Variability in ribosomal DNA genic and spacer regions in Verticillium dahliae isolates from different hosts

Using PCR-based assays with specific primers for amplification of the ribosomal DNA intergenic spacer region (IGS) and a portion of the mitochondrial DNA small subunit ribosomal RNA gene (mtDNA SSU rRNA), the genetic variability among Verticillium dahliae isolates from olive (Olea europaea) and other host species from Argentina and Brazil was estimated. The derived UPGMA-generated phenograms based upon the restriction fingerprinting data of rDNA IGS products revealed genetic differences, correlating with the host of origin. Isolates infecting olive genetically distinct from those from cocoa (Theobroma cacao) and sunflower (Helianthus annuus). Digestion of mitochondrial DNA SSU rRNA PCR products revealed less variability, distinguishing only one isolate from sunflower. Ribosomal DNA ITS restriction patterns were identical for all isolates of V. dahliae, irrespective of host of origin. These preliminary results may have relevance for Verticillium wilt control practices, possibly reflecting a different evolutionary origin, or reproductive isolation of the pathogen in olive, distinct from populations of other hosts.

Mitochondrial disease in Southwestern Finland. Population-based molecular genetic and clinical studies

Mitochondria are present in all eukaryotic cells. They enable these cells utilize oxygen in the production of adenosine triphosphate in the oxidative phosphorylation system, the mitochondrial respiratory chain. The concept ‘mitochondrial disease’ conventionally refers to disorders of the respiratory chain that lead to oxidative phosphorylation defect. Mitochondrial disease in humans can present at any age, and practically in any organ system. Mitochondrial disease can be inherited in maternal, autosomal dominant, autosomal recessive, or X-chromosomal fashion. One of the most common molecular etiologies of mitochondrial disease in population is the m.3243A>G mutation in the MT-TL1 gene, encoding mitochondrial tRNALeu(UUR). Clinical evaluation of patients with m.3243A>G has revealed various typical clinical features, such as stroke-like episodes, diabetes mellitus and sensorineural hearing loss. The prevalence and clinical characteristics of mitochondrial disease in population are not well known. This thesis consists of a series of studies, in which the prevalence and characteristics of mitochondrial disease in the adult population of Southwestern Finland were assessed. Mitochondrial haplogroup Uk was associated with increased risk of occipital ischemic stroke among young women. Large-scale mitochondrial DNA deletions and mutations of the POLG1 gene were the most common molecular etiologies of progressive external ophthalmoplegia. Around 1% of diabetes mellitus emerging between the ages 18 – 45 years was associated with the m.3243A>G mutation. Moreover, among these young diabetic patients, mitochondrial haplogroup U was associated with maternal family history of diabetes. These studies demonstrate the usefulness of carefully planned molecular epidemiological investigations in the study of mitochondrial disorders.

Prevalence of the A1555G (12S rRNA) and tRNA Ser(UCN) mitochondrial mutations in hearing-impaired Brazilian patients

Mitochondrial mutations are responsible for at least 1% of the cases of hereditary deafness, but the contribution of each mutation has not yet been defined in African-derived or native American genetic backgrounds. A total of 203 unselected hearing-impaired patients were screened for the presence of the mitochondrial mutation A1555G in the 12S rRNA gene and mutations in the tRNA Ser(UCN) gene in order to assess their frequency in the ethnically admixed Brazilian population. We found four individuals with A1555G mutation (2%), which is a frequency similar to those reported for European-derived populations in unselected samples. On the other hand, complete sequencing of the tRNA Ser(UCN) did not reveal reported pathogenic substitutions, namely A7445G, 7472insC, T7510C, or T7511C. Instead, other rare substitutions were found such as T1291C, A7569G, and G7444A. To evaluate the significance of these findings, 110 "European-Brazilians" and 190 "African-Brazilians" unrelated hearing controls were screened. The T1291C, A7569G and G7444A substitutions were each found in about 1% (2/190) of individuals of African ancestry, suggesting that they are probably polymorphic. Our results indicate that screening for the A1555G mutation is recommended among all Brazilian deaf patients, while testing for mutations in the tRNA Ser(UCN) gene should be considered only when other frequent deafness-causing mutations have been excluded or in the presence of a maternal transmission pattern.

DNA tests probe the genomic ancestry of Brazilians

We review studies from our laboratories using different molecular tools to characterize the ancestry of Brazilians in reference to their Amerindian, European and African roots. Initially we used uniparental DNA markers to investigate the contribution of distinct Y chromosome and mitochondrial DNA lineages to present-day populations. High levels of genetic admixture and strong directional mating between European males and Amerindian and African females were unraveled. We next analyzed different types of biparental autosomal polymorphisms. Especially useful was a set of 40 insertion-deletion polymorphisms (indels) that when studied worldwide proved exquisitely sensitive in discriminating between Amerindians, Europeans and Sub-Saharan Africans. When applied to the study of Brazilians these markers confirmed extensive genomic admixture, but also demonstrated a strong imprint of the massive European immigration wave in the 19th and 20th centuries. The high individual ancestral variability observed suggests that each Brazilian has a singular proportion of Amerindian, European and African ancestries in his mosaic genome. In Brazil, one cannot predict the color of persons from their genomic ancestry nor the opposite. Brazilians should be assessed on a personal basis, as 190 million human beings, and not as members of color groups.

Mitochondrial control region haplotypes of the South American sea lion Otaria flavescens (Shaw, 1800)

The South American sea lion, Otaria flavescens, is widely distributed along the Pacific and Atlantic coasts of South America. However, along the Brazilian coast, there are only two nonbreeding sites for the species (Refúgio de Vida Silvestre da Ilha dos Lobos and Refúgio de Vida Silvestre do Molhe Leste da Barra do Rio Grande), both in Southern Brazil. In this region, the species is continuously under the effect of anthropic activities, mainly those related to environmental contamination with organic and inorganic chemicals and fishery interactions. This paper reports, for the first time, the genetic diversity of O. flavescens found along the Southern Brazilian coast. A 287-bp fragment of the mitochondrial DNA control region (D-loop) was analyzed. Seven novel haplotypes were found in 56 individuals (OFA1-OFA7), with OFA1 being the most frequent (47.54%). Nucleotide diversity was moderate (π = 0.62%) and haplotype diversity was relatively low (67%). Furthermore, the median joining network analysis indicated that Brazilian haplotypes formed a reciprocal monophyletic clade when compared to the haplotypes from the Peruvian population on the Pacific coast. These two populations do not share haplotypes and may have become isolated some time back. Further genetic studies covering the entire species distribution are necessary to better understand the biological implications of the results reported here for the management and conservation of South American sea lions.

Mitochondrial inheritance in ustilago violacea

The anther smut fungus U stilago violacea has been developed as an important model organIsm for genetic, morphological and physiological studies. Valuable information on the nuclear genetics on U stilago violacea has been obtained in the last 20-25 years. However, in this organism almost nothing is known about mitochondria which make up an important aspect of the fungal genetic system. One fundamental aspect, mitochondrial inheritance, was addressed by this investigation. Mitochondrial DNA (mtDNA) of U. violacea was purified and restriction fragments cloned. MtDNA restriction fragment length polymorphisms (RFLPs) were identified among different isolates and were used as genetic markers for studying mitochondrial inheritance in crosses between polymorphic isolates. Matings of the yeast-like haploid cells of opposite mating types resulted in dikaryons containing mitochondria from both parents. The dikaryons were induced to form hyphae and then allowed to revert to haploid growth, resulting 1ll a colony that is bisectored for the two nuclear types. Both nuclear-type progeny of each cross were examined for parental mitochondrial type: Either mitochondrial type was observed 1ll the progeny. Thus, mitochondrial inheritance is biparental in this organism. The recovery of both mitochondrial types in the progeny was non-random. In progeny with the nuclear genotype of the al mating type parent mitochondria from both parents were inherited equally well. However, 1ll progeny with the a2 mating type, mitochondria were inherited almost exclusively (94%) from the a2 parent.

Investigating the role of apoptosis regulator EndoG on exogenous DNA uptake, stability, replication and recombination

Endonuclease G (EndoG) is a well conserved mitochondrial nuclease with dual lethal and vital roles in the cell. It non-specifically cleaves endogenous DNA following apoptosis induction, but is also active in non-apoptotic cells for mitochondrial DNA (mtDNA) replication and may also be important for replication, repair and recombination of genomic DNA. The aim of our study was to examine whether EndoG exerts similar activities on exogenous DNA substrates such as plasmid DNA (pDNA) and viral DNA vectors, considering their importance in gene therapy applications. The effects of EndoG knockdown on pDNA stability and levels of encoded reporter gene expression were evaluated in the cervical carcinoma HeLa cells. Transfection of pDNA vectors encoding short-hairpin RNAs (shRNAs) reduced levels of EndoG mRNA and nuclease activity in HeLa cells. In physiological circumstances, EndoG knockdown did not have an effect on the stability of pDNA or the levels of encoded transgene expression as measured over a four day time-course. However, when endogenous expression of EndoG was induced by an extrinsic stimulus (a cationic liposome transfection reagent), targeting of EndoG by shRNA improved the perceived stability and transgene expression of pDNA vectors. Therefore, EndoG is not a mediator of exogenous DNA clearance, but in non-physiological circumstances it may non-specifically cleave intracellular DNA regardless of its origin. To investigate possible effects of EndoG on viral DNA vectors, we constructed and evaluated AdsiEndoG, a first generation adenovirus (Ad5 ΔE1) vector encoding a shRNA directed against EndoG mRNA, along with appropriate Ad5 ΔE1 controls. Infection of HeLa cells with AdsiEndoG at a multiplicity of infection (MOI) of 10 p.f.u./cell resulted in an early cell proliferation defect, absent from cells infected at equivalent MOI with control Ad5 ΔE1 vectors. Replication of Ad5 ΔE1 DNA was detected for all vectors, but AdsiEndoG DNA accumulated to levels that were 50 fold higher than initially, four days after infection, compared to 14 fold for the next highest control Ad5 ΔE1 vector. Deregulation of the cell cycle by EndoG depletion, which is characterized by an accumulation of cells in the G2/M transition, is the most likely reason for the observed cell proliferation defect. The enhanced replication of AdsiEndoG is consistent with this conclusion, as Ad5 ΔE1 DNA replication is intimately related to cell cycling and prolongation or delay in G2/M greatly enhances this process. Furthermore, infection of HeLa with AdsiEndoG at MOI of 50 p.f.u./cell resulted in an almost complete disappearance of viable, adherent tumour cells from culture, whereas almost a third of the cells were still adherent after infection with control Ad5 ΔE1 vectors, relative to the non-infected control. Therefore, targeting of EndoG by RNAi is a viable strategy for improving the oncolytic properties of first generation adenovirus vectors. In addition, AdsiEndoG-mediated knockdown of EndoG reduced homologous recombination between pDNA substrates in HeLa cells. The effect was modest but, nevertheless demonstrated that the proposed role of EndoG in homologous recombination of cellular DNA also extends to exogenous DNA substrates.

Heteroplasmy in mammal mitochondrial deoxyribonucleic acid

La nature a développé diverses stratégies afin d’assurer le commencement de la vie dans des conditions d’homoplasmie, c’est-à-dire des conditions telles que les cellules sont dotées du même ADN mitochondrial. Toutefois, des nouveaux haplotypes de l’acide désoxyribonucléique mitochondrial (ADNmt) peuvent apparaitre et croître de plusieurs façons tout au long de la durée d’une vie menant à l’hétéroplasmie. Par exemple, l’hétéroplasmie de l’ADNmt peut être créée artificiellement par des technologies reproductives assistées, ainsi que naturellement par le processus de vieillissement. De ce fait, la thèse de ce doctorat fut divisée en deux principaux objectifs. Le premier étant celui d’analyser les changements survenus dans l’hétéroplasmie de l’ADNmt produit par le transfert nucléaire des cellules somatiques (SCNT) lors du développement de l’embryon jusqu’au fœtus et aux tissus adultes de bovins clonés. En ce qui concerne le second objectif, il s’agit d’analyser les changements survenus dans l’hétéroplasmie de l’ADNmt causés par le vieillissement dans une cellule somatique adulte et dans des tissus germinaux durant l’ovogénèse, ainsi qu’au début de l’embryogenèse et dans la procédure de culture in vitro sur des souris. Dans la première série d’expériences sur des bovins, des fibroblastes fœtaux transportant une mutation d’ADNmt (insertion de 66 pb) furent fusionnés avec des ovocytes receveurs transportant l’ADNmt du type sauvage. La présence d’ADNmt venant de la cellule donneuse a été analysée à différents stades de développement, soit sur des embryons âgés de 17 jours (n=17), des fœtus âgés de 40 jours (n=3), des fœtus âgés de 60 jours (n=3), un fœtus âgé de 240 jours et 3 clones post-nataux âgés de 18 à 24 mois. Chaque individu s’est avéré être hétéroplasmique et 99 % (103/104) des échantillons de tissus analysés étaient également hétéroplasmiques. Cependant, l’ovaire venant du fœtus de 240 jours fut le seul à être homoplasmique pour l’ADNmt de l’ovocyte receveur. Dans la plupart des échantillons analysés (95,2 %, soit 99/104) la moyenne d’hétéroplasmie était de 1,46 %. Par contre, un fœtus âgé de 40 jours a présenté un niveau élevé d’hétéroplasmie (20,9 %), indiquant ainsi que des évènements rares d’augmentation de l’ADNmt des cellules donneuses peuvent survenir. Étant donné que la majorité des clones SCNT montrait de l’hétéroplasmie de l’ADNmt à des proportions comparables à celles des cellules donneuses au moment de la reconstruction de l’embryon, on a pu conclure que l’hétéroplasmie produite par des techniques de transfert nucléaire utilisant des cellules somatiques est due à une ségrégation neutre de l’ADNmt. Dans la seconde série d’expériences sur des souris, des femelles de différents âges, c.à.d. jeunes (0 – 8 mois), moyennes (8 – 16 mois) et vieilles (16 – 24 mois), ont été synchronisées (gonadotrophines) et sacrifiées dans le but d’obtenir des ovocytes au stade de vésicule germinal, et des ovocytes au stade métaphase-II produits in vivo et in vitro. De plus, des embryons in vivo et in vitro au stade de deux-cellules et des embryons au stade de blastocystes ont été obtenus de femelles jeunes. Différents tissus somatiques, venant de femelles des trois stades d’âge ont été obtenus : cerveau, foie, muscle et du cumulus ovocytaire. De plus, l’effet du vieillissement a été mesuré selon la fertilité de la femelle. En effet, les effets sur l’hétéroplasmie du vieillissement, du stade de développement et de la culture in vitro ont été mesurés dans des ovocytes et dans des embryons. Les effets du vieillissement sur les mitochondries ont été mesurés par rapport au nombre total de copies de l’ADNmt, au pourcentage des délétions communes et sur l’expression de trois gènes : Ndufs4, Mt-nd2 and Mt-nd4. Il a été possible d’observer que la fertilité des femelles dans la colonie de souris diminuait avec l’âge. En fait, le vieillissement affectait l’ADNmt dans les tissus somatiques, cependant il n’avait pas d’effet sur le cumulus, les ovocytes et les embryons. Le nombre de délétions de l’ADNmt augmentait pendant la reprise de la méiose et celui-ci diminuait au début du développement embryonnaire. La culture in vitro n’affectait pas la quantité d’ADNmt dans la plupart des tissus germinaux. Puisque nous n’avons pas trouvé d’effet de l’âge dans la majorité des paramètres mitochondriaux analysés dans les ovocytes et les embryons, il est suggéré que la délétion commune de l’ADNmt dans les tissus germinaux est davantage reliée au statut cellulaire de la production d’énergie qu’au processus de vieillissement. Deux sources différentes de mutations de l’ADNmt produites dans les ovocytes normaux ou reconstitués ont produit différents résultats d’hétéroplasmie au début de l’embryogénèse. Chez les bovins, l’hétéroplasmie artificielle impliquant une petite insertion (66 pb) dans la région non codante (D-loop) de l’ADNmt a été vraisemblablement non nocive pour l’embryon, tolérant la persistance de l’ADNmt étranger pendant les différents stades du développement des clones. Chez les souris, l’hétéroplasmie naturelle produite par une grande délétion (4974 pb délétion commune) dans la région codante de l’ADNmt a été vraisemblablement nocive pour l’embryon et par conséquent éliminée pour assurer l’homoplasmie au début du développement embryonnaire.

Comparative mitochondrial genomics toward understanding genetics and evolution of arbuscular mycorrhizal fungi

Les champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA) sont très répandus dans le sol où ils forment des associations symbiotiques avec la majorité des plantes appelées mycorhizes arbusculaires. Le développement des CMA dépend fortement de la plante hôte, de telle sorte qu'ils ne peuvent vivre à l'état saprotrophique, par conséquent ils sont considérés comme des biotrophes obligatoires. Les CMA forment une lignée évolutive basale des champignons et ils appartiennent au phylum Glomeromycota. Leurs mycélia sont formés d’un réseau d’hyphes cénocytiques dans lesquelles les noyaux et les organites cellulaires peuvent se déplacer librement d’un compartiment à l’autre. Les CMA permettent à la plante hôte de bénéficier d'une meilleure nutrition minérale, grâce au réseau d'hyphes extraradiculaires, qui s'étend au-delà de la zone du sol explorée par les racines. Ces hyphes possèdent une grande capacité d'absorption d’éléments nutritifs qui vont être transportés par ceux-ci jusqu’aux racines. De ce fait, les CMA améliorent la croissance des plantes tout en les protégeant des stresses biotiques et abiotiques. Malgré l’importance des CMA, leurs génétique et évolution demeurent peu connues. Leurs études sont ardues à cause de leur mode de vie qui empêche leur culture en absence des plantes hôtes. En plus leur diversité génétique intra-isolat des génomes nucléaires, complique d’avantage ces études, en particulier le développement des marqueurs moléculaires pour des études biologiques, écologiques ainsi que les fonctions des CMA. C’est pour ces raisons que les génomes mitochondriaux offrent des opportunités et alternatives intéressantes pour étudier les CMA. En effet, les génomes mitochondriaux (mt) publiés à date, ne montrent pas de polymorphismes génétique intra-isolats. Cependant, des exceptions peuvent exister. Pour aller de l’avant avec la génomique mitochondriale, nous avons besoin de générer beaucoup de données de séquençages de l’ADN mitochondrial (ADNmt) afin d’étudier les méchanismes évolutifs, la génétique des population, l’écologie des communautés et la fonction des CMA. Dans ce contexte, l’objectif de mon projet de doctorat consiste à: 1) étudier l’évolution des génomes mt en utilisant l’approche de la génomique comparative au niveau des espèces proches, des isolats ainsi que des espèces phylogénétiquement éloignées chez les CMA; 2) étudier l’hérédité génétique des génomes mt au sein des isolats de l’espèce modèle Rhizophagus irregularis par le biais des anastomoses ; 3) étudier l’organisation des ADNmt et les gènes mt pour le développement des marqueurs moléculaires pour des études phylogénétiques. Nous avons utilisé l’approche dite ‘whole genome shotgun’ en pyroséquençage 454 et Illumina HiSeq pour séquencer plusieurs taxons de CMA sélectionnés selon leur importance et leur disponibilité. Les assemblages de novo, le séquençage conventionnel Sanger, l’annotation et la génomique comparative ont été réalisés pour caractériser des ADNmt complets. Nous avons découvert plusieurs mécanismes évolutifs intéressant chez l’espèce Gigaspora rosea dans laquelle le génome mt est complètement remanié en comparaison avec Rhizophagus irregularis isolat DAOM 197198. En plus nous avons mis en évidence que deux gènes cox1 et rns sont fragmentés en deux morceaux. Nous avons démontré que les ARN transcrits les deux fragments de cox1 se relient entre eux par épissage en trans ‘Trans-splicing’ à l’aide de l’ARN du gene nad5 I3 qui met ensemble les deux ARN cox1.1 et cox1.2 en formant un ARN complet et fonctionnel. Nous avons aussi trouvé une organisation de l’ADNmt très particulière chez l’espèce Rhizophagus sp. Isolat DAOM 213198 dont le génome mt est constitué par deux chromosomes circulaires. En plus nous avons trouvé une quantité considérable des séquences apparentées aux plasmides ‘plasmid-related sequences’ chez les Glomeraceae par rapport aux Gigasporaceae, contribuant ainsi à une évolution rapide des ADNmt chez les Glomeromycota. Nous avons aussi séquencé plusieurs isolats de l’espèces R. irregularis et Rhizophagus sp. pour décortiquer leur position phylogénéque et inférer des relations évolutives entre celles-ci. La comparaison génomique mt nous montré l’existence de plusieurs éléments mobiles comme : des cadres de lecture ‘open reading frames (mORFs)’, des séquences courtes inversées ‘short inverted repeats (SIRs)’, et des séquences apparentées aux plasimdes ‘plasmid-related sequences (dpo)’ qui impactent l’ordre des gènes mt et permettent le remaniement chromosomiques des ADNmt. Tous ces divers mécanismes évolutifs observés au niveau des isolats, nous permettent de développer des marqueurs moléculaires spécifiques à chaque isolat ou espèce de CMA. Les données générées dans mon projet de doctorat ont permis d’avancer les connaissances fondamentales des génomes mitochondriaux non seulement chez les Glomeromycètes, mais aussi de chez le règne des Fungi et les eucaryotes en général. Les trousses moléculaires développées dans ce projet peuvent servir à des études de la génétique des populations, des échanges génétiques et l’écologie des CMA ce qui va contribuer à la compréhension du rôle primorial des CMA en agriculture et environnement.

Variabilitat genètica i estructura poblacional en tres espècies de la família Scombridae, Sarda sarda, Thunnus alalunga i Thunnus thynnus, basada en la regió control del DNA mitocondrial

Aquest treball es centra en el coneixement de l'estructura poblacional de tres espècies piscícoles de la família Scombridae, el bonítol (Sarda sarda), la bacora (Thunnus alalunga) i la tonyina (Thunnus thynnus) en la seva distribució de l'atlàntic i el mediterrani.

Filogeografia de la truita comuna (Salmo trutta) basada en la diversitat molecular del DNA mitocondrial

Les anàlisis realitzades en cent deu poblacions de truita comuna (Salmo trutta) que abarquen el seu rang natural de distribució indiquen que el patró filogenètic es relaciona amb les tres grans vessants on es troba distribuïda l'espècie: ponto-càspia, atlàntica i mediterrània. Aquesta diferenciació estaria associada a l'aïllament de les vessants durant el Quaternari. L'origen de l'espècie es relaciona amb la vessant ponto-càspia, d'acord amb els models biogeogràfics que postulen l'origen asiàtic de la ictiofauna europea. S'ha detectat també un segon nivell de divergència dins de cada vessant que dóna com a resultat l'existència de sis llinatges evolutius: Atlàntic i Duero a la vessant atlàntica, els llinatges Adriàtic, Mediterrani i Marmoratus als rius mediterranis, i el llinatge Danubi a la zona ponto-càspia. Les glaciacions del Pleistocè han modificat profundament el rang de distribució de la truita comuna, especialment a la vessant atlàntica, on s'han proposat quatre grans refugis glacials: a l'est de la capa de gel, a Europa central, a l'entorn del canal de la Mànega i a l'entorn del golf de Biscaia; tot i que només els tres primers haurien participat en la recolonització del nord d'Europa al final de l'última glaciació. El quart refugi, que inclou el sud de França i el Cantàbric hauria estat l'origen de l'expansió cap al sud durant el Pleistocè Superior d'un grup de poblacions distribuïdes actualment a la vessant atlàntica ibèrica, i també hauria servit de base per a l'expansió cap al nord d'altres grups de truita durant interglacials anteriors. A la vessant atlàntica de la peninsula Ibèrica, l'estructura poblacional es troba associada a la xarxa hidrogràfica i es determinen fins a cinc unitats poblacionals: les truites dels rius Cantàbrics, les del Miño, les del Duero, les del Tajo i les del Guadalquivir. Les poblacions del Guadalquivir pertanyerien a un grup d'influència mediterrània. Els marcadors d'al·lozims i de DNA mitocondrial es troben fortament correlacionats en aquesta vessant, on apunten cap als mateixos grups de poblacions. Per contra, els rius de la vessant mediterrània haurien estat colonitzats pels llinatges Adriàtic i Mediterrani i s'hauria produït una intensa intergradació secundària entre aquests llinatges durant els períodes glacials a partir de l'expansió de les poblacions retingudes a les capçaleres durant els interglacials. Els grups de hibridació, l'aïllament i la deriva en el període interglacial fa que els grups de poblacions identificats pels marcadors d'al·lozims i de DNA mitocondrial no coincideixin.

Land plants and DNA barcodes: short-term and long-term goals

Land plants have had the reputation of being problematic for DNA barcoding for two general reasons: (i) the standard DNA regions used in algae, animals and fungi have exceedingly low levels of variability and (ii) the typically used land plant plastid phylogenetic markers (e.g. rbcL, trnL-F, etc.) appear to have too little variation. However, no one has assessed how well current phylogenetic resources might work in the context of identification (versus phylogeny reconstruction). In this paper, we make such an assessment, particularly with two of the markers commonly sequenced in land plant phylogenetic studies, plastid rbcL and internal transcribed spacers of the large subunits of nuclear ribosomal DNA (ITS), and find that both of these DNA regions perform well even though the data currently available in GenBank/EBI were not produced to be used as barcodes and BLAST searches are not an ideal tool for this purpose. These results bode well for the use of even more variable regions of plastid DNA (such as, for example, psbA-trnH) as barcodes, once they have been widely sequenced. In the short term, efforts to bring land plant barcoding up to the standards being used now in other organisms should make swift progress. There are two categories of DNA barcode users, scientists in fields other than taxonomy and taxonomists. For the former, the use of mitochondrial and plastid DNA, the two most easily assessed genomes, is at least in the short term a useful tool that permits them to get on with their studies, which depend on knowing roughly which species or species groups they are dealing with, but these same DNA regions have important drawbacks for use in taxonomic studies (i.e. studies designed to elucidate species limits). For these purposes, DNA markers from uniparentally (usually maternally) inherited genomes can only provide half of the story required to improve taxonomic standards being used in DNA barcoding. In the long term, we will need to develop more sophisticated barcoding tools, which would be multiple, low-copy nuclear markers with sufficient genetic variability and PCR-reliability; these would permit the detection of hybrids and permit researchers to identify the 'genetic gaps' that are useful in assessing species limits.

Detection of transgenic and endogenous plant DNA fragments in the blood, tissues, and digesta of broilers

The aim was to determine the fate of transgenic and endogenous plant DNA fragments in the blood, tissues, and digesta of broilers. Male broiler chicks (n = 24) were allocated at 1 day old to each of four treatment diets designated T1-T4. T1 and T2 contained the near isogenic nongenetically modified (GM) maize grain, whereas T3 and T4 contained GM maize grain [cry1a(b) gene]; T1 and T3 also contained the near isogenic non-GM soybean meal, whereas T2 and T4 contained GM soybean meal (cp4epsps gene). Four days prior to slaughter at 39-42 days old, 50% of the broilers on T2-T4 had the source(s) of GM ingredients replaced by their non-GM counterparts. Detection of specific DNA sequences in feed, tissue, and digesta samples was completed by polymerase chain reaction analysis. Seven primer pairs were used to amplify fragments (similar to 200 bp) from single copy genes (maize high mobility protein, soya lectin, and transgenes in the GM feeds) and multicopy genes (poultry mitochondrial cytochrome b, maize, and soya rubisco). There was no effect of treatment on the measured growth performance parameters. Except for a single detection of lectin (nontransgenic single copy gene; unsubstantiated) in the extracted DNA from one bursa tissue sample, there was no positive detection of any endogenous or transgenic single copy genes in either blood or tissue DNA samples. However, the multicopy rubisco gene was detected in a proportion of samples from all tissue types (23% of total across all tissues studied) and in low numbers in blood. Feed-derived DNA was found to survive complete degradation up to the large intestine. Transgenic DNA was detected in gizzard digesta but not in intestinal digesta 96 h after the last feeding of treatment diets containing a source of GM maize and/or soybean meal.

Detection of transgenic DNA and protein, in rumen fluid, duodenal digesta, milk, blood and faeces of lactating dairy cows

The objective was to determine the presence or absence of transgenic and endogenous plant DNA in ruminal fluid, duodenal digesta, milk, blood, and feces, and if found, to determine fragment size. Six multiparous lactating Holstein cows fitted with ruminal and duodenal cannulas received a total mixed ration. There were two treatments (T). In T1, the concentrate contained genetically modified (GM) soybean meal (cp4epsps gene) and GM corn grain (cry1a[b] gene), whereas T2 contained the near isogenic non-GM counterparts. Polymerase chain reaction analysis was used to determine the presence or absence of DNA sequences. Primers were selected to amplify small fragments from single-copy genes (soy lectin and corn high-mobility protein and cp4epsps and cry1a[b] genes from the GM crops) and multicopy genes (bovine mitochondrial cytochrome b and rubisco). Single-copy genes were only detected in the solid phase of rumen and duodenal digesta. In contrast, fragments of the rubisco gene were detected in the majority of samples analyzed in both the liquid and solid phases of ruminal and duodenal digesta, milk, and feces, but rarely in blood. The size of the rubisco gene fragments detected decreased from 1176 bp in ruminal and duodenal digesta to 351 bp in fecal samples.

Detection of transgenic and endogenous plant DNA in rumen fluid, duodenal digesta, milk, blood, and feces of lactating dairy cows

The objective was to determine the presence or absence of transgenic and endogenous plant DNA in ruminal fluid, duodenal digesta, milk, blood, and feces, and if found, to determine fragment size. Six multiparous lactating Holstein cows fitted with ruminal and duodenal cannulas received a total mixed ration. There were two treatments (T). In T1, the concentrate contained genetically modified (GM) soybean meal (cp4epsps gene) and GM corn grain (cry1a[b] gene), whereas T2 contained the near isogenic non-GM counterparts. Polymerase chain reaction analysis was used to determine the presence or absence of DNA sequences. Primers were selected to amplify small fragments from single-copy genes (soy lectin and corn high-mobility protein and cp4epsps and cry1a[b] genes from the GM crops) and multicopy genes (bovine mitochondrial cytochrome b and rubisco). Single-copy genes were only detected in the solid phase of rumen and duodenal digesta. In contrast, fragments of the rubisco gene were detected in the majority of samples analyzed in both the liquid and solid phases of ruminal and duodenal digesta, milk, and feces, but rarely in blood. The size of the rubisco gene fragments detected decreased from 1176 bp in ruminal and duodenal digesta to 351 bp in fecal samples.