Études de réseaux d’expression génique : utilité pour l’élucidation des déterminants génétiques des traits complexes

Les traits quantitatifs complexes sont des caractéristiques mesurables d’organismes vivants qui résultent de l’interaction entre plusieurs gènes et facteurs environnementaux. Les locus génétiques liés à un caractère complexe sont appelés «locus de traits quantitatifs » (QTL). Récemment, en considérant les niveaux d’expression tissulaire de milliers de gènes comme des traits quantitatifs, il est devenu possible de détecter des «QTLs d’expression» (eQTL). Alors que ces derniers ont été considérés comme des phénotypes intermédiaires permettant de mieux comprendre l’architecture biologique des traits complexes, la majorité des études visent encore à identifier une mutation causale dans un seul gène. Cette approche ne peut remporter du succès que dans les situations où le gène incriminé a un effet majeur sur le trait complexe, et ne permet donc pas d’élucider les situations où les traits complexes résultent d’interactions entre divers gènes. Cette thèse propose une approche plus globale pour : 1) tenir compte des multiples interactions possibles entre gènes pour la détection de eQTLs et 2) considérer comment des polymorphismes affectant l’expression de plusieurs gènes au sein de groupes de co-expression pourraient contribuer à des caractères quantitatifs complexes. Nos contributions sont les suivantes : Nous avons développé un outil informatique utilisant des méthodes d’analyse multivariées pour détecter des eQTLs et avons montré que cet outil augmente la sensibilité de détection d’une classe particulière de eQTLs. Sur la base d’analyses de données d’expression de gènes dans des tissus de souris recombinantes consanguines, nous avons montré que certains polymorphismes peuvent affecter l’expression de plusieurs gènes au sein de domaines géniques de co-expression. En combinant des études de détection de eQTLs avec des techniques d’analyse de réseaux de co-expression de gènes dans des souches de souris recombinantes consanguines, nous avons montré qu’un locus génétique pouvait être lié à la fois à l’expression de plusieurs gènes au niveau d’un domaine génique de co-expression et à un trait complexe particulier (c.-à-d. la masse du ventricule cardiaque gauche). Au total, nos études nous ont permis de détecter plusieurs mécanismes par lesquels des polymorphismes génétiques peuvent être liés à l’expression de plusieurs gènes, ces derniers pouvant eux-mêmes être liés à des traits quantitatifs complexes.

Étude longitudinale des liens prédictifs entre les traits de personnalité et les symptômes intériorisés à l'adolescence.

Cette étude longitudinale visait à vérifier si les traits de personnalité (selon le modèle en cinq facteurs, « Big Five ») au début de l’adolescence (12-13 ans) permettent de prédire les symptômes intériorisés deux ans plus tard (14-15 ans), en contrôlant pour le niveau initial de symptômes intériorisés ainsi que l’influence de plusieurs facteurs de risque connus. Les données employées proviennent d’une étude longitudinale prospective. L’échantillon compte 1036 adolescents provenant de huit écoles secondaires québécoises. Les adolescents ont répondu à un questionnaire autorévélé. Des modèles d’équations structurales ont d’abord démontré la pertinence de conceptualiser les symptômes intériorisés comme une variable latente. D’autres modèles ont démontré que certains traits de personnalité prédisent effectivement les symptômes intériorisés ultérieurs. Cependant, contrairement aux études effectuées auprès d’adultes, le rôle de la Stabilité émotionnelle et de l’Extraversion n’est pas significatif après que l’influence de facteurs de risque connus et du sexe ait été contrôlée. Ce sont plutôt le Contrôle et l’Amabilité qui sont significativement reliés aux symptômes intériorisés ultérieurs dans la présente étude. Les résultats soulignent également le rôle important des facteurs de risque liés aux relations avec les pairs. Finalement, des modèles d’équations structurales multi-groupes ont mis en évidence des différences sexuelles significatives dans les relations prédictives. Cette étude confirme que les traits de personnalité des adolescents peuvent jouer un rôle dans le développement des symptômes intériorisés, ce qui leur confère une pertinence théorique et clinique.

Classification et relations entre les traits fonctionnels des crustacés zooplanctoniques : de l’organisme à l’écosystème

Les écologistes reconnaissent depuis longtemps que les organismes sont soutenus par le flux, l’emmagasinage et le renouvellement d’énergie et de matériel de l’écosystème, puisqu’ils sont nécessaires au métabolisme biologique et à la construction de biomasse. L’importance des organismes dans la régularisation des processus écosystémiques est maintenant de plus en plus considérée. Situé au centre des chaînes trophiques aquatiques, le zooplancton influence les flux d’énergie et de matériel dans les écosystèmes. Plusieurs de leurs caractéristiques sont connues comme étant de bons indicateurs de leur effet sur l’environnement, notamment leur taille, contenu corporel et taux métabolique. La plupart de ces caractéristiques peuvent être appelées « traits fonctionnels ». Alors que l’emploi des traits devient de plus en plus populaire en écologie des communautés aquatiques, peu ont su utiliser cette approche afin de concrètement lier la structure des communautés zooplanctoniques aux processus écosystémiques. Dans cette étude, nous avons colligé les données provenant d’une grande variété de littérature afin de construire une base de données sur les traits du zooplancton crustacé contribuant directement ou indirectement aux flux de C, N et P dans les écosystèmes. Notre méta-analyse a permis d’assembler plus de 9000 observations sur 287 espèces et d’identifier par le fait même ce qu’il manque à nos connaissances. Nous avons examiné une série de corrélations croisées entre 16 traits, dont 35 étaient significatives, et avons exploré les relations entre les unités taxonomiques de même qu’entre les espèces marines et d’eaux douces. Notre synthèse a entre autres révélé des patrons significativement différents entre le zooplancton marin et dulcicole quant à leur taux de respiration et leur allométrie (masse vs. longueur corporelle). Nous proposons de plus une nouvelle classification de traits liant les fonctions des organismes à celles de l’écosystème. Notre but est d’offrir une base de données sur les traits du zooplancton, des outils afin de mieux lier les organismes aux processus écosystémiques et de stimuler la recherche de patrons généraux et de compromis entre les traits.

Étude longitudinale des liens prédictifs entre les traits de personnalité et les comportements antisociaux à l’adolescence

Cette étude longitudinale visait à évaluer si les traits de personnalité des adolescents permettent de prédire leurs comportements antisociaux ultérieurs, après avoir contrôlé pour l’effet du niveau initial du comportement antisocial ainsi que celui de plusieurs facteurs de risque connus de ces comportements. L’échantillon utilisé compte 1036 adolescents provenant de huit écoles secondaires québécoises. Les adolescents ont été évalués à deux reprises, soit en secondaire 1 (12-13 ans) et en secondaire 3 (14-15 ans). Ils ont répondu à un questionnaire autorévélé. Des modèles d’équations structurales ont d’abord confirmé que la covariation entre différents comportements antisociaux des adolescents peut être expliquée par une variable latente. Les résultats ont confirmé que les traits de personnalité des adolescents à 12 et 13 ans prédisent leurs comportements antisociaux à 14 et 15 ans. En accord avec les études antérieures, l’Extraversion, le Contrôle et la Stabilité émotionnelle prédisent les comportements antisociaux futurs. Toutefois, l’effet de l’Amabilité disparait une fois que le niveau initial est contrôlé. Finalement, des modèles d’équations structurales multi-groupes ont permis de démontrer que certaines relations prédictives sont différentes selon le sexe. Les résultats de cette étude soulignent l’importance des traits de personnalité pour les théories du comportement antisocial ainsi que pour la pratique clinique.

Rôles des polymorphismes génétiques dans la détermination de la dose individuelle de la warfarine chez les patients traités avec de l’amiodarone

Introduction : Bien que la pratique de l’usage de la warfarine se soit améliorée au cours de la dernière décennie, aucune recommandation claire basée sur le dosage de l’amiodarone n’a été jusqu’à maintenant standardisée, ce qui représente un grand obstacle pour les cliniciens. La warfarine a un index thérapeutique étroit nécessitant un suivi régulier et un ajustement individuel de la posologie, ceci afin de déterminer la dose thérapeutique, tout en prévenant les effets secondaires qui pourraient être fatals dans certains cas. La variabilité interindividuelle de la réponse à la warfarine dépend de plusieurs facteurs, dont l’âge, le sexe, le poids, l’alimentation et l’interaction médicamenteuse, mais ceux-ci n’expliquent que partiellement les différences de sensibilité à la warfarine. Les polymorphismes des gènes CYP2C9 et VKORC1 jouent un rôle important dans la réponse à la warfarine et expliquent jusqu’à 50% de la variabilité des doses. L’utilisation d’antiarythmiques telle l’amiodarone peut accentuer considérablement l’effet de la warfarine et nécessite généralement une diminution de 30 à 50% de la dose de la warfarine. Aucune étude à ce jour n’a tenté de déterminer l’utilité du génotypage des polymorphismes des gènes CYP2C9 et VKORC1 chez les patients sous traitement combiné de warfarine et amiodarone. Objectif : Notre étude a pour objectif tout d’abord de déterminer si des facteurs génétiques influencent la première dose de stabilisation de la warfarine chez les patients en FA après l’introduction de l’amiodarone. Nous allons également tenter de confirmer l’association préalablement rapportée entre les facteurs génétiques et la première dose de stabilisation de warfarine dans notre population à l’étude. Méthodes : Un devis de cohorte rétrospective de patients qui fréquentaient la clinique d'anticoagulothérapie de l’Institut de cardiologie de Montréal entre le 1er janvier 2007 et le 29 février 2008 pour l’ajustement de leur dose selon les mesures d'INR. Au total, 1615 patients ont été recrutés pour participer à cette étude de recherche. Les critères de sélection des patients étaient les patients avec fibrillation auriculaire ou flutter, ayant un ECG documenté avec l'un de ces deux diagnostics et âgé de moins de 67 ans, en raison d’une moindre comorbidité. Les patients souffrant d’insuffisance hépatique chronique ont été écartés de l’étude. Tous les patients devaient signer un consentement éclairé pour leur participation au projet et échantillon de sang a été pri pour les tests génétiques. La collecte des données a été effectuée à partir du dossier médical du patient de l’Institut de cardiologie de Montréal. Un formulaire de collecte de données a été conçu à cet effet et les données ont ensuite été saisies dans une base de données SQL programmée par un informaticien expert dans ce domaine. La validation des données a été effectuée en plusieurs étapes pour minimiser les erreurs. Les analyses statistiques utilisant des tests de régression ont été effectuées pour déterminer l’association des variants génétiques avec la première dose de warfarine. Résultats : Nous avons identifié une association entre les polymorphismes des gènes CYP2C9 et VKORC1 et la dose de la warfarine. Les polymorphismes génétiques expliquent jusqu’à 42% de la variabilité de dose de la warfarine. Nous avons également démontré que certains polymorphismes génétiques expliquent la réduction de la dose de warfarine lorsque l’amiodarone est ajoutée à la warfarine. Conclusion : Les travaux effectués dans le cadre de ce mémoire ont permis de démontrer l’implication des gènes CYP2C9 et VKORC1 dans la réponse au traitement avec la warfarine et l’amiodarone. Les résultats obtenus permettent d’établir un profil personnalisé pour réduire les risques de toxicité, en permettant un dosage plus précis de la warfarine pour assurer un meilleur suivi des patients. Dans le futur, d’autres polymorphismes génétiques dans ces gènes pourraient être évalués pour optimiser davantage la personnalisation du traitement.

Les relations entre les caractéristiques socioprofessionnelles, les connaissances, les représentations et les contenus d’enseignement traités en classe par les enseignants responsables d’éducation relative au VIH/SIDA en Afrique du Sud

Il est généralement admis que l’éducation constitue une des stratégies les plus efficaces pour lutter contre le VIH/SIDA et diminuer sa transmission (Gallant et Matika-Tyndale, 2004). À cet effet, plusieurs pays d’Afrique subsaharienne ont inclus des programmes d’éducation au VIH/SIDA dans leur curriculum scolaire afin de contrer l’épidémie (ADEA, 2007). Cependant, l’efficacité de ces programmes éducatifs demeure incertaine. Par exemple, les objectifs des programmes éducatifs, tels que la transmission de connaissances relatives au VIH/SIDA, ou la diminution des comportements sexuels risqués, ne sont pas toujours atteints (Matika-Tyndale, 2009; Oshi, D., Nakalema, S. et Oshi, L, 2005). Le succès d’un programme de lutte et de prévention en milieu scolaire peut être lié aux contenus d’enseignement traités en classe par les enseignants (Ahmed et al., 2009). Les contenus traités dépendent en partie des représentations et des connaissances des enseignants par rapport au(x) sujet(s) qu'ils enseignent et pour des sujets aussi délicats que le VIH/SIDA et la sexualité, cette relation est particulièrement importante. Par exemple, en Afrique du Sud, malgré l’existence d’une politique nationale sur le VIH et l’inclusion des sujets relatifs au VIH/SIDA dans le curriculum scolaire, la mise en oeuvre du programme de lutte et de prévention peut être compromise par la résistance des enseignants à parler de certains sujets controversés (Ahmed et al. 2009; Mathews et al., 2006). Notre étude, menée dans la région de Cape Town en Afrique du Sud, visait à mieux comprendre les relations entre les caractéristiques socioprofessionnelles des enseignants, leurs connaissances, leurs représentations à l’égard de l’éducation relative au VIH/SIDA et les contenus d’enseignement abordés dans le cours life-orientation dédié à l’éducation relative au VIH/SIDA. Au total, 71 enseignants du cours life-orientation provenant de 18 écoles secondaires ont participé à cette étude. Les enseignants ont rempli un questionnaire portant sur leurs caractéristiques socioprofessionnelles (âge, genre, expérience d’enseignement, niveau enseigné et expérience personnelle avec le VIH/SIDA), leurs connaissances, différentes composantes de leurs représentations (attitudes, norme sociale perçue et contrôle comportemental perçu) et les contenus d’enseignement qu’ils abordent en classe. iv Les résultats des analyses des données ainsi recueillies montrent que la norme sociale perçue est la seule composante des représentations reliée aux contenus d’enseignement abordés en classe par l’enseignant. Les attitudes des enseignants envers l’éducation relative au VIH/SIDA sont plutôt favorables, mais plusieurs d’entre eux manifestent des lacunes par rapport à leurs connaissances sur les modes de transmission et de prévention du VIH/SIDA. Par ailleurs, plusieurs croient que le manque de formation et le manque de matériel sont des obstacles à leur enseignement. Les expériences personnelles avec le VIH/SIDA sont associées à des attitudes plus positives chez les enseignants et l’expérience d’enseignement du cours life-orientation est reliée aux connaissances relatives au VIH/SIDA et au contrôle comportemental perçu de l’enseignant. Nos résultats suggèrent également que certains contenus d’enseignement spécifiques de l’éducation relative au VIH/SIDA, tel que l’utilisation des condoms, semblent être particulièrement controversés et source de malaise pour les enseignants. Nos résultats donnent également des pistes de recherches futures s’intéressant à l’amélioration de l’enseignement relatif au VIH/SIDA, notamment au sujet du besoin de formation et de matériel pédagogique supplémentaire, ainsi qu’au sujet de l’influence des membres de la société sur l’enseignement effectué en classe. Notre recherche montre également l’importance de distinguer, en recherche, les différents contenus d’enseignement, plutôt que de considérer de façon globale l’éducation relative au VIH/SIDA.

Fish habitats and species assemblage in the selected rivers of Kerala and investigation on life history traits of Puntius carnaticus(Jerdon,1849)

This thesis entitled Fish habitats and species assemblage in the selected rivers of kerala and investigation on life history traits of puntius carnaticus (JERDON,1849). Ecology is a new and exceedingly complex field of study, even though its concept was recognized by the Apostles in their use of the phrase ‘all flesh is grass.central role to play both in order to understand better the biodiversity phenomenon and to be able to draw up clear guidelines for careful resource management. In a review by WWF, IUCN and UNEP on the ways of conserving genetic diversity of freshwater fish it was recommended that the best way to conserve species diversity is to conserve habitat.The habitat studies in freshwater ecosystems are very essential for the proper understanding and management of human impact on fish diversity, to study the relationship between habitat variables and fish species assemblage structure, quantification of ecosystem degradation, habitat quality and biotic integrity of the ecosystems, development of habitat suitability index (I-ISI) models and classification of river reaches based on their physico-chemical properties. Therefore in the present study an attempt was made to assess the biodiversity potential and the relationship between habitat variables and fish species assemblage structure in six major river systems of Kerala which would be very useful in impressing upon the seriousness of habitat degradIn the present study, in Kabbini river system 15 locations encompassing between 721 946m above MSL were surveyed.ation and biotic devastation undergone in the major river systems of Kerala.During the present study the Habitat Quality Score (HQ) developed by the Ohio EPA was applied for the first time in India.The result of the present study revealed that, among various variables analysed, altitude has a very significant influence in deciding the fish diversity in six major river systems of Kerala. The fish diversity studied on the basis of Shanon-Weiner and Simpson diversity indices revealed that even though some minor variations occur with the suitability and complexity of habitats, the altitude showed inverse relationship with fish diversity.The present study revealed that the National Policy on the interlinking of rivers would permanently alter the HSI indices of the above mentioned fish species, which are now solely protected by the individuality of the rivers where their limited occurrence was notice.

Systematics, Life history traits, abundance andstock assessment of cobia, Rachycentron canadum ( Linnaeus, 1766) occurring in Indian waters with special reference to the north west coast in India

This thesis entitled Systematics,life history traits ,abundance and stock assessment of cobia rachycentron canadum (linnaeus ,1766) occurring in indian waters with special reference to the northwest coast of india.Cobia, Rachycentron canadum is a fast growing pelagic fish belonging to the monotypic family Rachycentridae. They show worldwide distribution in tropical and sub tropical waters. Cobia is exploited commercially in various countries like Taiwan, Pakistan, India, United State of America, Australia, Gulf of Mexico and the Caribbean. Recreational fishery of Cobia exists in different parts of the world. In India Cobia is caught as bycatch of trawlers, gillnet and hook and line fishery.This study also focuses on to bring out the distribution pattern and also to assess the biomass and estimate sustainable yield of Cobia inhabiting in Indian EEZ. In addition to above, present study standardised live collection methods and also reviewed culture prospects.Results of osteological study and morphological studies indicate its close resemblance to Remora and support the view that Cobia was evolved from Dolphin fishes and remoras followed it. Study also confirmed that Cobia does not have any relative or similar species and is a monotypic species belonging to the family Rachycentridae. Re description of the species was done based on the characters identified. In this study, feeding intensity was also assessed following methods like Gastrosomatic index, Mean index of feeding intensity and Index of fullness. Sex wise, month wise and length group wise fluctuations in the feeding intensity also were studied. Cobia actively fed during post monsoon period. In general, adult fed actively than the juveniles. Trophic level value estimated (4.36) indicates that Cobia occupy top level position in the food chain.

Farmers’ desired traits and selection criteria for maize varieties and their implications for maize breeding: A case study from KwaZulu-Natal Province, South Africa

Adoption of hybrids and improved varieties has remained low in the smallholder farming sector of South Africa, despite maize being the staple food crop for the majority of households. The objective of this study was to establish preferred maize characteristics by farmers which can be used as selection criteria by maize breeders in crop improvement. Data were collected from three villages of a selected smallholder farming area in South Africa using a survey covering 300 households and participatory rural appraisal methodology. Results indicated a limited selection of maize varieties grown by farmers in the area compared to other communities in Africa. More than 97% of the farmers grew a local landrace called Natal-8-row or IsiZulu. Hybrids and improved open pollinated varieties were planted by less than 40% of the farmers. The Natal-8-row landrace had characteristics similar to landraces from eastern and southern Africa and closely resembled Hickory King, a landrace still popular in Southern Africa. The local landrace was preferred for its taste, recycled seed, tolerance to abiotic stresses and yield stability. Preferred characteristics of maize varieties were high yield and prolificacy, disease resistance, early maturity, white grain colour, and drying and shelling qualities. Farmers were willing to grow hybrids if the cost of seed and other inputs were affordable and their preferences were considered. Our results show that breeding opportunities exist for improving the farmers’ local varieties and maize breeders can take advantage of these preferred traits and incorporate them into existing high yielding varieties.

Heat stress response for physiological traits in dairy and dual purpose cattle populations on phenotypic and genetic scales

The main objective of this thesis was to determine the potential impact of heat stress (HS) on physiological traits of lactating cows and semen quality of bulls kept in a temperate climate. The thesis is comprised of three studies. An innovative statistical modeling aspect common to all three studies was the application of random regression methodology (RRM) to study the phenotypic and genetic trajectory of traits in dependency of a continuous temperature humidity index (THI). In the first study, semen quality and quantity traits of 562 Holstein sires kept on an AI station in northwestern Germany were analyzed in the course of THI calculated from data obtained from the nearest weather station. Heat stress was identified based on a decline in semen quality and quantity parameters. The identified general HS threshold (THI = 60) and the thermoneutal zone (THI in the range from 50 to 60) for semen production were lower than detected in studies conducted in tropical and subtropical climates. Even though adult bulls were characterized by higher semen productivity compared to younger bulls, they responded with a stronger semen production loss during harsh environments. Heritabilities (low to moderate range) and additive genetic variances of semen characteristics varied with different levels of THI. Also, based on genetic correlations genotype, by environment interactions were detected. Taken together, these findings suggest the application of specific selection strategies for specific climate conditions. In the second study, the effect of the continuous environmental descriptor THI as measured inside the barns on rectal temperatures (RT), skin temperatures (ST), vaginal temperatures (VT), respiration rates (RR), and pulse rate (PR) of lactating Holstein Friesian (HF) and dual-purpose German black pied cattle (DSN) was analyzed. Increasing HS from THI 65 (threshold) to THI 86 (maximal THI) resulted in an increase of RT by 0.6 °C (DSN) and 1 °C (HF), ST by 3.5 °C (HF) and 8 °C (DSN), VT by 0.3 °C (DSN), and RR by 47 breaths / minute (DSN), and decreased PR by 7 beats / minute (DSN). The undesired effects of rising THI on physiological traits were most pronounced for cows with high levels of milk yield and milk constituents, cows in early days in milk and later parities, and during summer seasons in the year 2014. In the third study of this dissertation, the genetic components of the cow’s physiological responses to HS were investigated. Heat stress was deduced from indoor THI measurements, and physiological traits were recorded on native DSN cows and their genetically upgraded crosses with Holstein Friesian sires in two experimental herds from pasture-based production systems reflecting a harsh environment of the northern part of Germany. Although heritabilities were in a low range (from 0.018 to 0.072), alterations of heritabilities, repeatabilities, and genetic components in the course of THI justify the implementation of genetic evaluations including heat stress components. However, low repeatabilities indicate the necessity of using repeated records for measuring physiological traits in German cattle. Moderate EBV correlations between different trait combinations indicate the potential of selection for one trait to simultaneously improve the other physiological attributes. In conclusion, bulls of AI centers and lactating cows suffer from HS during more extreme weather conditions also in the temperate climate of Northern Germany. Monitoring physiological traits during warm and humid conditions could provide precious information for detection of appropriate times for implementation of cooling systems and changes in feeding and management strategies. Subsequently, the inclusion of these physiological traits with THI specific breeding values into overall breeding goals could contribute to improving cattle adaptability by selecting the optimal animal for extreme hot and humid conditions. Furthermore, the recording of meteorological data in close distance to the cow and visualizing the surface body temperature by infrared thermography techniques might be helpful for recognizing heat tolerance and adaptability in cattle.

Attention, memory and verbal learning and their relation to schizotypal traits in unaffected parents of schizophrenic patients

The main objective of this ex post facto study is to compare the differences in cognitive functions and their relation to schizotypal personality traits between a group of unaffected parents of schizophrenic patients and a control group. A total of 52 unaffected biological parents of schizophrenic patients and 52 unaffected parents of unaffected subjects were assessed in measures of attention (Continuous Performance Test- Identical Pairs Version, CPT-IP), memory and verbal learning (California Verbal Learning Test, CVLT) as well as schizotypal personality traits (Oxford-Liverpool Inventory of Feelings and Experiences, O-LIFE). The parents of the patients with schizophrenia differ from the parents of the control group in omission errors on the Continuous Performance Test- Identical Pairs, on a measure of recall and on two contrast measures of the California Verbal Learning Test. The associations between neuropsychological variables and schizotpyal traits are of a low magnitude. There is no defined pattern of the relationship between cognitive measures and schizotypal traits

Measuring root traits in barley (Hordeum vulgare ssp vulgare and ssp spontaneum) seedlings using gel chambers, soil sacs and X-ray microtomography

Root characteristics of seedlings of five different barley genotypes were analysed in 2D using gel chambers, and in 3D using soil sacs that were destructively harvested and pots of soil that were assessed non-invasively using X-ray microtomography. After 5 days, Chime produced the greatest number of root axes (similar to 6) and Mehola significantly less (similar to 4) in all growing methods. Total root length was longest in GSH01915 and shortest in Mehola for all methods, but both total length and average root diameter were significantly larger for plants grown in gel chambers than those grown in soil. The ranking of particular growth traits (root number, root angular spread) of plants grown in gel plates, soil sacs and X-ray pots was similar, but plants grown in the gel chambers had a different order of ranking for root length to the soil-grown plants. Analysis of angles in soil-grown plants showed that Tadmore had the most even spread of individual roots and Chime had a propensity for non-uniform distribution and root clumping. The roots of Mehola were less well spread than the barley cultivars supporting the suggestion that wild and landrace barleys tend to have a narrower angular spread than modern cultivars. The three dimensional analysis of root systems carried out in this study provides insights into the limitations of screening methods for root traits and useful data for modelling root architecture.

Towards an assessment of multiple ecosystem processes and services via functional traits

Managing ecosystems to ensure the provision of multiple ecosystem services is a key challenge for applied ecology. Functional traits are receiving increasing attention as the main ecological attributes by which different organisms and biological communities influence ecosystem services through their effects on underlying ecosystem processes. Here we synthesize concepts and empirical evidence on linkages between functional traits and ecosystem services across different trophic levels. Most of the 247 studies reviewed considered plants and soil invertebrates, but quantitative trait–service associations have been documented for a range of organisms and ecosystems, illustrating the wide applicability of the trait approach. Within each trophic level, specific processes are affected by a combination of traits while particular key traits are simultaneously involved in the control of multiple processes. These multiple associations between traits and ecosystem processes can help to identify predictable trait–service clusters that depend on several trophic levels, such as clusters of traits of plants and soil organisms that underlie nutrient cycling, herbivory, and fodder and fibre production. We propose that the assessment of trait–service clusters will represent a crucial step in ecosystem service monitoring and in balancing the delivery of multiple, and sometimes conflicting, services in ecosystem management.