blockbausteine zur Strukturaufklärung einfach ausgetauscht oder weggelassen werden konnten. Durch geeignete Wahl der DNA-Sequenzen konnte zusätzlich das Polymerisationsverhalten dieser Bauelemente untersucht werden. Die Integration längerer kettensteifer DNA-Abschnitte in die Multiblockstrukturen erfolgte durch die Verwendung teilkomplementärer Oligonukleotide. Diese bieten den Vorteil, dass bis zu einer Größe von etwa 150 bp sowohl die Länge als auch die Sequenz der Doppelstrangabschnitte und sticky-ends frei variiert werden können. Die biosynthetischen Dreiblockcopolymere dienten hier als Linkermoleküle zwischen den einzelnen dsDNA-Blöcken. Nach diesem Konzept wurde ein Nonamer als Modellsystem eines mehrfach gebrochenen Stäbchens synthetisiert. Außerdem wurden mit Hilfe der Polymerase Kettenreaktion (PCR) semiflexible DNA Abschnitte erzeugt. Durch die Wahl des Synthesewegs konnte sowohl die Länge der semiflexiblen Einheit als auch die Länge und die Sequenz des sticky-ends variiert werden. Anhand dieser Modellverbindungen wurde dann das Hybridisierungsverhalten in Abhängigkeit der Linker- und Segmentlängen untersucht.

Gene expression analysis in ‘Candidatus Phytoplasma mali’-resistant and -susceptible Malus genotypes

Apple proliferation (AP) disease is the most important graft-transmissible and vector-borne disease of apple in Europe. ‘Candidatus Phytoplasma mali’ (Ca. P. mali) is the causal agent of AP. Apple (Malus x domestica) and other Malus species are the only known woody hosts. In European apple orchards, the cultivars are mainly grafted on one rootstock, M. x domestica cv. M9. M9 like all other M. x domestica cultivars is susceptible to ‘Ca. P. mali’. Resistance to AP was found in the wild genotype Malus sieboldii (MS) and in MS-derived hybrids but they were characterised by poor agronomic value. The breeding of a new rootstock carrying the resistant and the agronomic traits was the major aim of a project of which this work is a part. The objective was to shed light into the unknown resistance mechanism. The plant-phytoplasma interaction was studied by analysing differences between the ‘Ca. P. mali’-resistant and -susceptible genotypes related to constitutively expressed genes or to induced genes during infection. The cDNA-Amplified Fragment Length Polymorphism (cDNA-AFLP) technique was employed in both approaches. Differences related to constitutively expressed genes were identified between two ‘Ca. P. mali’-resistant hybrid genotypes (4551 and H0909) and the ‘Ca. P. mali’-susceptible M9. 232 cDNA-AFLP bands present in the two resistant genotypes but absent in the susceptible one were isolated but several different products associated to each band were found. Therefore, two different macroarray hybridisation experiments were performed with the cDNA-AFLP fragments yielding 40 sequences encoding for genes of unknown function or a wide array of functions including plant defence. In the second approach, individuation and analysis of the induced genes was carried out exploiting an in vitro system in which healthy and ‘Ca. P. mali’-infected micropropagated plants were maintained under controlled conditions. Infection trials using in vitro grafting of ‘Ca. P. mali’ showed that the resistance phenotype could be reproduced in this system. In addition, ex vitro plants were generated as an independent control of the genes differentially expressed in the in vitro plants. The cDNA-AFLP analysis in in vitro plants yielded 63 bands characterised by over-expression in the infected state of both the H0909 and MS genotypes. The major part (37 %) of the associated sequences showed homology with products of unknown function. The other genes were involved in plant defence, energy transport/oxidative stress response, protein metabolism and cellular growth. Real-time qPCR analysis was employed to validate the differential expression of the genes individuated in the cDNA-AFLP analysis. Since no internal controls were available for the study of the gene expression in Malus, an analysis on housekeeping genes was performed. The most stably expressed genes were the elongation factor-1 α (EF1) and the eukaryotic translation initiation factor 4-A (eIF4A). Twelve out of 20 genes investigated through qPCR were significantly differentially expressed in at least one genotype either in in vitro plants or in ex vitro plants. Overall, about 20% of the genes confirmed their cDNA-AFLP expression pattern in M. sieboldii or H0909. On the contrary, 30 % of the genes showed down-regulation or were not differentially expressed. For the remaining 50 % of the genes a contrasting behaviour was observed. The qPCR data could be interpreted as follows: the phytoplasma infection unbalance photosynthetic activity and photorespiration down-regulating genes involved in photosynthesis and in the electron transfer chain. As result, and in contrast to M. x domestica genotypes, an up-regulation of genes of the general response against pathogens was found in MS. These genes involved the pathway of H2O2 and the production of secondary metabolites leading to the hypothesis that a response based on the accumulation of H2O2 in MS would be at the base of its resistance. This resembles a phenomenon known as “recovery” where the spontaneous remission of the symptoms is observed in old susceptible plants but occurring in a stochastic way while the resistance in MS is an inducible but stable feature. As additional product of this work three cDNA-AFLP-derived markers were developed which showed independent distribution among the seedlings of two breeding progenies and were associated to a genomic region characteristic of MS. These markers will contribute to the development of molecular markers for the resistance as well as to map the resistance on the Malus genome.

Metopic and sagittal synostosis in Greig cephalopolysyndactyly syndrome: five cases with intragenic mutations or complete deletions of GLI3

Greig cephalopolysyndactyly syndrome (GCPS) is a multiple congenital malformation characterised by limb and craniofacial anomalies, caused by heterozygous mutation or deletion of GLI3. We report four boys and a girl who were presented with trigonocephaly due to metopic synostosis, in association with pre- and post-axial polydactyly and cutaneous syndactyly of hands and feet. Two cases had additional sagittal synostosis. None had a family history of similar features. In all five children, the diagnosis of GCPS was confirmed by molecular analysis of GLI3 (two had intragenic mutations and three had complete gene deletions detected on array comparative genomic hybridisation), thus highlighting the importance of trigonocephaly or overt metopic or sagittal synostosis as a distinct presenting feature of GCPS. These observations confirm and extend a recently proposed association of intragenic GLI3 mutations with metopic synostosis; moreover, the three individuals with complete deletion of GLI3 were previously considered to have Carpenter syndrome, highlighting an important source of diagnostic confusion.

Development of PCR/dot blot assay for specific detection and differentiation of taeniid cestode eggs in canids

We report the development of a colourimetric PCR/dot blot assay targeting the mitochondrial gene NADH dehydrogenase subunit 1 (nad1) for differential diagnosis of taeniid eggs. Partial sequences of the cestode nad1 gene were aligned and new primers were designed based on conserved regions. Species-specific oligonucleotide probes (S-SONP) for canine taeniid cestodes were then designed manually based on the variable region between the conserved primers. Specifically, S-SONP were designed for the Taenia crassiceps, T. hydatigena, T. multiceps, T. ovis, T. taeniaeformis, Echinococcus granulosus (genotype 1), E. multilocularis and E. vogeli. Each probe showed high specificity as no cross-hybridisation with any amplified nad1 fragment was observed. We evaluated the assay using 49 taeniid egg-positive samples collected from dogs in Zambia. DNA from 5 to 10 eggs was extracted in each sample. Using the PCR/dot blot assay, the probes successfully detected PCR products from T. hydatigena in 42 samples, T. multiceps in 3 samples, and both species (mixed infection) in the remaining 4 samples. The results indicate that the PCR/dot blot assay is a reliable alternative for differential diagnosis of taeniid eggs in faecal samples.

Microscopic and Spectroscopic Methods for Probing the Clay Water Interface

Clay minerals have a fundamental importance in many processes in soils and sediments such as the bioavailability of nutrients, water retention, the adsorption of common pollutants, and the formation of an impermeable barrier upon swelling. Many of the properties of clay minerals are due to the unique environment present at the clay mineral/water interface. Traditional techniques such as X-ray diffraction (XRD) and absorption isotherms have provided a wealth of information about this interface but have suffered from limitations. The methods and results presented herein are designed to yield new experimental information about the clay mineral/water interface.A new method of studying the swelling dynamics of clay minerals was developed using in situ atomic force microscopy (AFM). The preliminary results presented here demonstrate that this technique allows one to study individual clay mineral unit layers, explore the natural heterogeneities of samples, and monitor swelling dynamics of clay minerals in real time. Cation exchange experiments were conducted monitoring the swelling change of individual nontronite quasi-crystals as the chemical composition of the surrounding environment was manipulated several times. A proof of concept study has shown that the changes in swelling are from the exchange of interlayer cations and not from the mechanical force of replacing the solution in the fluid cell. A series of attenuated total internal reflection Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) experiments were performed to gain a better understanding of the organization of water within the interlayer region of two Fe-bearing clay minerals. These experiments made use of the Subtractive Kramers-Kronig (SKK) Transform and the calculation of difference spectra to obtain information about interfacial water hidden within the absorption bands of bulk water. The results indicate that the reduction of structural iron disrupts the organization of water around a strongly hydrated cation such as sodium as the cation transitions from an outer-sphere complex with the mineral surface to an inner-sphere complex. In the case of a less strongly hydrated cation such as potassium, reduction of structural iron actually increases the ordering of water molecules at the mineral surface. These effects were only noticed with the reduction of iron in the tetrahedral sheet close to the basal surface where the increased charge density is localized closer to the cations in the interlayer.

Expression of phosphoproteins and amelotin in teeth

The organic material of our teeth consists of collagens and a number of calcium-binding phosphoproteins. Six of these phosphoproteins have recently been grouped in the family of the SIBLINGs (small integrin-binding ligand, N-linked glycoproteins), namely osteopontin, bone sialoprotein, dentin matrix protein (DMP1), dentin sialophosphoprotein (DSPP), matrix extracellular phosphoglycoprotein (MEPE) and enamelin. We prepared a cDNA library from rat incisors in order to identify the genes involved in tooth formation. The library was screened by subtractive hybridization with two probes; one specific for teeth, the other for bone. We found that the vast majority of the clones from our library were expressed at similar levels in bone and teeth, demonstrating the close relationship of the two tissues. Only 7% of all the clones were expressed in a tooth-specific fashion. These included clones for the enamel proteins; amelotin, amelogenin, ameloblastin and enamelin; for the dentin proteins DSPP and DMP1; and for the intermediate filament protein cytokeratin 13. Several typical bone proteins, including collagen I, osteocalcin, alkaline phosphatase and FATSO, were also expressed at significantly higher levels in teeth than in bone, probably due to the extreme growth rate of rat incisors. The amino acid sequence of rat amelotin showed 62% identity with the sequence from humans. It was expressed considerably later than the other enamel proteins, suggesting that amelotin may serve a function different from those of amelogenin, ameloblastin and enamelin.

Compartmentalised expression of meprin in small intestinal mucosa: enhanced expression in lamina propria in coeliac disease

Epithelial cells in the human small intestine express meprin, an astacin-like metalloprotease, which accumulates normally at the brush border membrane and in the gut lumen. Therefore, meprin is targeted towards luminal components. In coeliac disease patients, peptides from ingested cereals trigger mucosal inflammation in the small intestine, disrupting epithelial cell differentiation and function. Using in situ hybridisation on duodenal tissue sections, we observed a marked shift of meprin mRNA expression from epithelial cells, the predominant expression site in normal mucosa, to lamina propria leukocytes in coeliac disease. Meprin thereby gains access to the substrate repertoire present beneath the epithelium.

The prognostic significance of cytogenetic aberrations in childhood acute myeloid leukaemia. A study of the Swiss Paediatric Oncology Group (SPOG)

In childhood-onset acute myeloid leukaemia (AML) the clinical value of karyotypic aberrations is now acknowledged, although there is still debate concerning the prognostic significance of some events. To add to this knowledge, cytogenetic analysis was performed on a consecutive series of 84 childhood AML patients diagnosed in Switzerland. A result was obtained for all patients, with 69 (82%) showing a clonal karyotypic aberration. In the remaining 15 (18%), no karyotypic aberration was seen by either conventional or fluorescence in situ hybridisation analyses. The most frequent aberrations observed were t(11q23) (19% of all patients), t(8;21) (12%) and +8 (11%). Except for cytogenetics, no clinical parameter was shown to be significantly associated with outcome. The analysis of individual cytogenetic subgroups demonstrated that aberrations involving chromosome 16q were the strongest predictor of a good prognosis, while +8 and complex karyotypes represented the strongest predictors of a poor prognosis. It was also noteworthy that patients with the rare aberrations of del(11q) (n = 4) and t(16;21)(p11;q22) (n = 3) had a poor outcome. The results support the importance of cytogenetic analysis in childhood AML, but show that further work is required in the classification of the poor prognosis aberrations.

Virulence typing of Escherichia coli using microarrays

We describe a microarray based broad-range screening technique for Escherichia coli virulence typing. Gene probes were amplified by PCR from a plasmid bank of characterised E. coli virulence genes and were spotted onto a glass slide to form an array of capture probes. Genomic DNA from E. coli strains which were to be tested for the presence of these virulence gene sequences was labelled with fluorescent cyanine dyes by random amplification and then hybridised against the array of probes. The hybridisation, washing and data analysis conditions were optimised for glass slides, and the applicability of the method for identifying the presence of the virulence genes was determined using reference strains and clinical isolates. It was found to be a sensitive screening method for detecting virulence genes, and a powerful tool for determining the pathotype of E. coli. It will be possible to expand and automate this microarray technique to make it suitable for rapid and reliable diagnostic screening of bacterial isolates.

Analysis of differential gene expression in nontumorigenic glioblastoma multiforme

Loss of chromosome 10 represents the most common cytogenetic abnormality in high grade gliomas (glioblastoma multiforme). To identify genes involved in the malignant progression of human gliomas, a subtractive hybridization was performed between a tumorigenic glioblastoma cell line (LG11) and a nontumorgenic hybrid cell (LG11.3) containing an introduced chromosome 10. LG11 mRNA was subtracted from LG11.3 cDNA to produce cDNA probes enriched for sequences whose expression differs quantitatively from the parental tumorigenic cells. Both known and novel sequences were identified as a result of the subtraction. Northern blot analysis was then used to confirm differential expression of several subtracted clones. One novel clone, clone 17, identified a 2.6 kb message that showed a consistent two to four fold increase in expression in the LG11.3 nontumorigenic cells. Clone 17 (340 bp) was used successfully to screen for a near full-length version, RIG (regulated in glioma), which was 2,569 bp in size. The RIG cDNA sequence showed homology to clone 17 and to an anonymous EST (IB666), but to no previously identified genes. This screening effort also identified several independent clones representing novel sequences, most of which failed to show increased expression in the nontumorigenic GBM cells. Tissue distribution studies of RIG indicated highest levels of expression in human brain with appreciably lower levels in heart and lung. In vitro transcription and translation experiments demonstrated the ability of RIG to direct the synthesis of a 13 kD protein product. However, open reading frame analysis revealed no identify with previously described motifs or any known proteins. Using a combination of somatic cell hybrid panels and in situ hybridization, the RIG gene was mapped to chromosome 11p14-11p15. Further study of RIG and related gene products may provide insight into the negative regulation of glial oncogenesis. ^