Genome-wide transcriptional responses to shade: Linking shade avoidance and auxin

Plants have the ability to use the composition of incident light as a cue to adapt development and growth to their environment. Arabidopsis thaliana as well as many crops are best adapted to sunny habitats. When subjected to shade, these plants exhibit a variety of physiological responses collectively called shade avoidance syndrome (SAS). It includes increased growth of hypocotyl and petioles, decreased growth rate of cotyledons and reduced branching and crop yield. These responses are mainly mediated by phytochrome photoreceptors, which exist either in an active, far-red light (FR) absorbing or an inactive, red light (R) absorbing isoform. In direct sunlight, the R to FR light (R/FR) ratio is high and converts the phytochromes into their physiologically active state. The phytochromes interact with downstream transcription factors such as PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR (PIF), which are subsequently degraded. Light filtered through a canopy is strongly depleted in R, which result in a low R/FR ratio and renders the phytochromes inactive. Protein levels of downstream transcription factors are stabilized, which initiates the expression of shade-induced genes such as HFR1, PIL1 or ATHB-2. In my thesis, I investigated transcriptional responses mediated by the SAS in whole Arabidopsis seedlings. Using microarray and chromatin immunoprecipitation data, we identified genome-wide PIF4 and PIF5 dependent shade regulated gene as well as putative direct target genes of PIF5. This revealed evidence for a direct regulatory link between phytochrome signaling and the growth promoting phytohormone auxin (IAA) at the level of biosynthesis, transport and signaling. Subsequently, it was shown, that free-IAA levels are upregulated in response to shade. It is assumed that shade-induced auxin production takes predominantly place in cotyledons of seedlings. This implies, that IAA is subsequently transported basipetally to the hypocotyl and enhances elongation growth. The importance of auxin transport for growth responses has been established by chemical and genetic approaches. To gain a better understanding of spatio-temporal transcriptional regulation of shade-induce auxin, I generated in a second project, an organ specific high throughput data focusing on cotyledon and hypocotyl of young Arabidopsis seedlings. Interestingly, both organs show an opposite growth regulation by shade. I first investigated the spatio-transcriptional regulation of auxin re- sponsive gene, in order to determine how broad gene expression pattern can be explained by the hypothesized movement of auxin from cotyledons to hypocotyls in shade. The analysis suggests, that several genes are indeed regulated according to our prediction and others are regulated in a more complex manner. In addition, analysis of gene families of auxin biosynthetic and transport components, lead to the identification of essential family members for shade-induced growth re- sponses, which were subsequently experimentally confirmed. Finally, the analysis of expression pattern identified several candidate genes, which possibly explain aspects of the opposite growth response of the different organs.

Mutations in NDUFB11, Encoding a Complex I Component of the Mitochondrial Respiratory Chain, Cause Microphthalmia with Linear Skin Defects Syndrome.

Microphthalmia with linear skin defects (MLS) syndrome is an X-linked male-lethal disorder also known as MIDAS (microphthalmia, dermal aplasia, and sclerocornea). Additional clinical features include neurological and cardiac abnormalities. MLS syndrome is genetically heterogeneous given that heterozygous mutations in HCCS or COX7B have been identified in MLS-affected females. Both genes encode proteins involved in the structure and function of complexes III and IV, which form the terminal segment of the mitochondrial respiratory chain (MRC). However, not all individuals with MLS syndrome carry a mutation in either HCCS or COX7B. The majority of MLS-affected females have severe skewing of X chromosome inactivation, suggesting that mutations in HCCS, COX7B, and other as-yet-unidentified X-linked gene(s) cause selective loss of cells in which the mutated X chromosome is active. By applying whole-exome sequencing and filtering for X-chromosomal variants, we identified a de novo nonsense mutation in NDUFB11 (Xp11.23) in one female individual and a heterozygous 1-bp deletion in a second individual, her asymptomatic mother, and an affected aborted fetus of the subject's mother. NDUFB11 encodes one of 30 poorly characterized supernumerary subunits of NADH:ubiquinone oxidoreductase, known as complex I (cI), the first and largest enzyme of the MRC. By shRNA-mediated NDUFB11 knockdown in HeLa cells, we demonstrate that NDUFB11 is essential for cI assembly and activity as well as cell growth and survival. These results demonstrate that X-linked genetic defects leading to the complete inactivation of complex I, III, or IV underlie MLS syndrome. Our data reveal an unexpected role of cI dysfunction in a developmental phenotype, further underscoring the existence of a group of mitochondrial diseases associated with neurocutaneous manifestations.

Two component systems: physiological effect of a third component

Signal transduction systems mediate the response and adaptation of organisms to environmental changes. In prokaryotes, this signal transduction is often done through Two Component Systems (TCS). These TCS are phosphotransfer protein cascades, and in their prototypical form they are composed by a kinase that senses the environmental signals (SK) and by a response regulator (RR) that regulates the cellular response. This basic motif can be modified by the addition of a third protein that interacts either with the SK or the RR in a way that could change the dynamic response of the TCS module. In this work we aim at understanding the effect of such an additional protein (which we call ‘‘third component’’) on the functional properties of a prototypical TCS. To do so we build mathematical models of TCS with alternative designs for their interaction with that third component. These mathematical models are analyzed in order to identify the differences in dynamic behavior inherent to each design, with respect to functionally relevant properties such as sensitivity to changes in either the parameter values or the molecular concentrations, temporal responsiveness, possibility of multiple steady states, or stochastic fluctuations in the system. The differences are then correlated to the physiological requirements that impinge on the functioning of the TCS. This analysis sheds light on both, the dynamic behavior of synthetically designed TCS, and the conditions under which natural selection might favor each of the designs. We find that a third component that modulates SK activity increases the parameter space where a bistable response of the TCS module to signals is possible, if SK is monofunctional, but decreases it when the SK is bifunctional. The presence of a third component that modulates RR activity decreases the parameter space where a bistable response of the TCS module to signals is possible.

Component Architecture for Context-Aware Applications

Mobiililaitteisiin tehdyt sovellukset ovat nykyään laajassa käytössä. Mobiilisovellukset tarjoavat käyttäjälleen usein tietyn ennalta määritellyn toiminnallisuuden eivätkä ne pysty mukautumaan vaihtelevaan käyttöympäristöönsä. Jos sovellus olisi tietoinen käyttöympäristöstään ja sen muutoksista, se voisi tarjota käyttäjälleen tilanteeseen sopivia ominaisuuksia. Käyttöympäristöstään tietoiset hajautetut sovellukset tarvitsevat kuitenkin huomattavasti perinteisiä sovelluksia monimutkaisemman arkkitehtuurin toimiakseen. Tässä työssä esitellään hajautetuille ja kontekstitietoisille sovelluksille tarkoitettu ohjelmistoarkkitehtuuri. Työ perustuu Oulun yliopiston CAPNET-tutkimusprojektissa kehitettyyn, mobiilisovelluksille tarkoitettuun arkkitehtuuriin. Tämän työn tarkoituksena on tarjota ratkaisuja niihin puutteisiin, jotka tulivat esille CAPNET-arkkitehtuurin kehitys- ja testausvaiheessa. Esimerkiksi arkkitehtuurin komponenttien määrittelyä tulisi tarkentaa ja ne tulisi jakaa horisontaalisiin kerroksiin niiden ominaisuuksien ja alustariippuvuuden mukaisesti. Työssä luodaan katsaus olemassa oleviin teknologioihin jotka tukevat hajautettujen ja kontekstitietoisten järjestelmien kehittämistä. Myös niiden soveltumista CAPNET-arkkitehtuuriin analysoidaan. Työssä esitellään CAPNET-arkkitehtuuri ja ehdotetaan uutta arkkitehtuuria ja komponenttien kerrosjaottelua. Ehdotuksessa arkkitehtuurin komponentit ja järjestelmän rakenne määritellään ja mallinnetaan UML-menetelmällä. Työn tuloksena on arkkitehtuurimäärittely, joka jakaa nykyisen arkkitehtuurin komponentit kerroksiin. Komponenttien rajapinnat on määritelty selkeästi ja tarkasti. Työ tarjoaa myös projektiryhmälle hyvän lähtökohdan uuden arkkitehtuurin suunnittelulle ja toteuttamiselle.

Supplier Evaluation on the Standard Material and Component Markets in the Electronic Manufacturing Equipment Industry

Työn tavoitteena oli arvioida ja selvittää toimittajasuhteeseen vaikuttavia tekijöitä JOT Automation Group Oyj.n ja sen alihankkijoiden välisessä yhteistyössä ja muodostaa yrityksen kilpailukykyä parantava toimittaja-arviointiprosessi. Työssä keskityttiin tarkastelemaan yleisillä materiaali- ja komponenttimarkkinoilla toimivia toimittajia elektroniikkateollisuuden tuotantojärjestelmien valmistuksessa. Ensin tutustuttiin toimittajasuhdetta ja sen arviointia käsitelleeseen kirjallisuuteen. Teorian tueksi tehtiin haastatteluja ja kartoitettiin ensisijaisia tarpeita ja tavoitteita arviointiprosessille. Valmis prosessi testattiin käytännössä kahden eri case-esimerkin avulla. Prosessista muodostui kahteen eri työkaluun jakautunut kokonaisuus, joista auditointi arvioi toimittajan kyvykkyyttä vastatta sille asetettuihin vaatimuksiin. Toimittajan suorituskyvyn mittaaminen puolestaan testaa ja vertaa jatkuvasti toiminnan todellista tasoa auditoinnissa saatuihin tuloksiin. Työ sisältää selvityksen ja ohjeistuksen toimittaja-arviointiprosessin käytöstä. Prosessin käyttö alentaa toimittajaan kohdistuvaa materiaalien saatavuuteen ja hankintaan liittyviä riskejä. Esimerkeistä saadut kokemukset osoittivat, että prosessin avulla päästään pureutumaan tärkeisiin ydinalueisiin ja kehittämään niitä sekä toimittajalle, että ostajayritykselle edullisella tavalla. Toimittaja-arviointiprosessista kehittyy toimintatapa yrityksen ja sen toimittajan välisen suhteen ylläpitämiseksi.

Managing material flows and improving performance in a component supplier’s internal supply chain

Tämä diplomityö tehtiin osana Componenta Cast Componentsin kolmivuotista toimitusketjujen kehitysprojektia. Työn tavoitteena oli kuvata tyypillinen yrityksen sisäinen toimitusketjuprosessi ja tehdä alustava suorituskykyanalyysi valimon ja konepajan väliseen logistiseen prosessiin liittyen. Tarkoituksena oli myös löytää kehityskohteita materiaali- ja tietovirtojen hallinnassa näiden tuotantoyksiköiden välillä. Logistiikkaan, toimitusketjujen hallintaan ja toimitusketjun suorituskyvyn mittaamiseen liittyvän kirjallisuustutkimuksen sekä käytännön perusteella valittiin sopivat analyysimenetelmät. Näitä menetelmiä hyödynnettiin tilaustoimitus – prosessin kuvaamisessa sekä suorituskyvyn analysoinnissa yrityksen sisäisessä toimitusketjussa. Luonnollisena jatkona kehitettiin ja pantiin käytäntöön toimitusketjua synkronoiva imutyyppinen tuotannon- ja materiaalinohjausmenetelmä. Diplomityöprojektin aikana kehitettiin myös apuvälineet käyttöönotetun menetelmän asianmukaista hyödyntämistä varten. Diplomityöprojektissa otettiin ensimmäiset askeleet kohti integroitua sisäistä toimitusketjua. Uuden tuotannon- ja materiaalinohjausmenetelmän standardisointi muihin menetelmiin yhdistettynä, sekä toimitusketjun avainmittarien jatkokehitys on jo alkanut. Läpimenoaikoja lyhentämällä ja synkronoidun, läpinäkyvän kysyntä-tarjontaketjun avulla integroitumisen astetta voidaan nostaa edelleen. Poikkiorganisatorinen kehitys ja johtaminen toimitusketjussa on avainedellytys menestykseen.

Colligation and Cross Moment-Based Approaches for Independent Component Analysis

Diplomityössä on käsitelty uudenlaisia menetelmiä riippumattomien komponenttien analyysiin(ICA): Menetelmät perustuvat colligaatioon ja cross-momenttiin. Colligaatio menetelmä perustuu painojen colligaatioon. Menetelmässä on käytetty kahden tyyppisiä todennäköisyysjakaumia yhden sijasta joka perustuu yleiseen itsenäisyyden kriteeriin. Työssä on käytetty colligaatio lähestymistapaa kahdella asymptoottisella esityksellä. Gram-Charlie ja Edgeworth laajennuksia käytetty arvioimaan todennäköisyyksiä näissä menetelmissä. Työssä on myös käytetty cross-momentti menetelmää joka perustuu neljännen asteen cross-momenttiin. Menetelmä on hyvin samankaltainen FastICA algoritmin kanssa. Molempia menetelmiä on tarkasteltu lineaarisella kahden itsenäisen muuttajan sekoituksella. Lähtö signaalit ja sekoitetut matriisit ovattuntemattomia signaali lähteiden määrää lukuunottamatta. Työssä on vertailtu colligaatio menetelmään ja sen modifikaatioita FastICA:an ja JADE:en. Työssä on myös tehty vertailu analyysi suorituskyvyn ja keskusprosessori ajan suhteen cross-momenttiin perustuvien menetelmien, FastICA:n ja JADE:n useiden sekoitettujen parien kanssa.

Multimedia Messaging Service Center in a Component Based Architecture

Multimedia-sanomanvälityspalvelu (MMS) on matkapuhelinten väliseen viestintään kehitetty palvelu, joka mahdollistaa yhteyden Internet maailmaan. Multimedia-sanomanvälityspalvelua voidaan käyttää luomaan yhteys matkapuhelimen käyttäjän ja ulkoisen sovelluspalvelimen välille. MMS voidaan nähdä sovelluksena, joka yhdistää multimediaviestin luonnin, käsittelyn sekä toimituksen monelle eri sisältö tyypille. Multimedia-viestikeskus (MMSC) on uusi verkkoelementti, joka on vastuussa multimediaviestien varastoinnista ja toimituksesta. Multimedia-viestikeskuksella on kolme loogista elementtiä, jotka ovat välityspalvelin, sovellusrajapinnat ja matkapuhelinverkkorajapinta. Operaattorit sekä kolmannen osapuolen sovelluskehittäjät voivat kehittää lisäarvopalveluita multimedia-sanomanvälityspalvelulle hyödyntämällä sovellusrajapintoja. Sovellusrajapinnat perustuvat olemassa oleviin Internet protokolliin. Tämä diplomityö tutkii Multimedia-sanomanvälityspalvelun verkkoelementtien rajapintoja. Tulevaisuudessa on tarkoitus lisätä Multimedia-sanomanvälityspalvelun verkkoelementtejä sähköisen kaupankäynnin kehysarkkitehtuuriin, joka perustuu komponentteihin.

Reusable Bluetooth Networking Component for Symbian Operating System

Tässä diplomityössä käsitellään eri näkökulmia ohjelmistojen uudelleenkäyttöön sekä esitellään perustiedot langattomiin laitteisiin käytettävästä Symbian-käyttöjärjestelmästä ja langattomasta Bluetooth-teknologiasta. Työn käytännön osuudessa suunniteltiin ja toteutettiin uudelleenkäytettävä Bluetooth-ohjelmistokomponentti Symbiankäyttöjärjestelmälle. Ohjelmistojen uudelleenkäytön edut ovat erittäin selkeitä. Uudelleenkäytettävät ohjelmistokomponentit parantavat ohjelmiston laatua ja suorituskykyä. Ohjelmistotuotteiden tuotekehityssykliä voidaan lyhentää merkittävästi ja kehitystyön kokonaiskustannuksia voidaan alentaa tehokkaalla uudelleenkäyttöohjelmalla. Kuitenkin uudelleenkäytöllä on myös esteitä, esimerkkeinä näistä ovat mm. resurssien puute, koulutus sekä uudelleenkäytön vastaiset asenteet. Bluetooth-teknologia on kypsynyt viimeisen kahden vuoden aikana, kun markkinoille on tullut yhä enemmän Bluetooth-laitteita ja niitä käyttäviä sovelluksia. Kehitetty komponentti tarjoaa perustoiminnallisuudet Bluetooth-yhteyksien muodostamiselle ja datan siirtämiselle laitteiden välillä.

Quantum Hall Phases of two-component bosons

The recent production of synthetic magnetic fields acting on electroneutral particles, such as atoms or photons, has boosted interest in the quantum Hall physics of bosons. Adding pseudospin 1/2 to the bosons greatly enriches the scenario, as it allows them to form an interacting integer quantum Hall (IQH) phase with no fermionic counterpart. Here we show that, for a small two-component Bose gas on a disk, the complete strongly correlated regime, extending from the integer phase at filling factor ν = 2 to the Halperin phase at filling factor ν = 2 / 3, is well described by composite fermionization of the bosons. Moreover we study the edge excitations of the IQH state, which, in agreement with expectations from topological field theory, are found to consist of forward-moving charge excitations and backward-moving spin excitations. Finally, we demonstrate how pair-correlation functions allow one to experimentally distinguish the IQH state from competing states, such as non-Abelian spin singlet (NASS) states.

Tracking the ghost of coevolution in specific plant-insect interactions : the case of the pollination system between the globeflower Trollius europaeus and seven european Chiastocheta flies

This study aims at understanding the evolutionary processes at work in specialized species interactions. Prom the macroevolutionary perspective, coevolution among specialized taxa was proposed to be one of the major processes generating biodiversity. We challenge this idea from the theoretical and practical perspective and through a literature review and show that the major hypotheses linking coevolutionary process with macroevolutionary patterns do not necessarily predict lineage co diversification and parallel speciation, limit¬ing the utility of the comparative phylogenenetic approach for investigating coevolution¬ary processes. We also point to the rarity of observed long-term coevolutionary dynamics among lineages and propose that coevolution rather occurs in shorter timescales, followed by ecological fitting. Prom the empirical point, we focus on the nursery pollination interaction between the European globeflower Trollius europaeus (Ranunculaceae) and its associated Chiastocheta flies (Anthomyiidae; Diptera) as a model system of evolution and maintenance of special¬ized interactions. The flies are obligate parasites of the seeds, but also pollinate the plant - it was thus proposed that both species are mutually dependent. Contrasting with the paradigm used for two decades of research on this system, we show that the female fitness component of the plant is similar in the populations with and without Chiastocheta. The plant is thus not exclusively dependent on the flies for reproduction. We discuss this result in the context of the factors responsible for the evolution of mutualistic systems. Understanding the evolution of a biological system requires understanding of its phylo- genetic context. Previous studies showed large mismatch between mtDNA phylogeny and morphological taxonomy in Chiastocheta. By using a large set of RAD-sequencing loci, we delineate the species limits that are congruent with morphology, and show that the discordance is best explained by the scenario of mitochondrial capture among fly species. Finally, we examine this system from a phylogeographic perspective, and identify the lack of congruence in spatial genetic structures of the plant and associated insects across their whole geographic range. The flies show lower numbers of spatial genetic groups than the plant, indicating that not all of the plant réfugia were shared by all the fly species or that the migration dynamics homogenized some of the groups. The incongruence in spatial genetic patterns indicates that fly migrations were largely independent from the genetic background of the plant, following rather a scenario of resource tracking, without the signature of coevolutionary process at this scale. Indeed, while the flies require the plant to survive climatic oscillations, the opposite is not true. Eventually, we show that there is no phylogenetic signal of spatial genetic structures, meaning that neither histories nor life- history traits are shared among closely related species and that species are characterized by unique trajectories of their genes. -- Cette étude vise à comprendre les processus évolutifs à l'oeuvre au sein d'interactions en¬tre espèces spécialisées. Du point de vue macroévolutif, la coévolution entre les taxons spécialisée a été considérée comme l'un des principaux processus générateur de biodiversité. Nous contestons cette idée du point de vue théorique et pratique à travers une revue de la littérature. Nous montrons que les hypothèses majeures reliant les processus coévolutifs avec les patterns de diversité au niveau macroévolutif ne prédisent pas nécessairement la co- diversification des lignées et leur spéciation parallèle, ce qui limite l'utilité de l'approche de phylogénie comparative pour étudier les processus coévolutifs . Nous rappelons également le peu d'exemples de dynamique coévolutive à long terme et proposons que la coévolution se produit plutôt dans des intervalles courts, suivis d'ajustements écologiques. Du point empirique, nous nous concentrons sur l'interaction de pollinisation entre le Trolle d'Europe Trollius europaeus (Ranunculaceae) et ses pollinisateurs associés, du genre Chiastocheta (Anthomyiidae; Diptera) en tant que système-modèle pour étudier l'évolution et le maintien des interactions spécialisées. Les mouches sont des parasites obligatoires des semences, mais pollinisent également la plante. Il a donc été proposé que les deux espèces soient mutuellement dépendantes. Contrastant avec le paradigme utilisé pendant deux décennies de recherche sur ce système, nous montrons, que la composante de fitness femelle de la plante est similaire dans les populations avec et sans Chiastocheta. La plante ne dépend donc pas exclusivement de son interaction avec les mouches pour la reproduction. Nous discutons de ce résultat dans le contexte des facteurs responsables de l'évolution des systèmes mutualistes. Comprendre l'évolution d'un système biologique nécessite la compréhension de son con- texte phylogénétique. Des études antérieures ont montré, chez Chiastocheta, de grandes disparités entre les phylogénies obtenues à partir d'ADN mitochondrial et la taxonomie basée sur les critères morphologiques. En utilisant un grand nombre de loci obtenus par RAD-sequencing, nous traçons les limites des espèces, qui concordent avec les car¬actéristiques morphologies, et montrons que la discordance s'explique en fait par un scénario de capture mitochondriale entre espèces de mouches. Enfin, nous examinons le système d'un point de vue phylogéographique, et identi¬fions les incohérences entre structurations génétiques spatiales de la plante et des insectes associés dans toute leur aire de distribution géographique. Les mouches présentent un nombre de groupes génétiques inférieur à la plante, indiquant que tous les refuges de la plante n'étaient pas partagés par toutes les espèces de mouches ou que les dynamiques migratoires ont homogénéisés certains des groupes chez les mouches. Les différences ob¬servées dans les patrons de structuration génétique spatiale indique que les migrations et dispersions des mouches ont été indépendantes du contexte génétique de la plante, et ces dernières ont été uniquement tributaires de la disponibilité des ressources, sans qu'il n'y ait de signature du processus de coévolution à cette échelle. En effet, tandis que les mouches ont besoin de la plante pour survivre aux oscillations climatiques, le contraire n'est pas exact. Finalement, nous montrons qu'il n'y a pas de signal phylogénétique des structurations génétiques spatiales chez les mouches, ce qui signifie que ni l'histoire, ni les traits d'histoire de vie ne sont partagés entre les espèces phylogénétiquement proches et que les espèces sont caractérisées par des trajectoires uniques de leurs gènes.