Ancient origin of pathogen recognition specificity conferred by the tomato disease resistance gene Pto

We have investigated the origin of the Pto disease resistance (R) gene that was previously identified in the wild tomato species Lycopersicon pimpinellifolium and isolated by map-based cloning. Pto encodes a serine-threonine protein kinase that specifically recognizes strains of Pseudomonas syringae pv. tomato (Pst) that express the avirulence gene avrPto. We examined an accession of the distantly related wild species Lycopersicon hirsutum var. glabratum that exhibits avrPto-specific resistance to Pst. The Pst resistance of L. hirsutum was introgressed into a susceptible Lycopersicon esculentum background to create the near-isogenic line 96T133-3. Resistance to Pst(avrPto) in 96T133-3 was inherited as a single dominant locus and cosegregated with a restriction fragment length polymorphism detected by the Pto gene. This observation suggested that a member of the Pto gene family confers Pst(avrPto) resistance in this L. hirsutum line. Here we report the cloning and characterization of four members of the Pto family from 96T133-3. One gene (LhirPto) is 97% identical to Pto and encodes a catalytically active protein kinase that elicits a hypersensitive response when coexpressed with avrPto in leaves of Nicotiana benthamiana. In common with the Pto kinase, the LhirPto protein physically interacts with AvrPto and downstream members of the Pto signaling pathway. Our studies indicate that R genes of the protein kinase class may not evolve rapidly in response to pathogen pressure and rather that their ability to recognize specific Avr proteins can be highly conserved.

Pseudomonas syringae Hrp type III secretion system and effector proteins

Pseudomonas syringae is a member of an important group of Gram-negative bacterial pathogens of plants and animals that depend on a type III secretion system to inject virulence effector proteins into host cells. In P. syringae, hrp/hrc genes encode the Hrp (type III secretion) system, and avirulence (avr) and Hrp-dependent outer protein (hop) genes encode effector proteins. The hrp/hrc genes of P. syringae pv syringae 61, P. syringae pv syringae B728a, and P. syringae pv tomato DC3000 are flanked by an exchangeable effector locus and a conserved effector locus in a tripartite mosaic Hrp pathogenicity island (Pai) that is linked to a tRNALeu gene found also in Pseudomonas aeruginosa but without linkage to Hrp system genes. Cosmid pHIR11 carries a portion of the strain 61 Hrp pathogenicity island that is sufficient to direct Escherichia coli and Pseudomonas fluorescens to inject HopPsyA into tobacco cells, thereby eliciting a hypersensitive response normally triggered only by plant pathogens. Large deletions in strain DC3000 revealed that the conserved effector locus is essential for pathogenicity but the exchangeable effector locus has only a minor role in growth in tomato. P. syringae secretes HopPsyA and AvrPto in culture in a Hrp-dependent manner at pH and temperature conditions associated with pathogenesis. AvrPto is also secreted by Yersinia enterocolitica. The secretion of AvrPto depends on the first 15 codons, which are also sufficient to direct the secretion of an Npt reporter from Y. enterocolitica, indicating that a universal targeting signal is recognized by the type III secretion systems of both plant and animal pathogens.

Genetic complexity of pathogen perception by plants: The example of Rcr3, a tomato gene required specifically by Cf-2

Genetic analysis of plant–pathogen interactions has demonstrated that resistance to infection is often determined by the interaction of dominant plant resistance (R) genes and dominant pathogen-encoded avirulence (Avr) genes. It was postulated that R genes encode receptors for Avr determinants. A large number of R genes and their cognate Avr genes have now been analyzed at the molecular level. R gene loci are extremely polymorphic, particularly in sequences encoding amino acids of the leucine-rich repeat motif. A major challenge is to determine how Avr perception by R proteins triggers the plant defense response. Mutational analysis has identified several genes required for the function of specific R proteins. Here we report the identification of Rcr3, a tomato gene required specifically for Cf-2-mediated resistance. We propose that Avr products interact with host proteins to promote disease, and that R proteins “guard” these host components and initiate Avr-dependent plant defense responses.

Reutilização de baterias automotivas como fonte alternativa de energia.

Atualmente um dos principais objetivos na área de pesquisa tecnológica é o desenvolvimento de soluções em favor do Meio Ambiente. Este trabalho tem por objetivo demonstrar a reutilização e consequentemente o aumento da vida útil de uma bateria Chumbo-Ácido, comumente instaladas em veículos automóveis, bem como beneficiar locais e usuários remotos onde o investimento na instalação de linhas de transmissão se torna inviável geográfica e economicamente, utilizando a luz solar como fonte de energia. No entanto a parte mais suscetível a falhas são as próprias baterias, justamente pela vida útil delas serem pequenas (em torno de 3 anos para a bateria automotiva) em comparação com o restante do sistema. Considerando uma unidade que já foi usada anteriormente, a possibilidade de falhas é ainda maior. A fim de diagnosticar e evitar que uma simples bateria possa prejudicar o funcionamento do sistema como um todo, o projeto considera a geração de energia elétrica por células fotovoltaicas e também contempla um sistema microcontrolado para leitura de dados utilizando o microcontrolador ATmega/Arduino, leitura de corrente por sensores de efeito hall da Allegro Systems, relés nas baterias para abertura e fechamento delas no circuito e um sistema de alerta para o usuário final de qual bateria está em falha e que precisa ser reparada e/ou trocada. Esse projeto foi montado na Ilha dos Arvoredos SP, distante da costa continental em aproximadamente 2,0km. Foram instaladas células solares e um banco de baterias, a fim de estudar o comportamento das baterias. O programa pôde diagnosticar e isolar uma das baterias que estava apresentando defeito, a fim de se evitar que a mesma viesse a prejudicar o sistema como um todo. Por conta da dificuldade de locomoção imposta pela geografia, foi escolhido o cartão SD para o armazenamento dos dados obtidos pelo Arduino. Posteriormente os dados foram compilados e analisados. A partir dos resultados apresentados podemos concluir que é possível usar baterias novas e baterias usadas em um mesmo sistema, de tal forma que se alguma das baterias apresentar uma falha o sistema por si só isolará a unidade.

Projeto e desenvolvimento de uma arquitetura de baixo consumo de potência para microprocessadores.

O trabalho trata do projeto e do desenvolvimento de um processador de baixo consumo de potência, de forma simplificada, explorando técnicas de microarquitetura, para atingir menor consumo de potência. É apresentada uma sequência lógica de desenvolvimento, a partir de conceitos e estruturas básicas, até chegar a estruturas mais complexas e, por fim, mostrar a microarquitetura completa do processador. Esse novo modelo de processador é comparado com estudos prévios de três processadores, sendo o primeiro modelo síncrono, o segundo assíncrono e o terceiro uma versão melhorada do primeiro modelo, que inclui minimizações de registradores e circuitos. Uma nova metodologia de criação de padring de microcontroladores, baseada em reuso de informações de projetos anteriores, é apresentada. Essa nova metodologia foi criada para a rápida prototipagem e para diminuir possíveis erros na geração do código do padring. Comparações de resultados de consumo de potência e área são apresentadas para o processador desenvolvido e resultados obtidos com a nova metodologia de geração de padring também são apresentados. Para o processador, um modelo, no qual se utilizam múltiplos barramentos para minimizar o número de ciclos de máquina por instrução, é apresentado. Também foram ressaltadas estruturas que podem ser otimizadas e circuitos que podem ser reaproveitados para diminuir a quantidade de circuito necessário na implementação. Por fim, a nova implementação é comparada com os três modelos anteriores; os ganhos obtidos de desempenho com a implementação dessas estruturas foram de 18% que, convertidos em consumo de potência, representam economia de 13% em relação ao melhor caso dos processadores comparados. A tecnologia utilizada no desenvolvimento dos processadores foi CMOS 250nm da TSMC.

Unidade microcontroladora para gerenciamento eletrônico de um motor de combustão interna ciclo Otto.

Nas últimas décadas, a indústria automobilística mundial vem investindo no desenvolvimento tecnológico dos motores, com o objetivo de alcançar melhor eficiência energética e atender às legislações que limitam a quantidade de resíduos tóxicos nos gases de exaustão e menor consumo de combustível. Isso resultou na implantação dos sistemas de gerenciamento eletrônico do motor, que possibilitam funcionalidades para se controlar diversas variáveis do motor, aumentando consideravelmente o rendimento do motor. Este trabalho tem como objetivos explorar a dinâmica de um motor de combustão interna ciclo Otto, os sinais elétricos associados, e os componentes de seu gerenciamento eletrônico. A partir dessas informações, o trabalho apresenta o processo de analise dos sinais elétricos e as estratégias de controle utilizadas em um sistema de gerenciamento real. Assim, são desenvolvidos o hardware e o firmware de uma unidade microcontroladora para gerenciamento eletrônico do motor. O hardware foi elaborado com uma concepção centralizada, ou seja, foi usado apenas um microcontrolador de 32-bit para gerenciar todas as funções. O firmware de controle foi desenvolvido de forma modular baseado em modelos de malha fechada. O modelo matemático do motor foi identificado utilizando técnicas de controle em um veículo real, e a avalidação do modelo foi obtida através de testes em um dinamômetro inercial.

Controle de uma plataforma inercial estabilizada com três graus de liberdade.

Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de uma plataforma inercial autônoma com três graus de liberdade para aplicação em estabilização de sensores - por exemplo, gravimétricos estacionários e embarcados - podendo ser utilizada também para estabilização de câmeras. O sistema é formado pela Unidade de Medida Inercial, IMU, desenvolvida utilizando um sensor micro eletromecânico, MEMS - que possui acelerômetro, giroscópio e magnetômetros nos três eixos de orientação - e um microcontrolador para aquisição, processamento e envio dos dados ao sistema de controle e aquisição de dados. Para controle dos ângulos de inclinação e orientação da plataforma, foi implementado um controlador PID digital utilizando microcontrolador. Este recebe os dados da IMU e fornece os sinais de controle utilizando as saídas PWM que acionam os motores, os quais controlam a posição da plataforma. Para monitoramento da plataforma foi desenvolvido um programa para aquisição de dados em tempo real em ambiente Matlab, por meio do qual se pode visualizar e gravar os sinais da IMU, os ângulos de inclinação e a velocidade angular. Testou-se um sistema de transmissão de dados por rádio frequência entre a IMU e o sistema de aquisição de dados e controle para avaliar a possibilidade da não utilização de slip rings ou fios entre o eixo de rotação e os quadros da plataforma. Entretanto, verificou-se a inviabilidade da transmissão em razão da baixa velocidade de transmissão e dos ruídos captados pelo receptor de rádio frequência durante osmovimentos da plataforma. Sendo assim, dois pares de fios trançados foram utilizados fios para conectar o sensor inercial ao sistema de aquisição e processamento.

A Hardware-Software Approach for On-Line Soft Error Mitigation in Interrupt-Driven Applications

Integrity assurance of configuration data has a significant impact on microcontroller-based systems reliability. This is especially true when running applications driven by events which behavior is tightly coupled to this kind of data. This work proposes a new hybrid technique that combines hardware and software resources for detecting and recovering soft-errors in system configuration data. Our approach is based on the utilization of a common built-in microcontroller resource (timer) that works jointly with a software-based technique, which is responsible to periodically refresh the configuration data. The experiments demonstrate that non-destructive single event effects can be effectively mitigated with reduced overheads. Results show an important increase in fault coverage for SEUs and SETs, about one order of magnitude.

THE DESIGN OF A POWER SYSTEM FOR A WIRELESS SENSOR NETWORK FOR LONG-TERM OPERATION

Wireless sensor networks (WSNs) have shown wide applicability to many fields including monitoring of environmental, civil, and industrial settings. WSNs however are resource constrained by many competing factors that span their hardware, software, and networking. One of the central resource constrains is the charge consumption of WSN nodes. With finite energy supplies, low charge consumption is needed to ensure long lifetimes and success of WSNs. This thesis details the design of a power system to support long-term operation of WSNs. The power system’s development occurs in parallel with a custom WSN from the Queen’s MEMS Lab (QML-WSN), with the goal of supporting a 1+ year lifetime without sacrificing functionality. The final power system design utilizes a TPS62740 DC-DC converter with AA alkaline batteries to efficiently supply the nodes while providing battery monitoring functionality and an expansion slot for future development. Testing tools for measuring current draw and charge consumption were created along with analysis and processing software. Through their use charge consumption of the power system was drastically lowered and issues in QML-WSN were identified and resolved including the proper shutdown of accelerometers, and incorrect microcontroller unit (MCU) power pin connection. Controlled current profiling revealed unexpected behaviour of nodes and detailed current-voltage relationships. These relationships were utilized with a lifetime projection model to estimate a lifetime between 521-551 days, depending on the mode of operation. The power system and QML-WSN were tested over a long term trial lasting 272+ days in an industrial testbed to monitor an air compressor pump. Environmental factors were found to influence the behaviour of nodes leading to increased charge consumption, while a node in an office setting was still operating at the conclusion of the trail. This agrees with the lifetime projection and gives a strong indication that a 1+ year lifetime is achievable. Additionally, a light-weight charge consumption model was developed which allows charge consumption information of nodes in a distributed WSN to be monitored. This model was tested in a laboratory setting demonstrating +95% accuracy for high packet reception rate WSNs across varying data rates, battery supply capacities, and runtimes up to full battery depletion.

La contribution des dynamiques internationales formelles au renforcement de la cybersécurité canadienne

La cybersécurité représente un enjeu important pour les services en charge de la sécurité canadienne à l’ère de l’expansion des Menaces Persistantes Avancées (MSP ou cybercrimes de type 1). Ces crimes se déroulent essentiellement dans le cyberespace, ce qui implique l’adoption de mesures spécifiques adéquates à l’environnement numérique, notamment à l’épreuve de son ubiquité. Le gouvernement canadien a pour sa part publié certaines mesures de défense passive et active dont la plus connue est la stratégie canadienne de cybersécurité. Puisque le cyberespace n’est pas limité territorialement, l’autorité canadienne a conclu plusieurs partenariats internationaux d’où ressortent des mesures bilatérales et multilatérales de protection et de renforcement de la cybersécurité. Toutefois, ces diverses mesures nationales et internationales ne tracent pas de cadre légal précisant la nature et le régime juridique des MSP; précisions sans lesquelles l’adoption de règles au plan national serait improductive. Considérant que l’espace numérique est international, il appelle la mise en place de mesures applicables à l’échelle universelle. Or, au plan international, il n’existe aucun texte à valeur légale spécifique à l’espèce. Ainsi, à la question de savoir, quels textes légaux pourraient s’appliquer, il s’est avéré que le jus ad bellum et la Convention européenne contre le cybercrime (Convention de Budapest) apportaient d’incontournables éléments de réponse. D’une part, le jus ad bellum permet de définir la catégorie d’acte dans laquelle peuvent être rangées les MSP, et d’autre part, la Convention de Budapest permet de définir les infractions informatiques commises par les différents acteurs en cause, les procédures d’investigation appropriées et les mécanismes utiles à la coopération internationale. Bien que les éléments ressortis de ces ententes internationales soient utiles à l’adoption d’un corps de règles internationales uniformes, les intérêts étatiques divergents constituent des obstacles de taille.

Control and navigation of a rover for agricultural purposes

L’obiettivo di questa tesi è di descrivere e implementare via software un modello di rover autonomo per uso in ambito agricolo. La scelta di questo argomento deriva dal fatto che al laboratorio CASY dell’Università di Bologna è stato commissionato un robot che possa aiutare piccoli imprenditori agricoli a essere competitivi con i più grandi. Le funzionalità che il robot avrà, una volta ultimato, andranno dal tagliare l’erba allo spruzzare fertilizzante sugli alberi da frutto. Questa tesi si interessa del progetto del sistema di navigazione. Inizialmente viene introdotto il modello cinematico e in particolare la configurazione differential drive in cui il rover rientra. Successivamente viene elaborato un sistema di controllo basato sulla linearizzazione statica del feedback. Una volta completati il modello e il sistema di controllo si procede con la generazione di traiettoria: vengono analizzati e confrontati alcuni algoritmi per l’inseguimento di una traiettoria definita tramite waypoint. Infine è presentato un algoritmo per la navigazione all’interno di un campo di filari di alberi da frutto. Le uniche informazioni esterne disponibili in questo contesto sono le rilevazioni di sensori di distanza frontali e laterali, in quanto un GPS sarebbe troppo impreciso per gli scopi. Questa tesi costituisce la base per ulteriori sviluppi del progetto. In particolare la realizzazione di un programma di supervisione che stabilisca la modalità di moto da attuare e programmi specifici per le varie funzionalità agricole del rover.

The sutureless aortic valve at 1 year: A large multicenter cohort study

OBJECTIVE Sutureless aortic valve replacement (AVR) offers an alternative to standard AVR in aortic stenosis. This prospective, single-arm study aimed to demonstrate safety and effectiveness of a bovine pericardial sutureless aortic valve at 1 year. METHODS From February 2010 to September 2013, 658 patients (mean age 78.3 ± 5.6 years; 40.0% octogenarian; 64.4% female; mean Society of Thoracic Surgeons score 7.2 ± 7.4) underwent sutureless AVR in 25 European centers. Concomitant cardiac procedures were performed in 29.5% and minimally invasive cardiac surgery in 33.3%. RESULTS One-year site-reported event rates were 8.1% for all-cause mortality, 4.5% for cardiac mortality, 3.0% for stroke, 1.9% for valve-related reoperation, 1.4% for endocarditis, and 0.6% for major paravalvular leak. No valve thrombosis, migration, or structural valve deterioration occurred. New York Heart Association class improved at least 1 level in 77.5% and remained stable (70.4% New York Heart Association class I or II at 1 year). Mean effective orifice area was 1.5 ± 0.4 cm(2); pressure gradient was 9.2 ± 5.0 mm Hg. Left ventricular mass decreased from 138.5 g/m(2) before surgery to 115.3 g/m(2) at 1 year (P < .001). Echocardiographic core laboratory findings confirmed that paravalvular leak was rare and remained stable during follow-up. CONCLUSIONS The Perceval sutureless valve resulted in low 1-year event rates in intermediate-risk patients undergoing AVR. New York Heart Association class improved in more than three-quarters of patients and remained stable. These data support the safety and efficacy to 1 year of the Perceval sutureless valve in this intermediate-risk population.

La contribution des dynamiques internationales formelles au renforcement de la cybersécurité canadienne.

La cybersécurité représente un enjeu important pour les services en charge de la sécurité canadienne à l’ère de l’expansion des Menaces Persistantes Avancées (MSP ou cybercrimes de type 1). Ces crimes se déroulent essentiellement dans le cyberespace, ce qui implique l’adoption de mesures spécifiques adéquates à l’environnement numérique, notamment à l’épreuve de son ubiquité. Le gouvernement canadien a pour sa part publié certaines mesures de défense passive et active dont la plus connue est la stratégie canadienne de cybersécurité. Puisque le cyberespace n’est pas limité territorialement, l’autorité canadienne a conclu plusieurs partenariats internationaux d’où ressortent des mesures bilatérales et multilatérales de protection et de renforcement de la cybersécurité. Toutefois, ces diverses mesures nationales et internationales ne tracent pas de cadre légal précisant la nature et le régime juridique des MSP; précisions sans lesquelles l’adoption de règles au plan national serait improductive. Considérant que l’espace numérique est international, il appelle la mise en place de mesures applicables à l’échelle universelle. Or, au plan international, il n’existe aucun texte à valeur légale spécifique à l’espèce. Ainsi, à la question de savoir, quels textes légaux pourraient s’appliquer, il s’est avéré que le jus ad bellum et la Convention européenne contre le cybercrime (Convention de Budapest) apportaient d’incontournables éléments de réponse. D’une part, le jus ad bellum permet de définir la catégorie d’acte dans laquelle peuvent être rangées les MSP, et d’autre part, la Convention de Budapest permet de définir les infractions informatiques commises par les différents acteurs en cause, les procédures d’investigation appropriées et les mécanismes utiles à la coopération internationale. Bien que les éléments ressortis de ces ententes internationales soient utiles à l’adoption d’un corps de règles internationales uniformes, les intérêts étatiques divergents constituent des obstacles de taille.

Mesure de la performance dans les organisations de réadaptation en déficience physique

La présente thèse vise à évaluer le degré d’implantation et d’utilisation de systèmes de mesure de la performance (SMP) par les décideurs des organisations de réadaptation et à comprendre les facteurs contextuels ayant influencé leur implantation. Pour ce faire, une étude de cas multiples a été réalisée comprenant deux sources de données: des entrevues individuelles avec des cadres supérieurs des organisations de réadaptation du Québec et des documents organisationnels. Le cadre conceptuel Consolidated Framework for Implementation Research a été utilisé pour guider la collecte et l’analyse des données. Une analyse intra-cas ainsi qu’une analyse inter-cas ont été réalisées. Nos résultats montrent que le niveau de préparation organisationnelle à l’implantation d’un SMP était élevé et que les SMP ont été implantés avec succès et utilisés de plusieurs façons. Les organisations les ont utilisés de façon passive (comme outil d’information), de façon ciblée (pour tenter d’améliorer des domaines sous-performants) et de façon politique (comme outil de négociation auprès des autorités gouvernementales). Cette utilisation diversifiée des SMP est suscitée par l’interaction complexe de facteurs provenant du contexte interne propre à chaque organisation, des caractéristiques du SMP, du processus d’implantation appliqué et du contexte externe dans lequel évoluent ces organisations. Au niveau du contexte interne, l’engagement continu et le leadership de la haute direction ont été décisifs dans l’implantation du SMP de par leur influence sur l’identification du besoin d’un SMP, l’engagement des utilisateurs visés dans le projet, la priorité organisationnelle accordée au SMP ainsi que les ressources octroyées à son implantation, la qualité des communications et le climat d’apprentissage organisationnel. Toutefois, même si certains de ces facteurs, comme les ressources octroyées à l’implantation, la priorité organisationnelle du SMP et le climat d’apprentissage se sont révélés être des barrières à l’implantation, ultimement, ces barrières n’étaient pas suffisamment importantes pour entraver l’utilisation du SMP. Cette étude a également confirmé l’importance des caractéristiques du SMP, particulièrement la perception de qualité et d’utilité de l’information. Cependant, à elles seules, ces caractéristiques sont insuffisantes pour assurer le succès d’implantation. Cette analyse d’implantation a également révélé que, même si le processus d’implantation ne suit pas des étapes formelles, un plan de développement du SMP, la participation et l’engagement des décideurs ainsi que la désignation d’un responsable de projet ont tous facilité son implantation. Cependant, l’absence d’évaluation et de réflexion collective sur le processus d’implantation a limité le potentiel d’apprentissage organisationnel, un prérequis à l’amélioration de la performance. Quant au contexte externe, le soutien d’un organisme externe s’est avéré un facilitateur indispensable pour favoriser l’implantation de SMP par les organisations de réadaptation malgré l’absence de politiques et incitatifs gouvernementaux à cet effet. Cette étude contribue à accroître les connaissances sur les facteurs contextuels ainsi que sur leurs interactions dans l’utilisation d’innovations tels les SMP et confirme l’importance d’aborder l’analyse de l’implantation avec une perspective systémique.

Direct protein interaction underlies gene-for-gene specificity and coevolution of the flax resistance genes and flax rust avirulence genes

Plant resistance proteins (R proteins) recognize corresponding pathogen avirulence (Avr) proteins either indirectly through detection of changes in their host protein targets or through direct R-Avr protein interaction. Although indirect recognition imposes selection against Avr effector function, pathogen effector molecules recognized through direct interaction may overcome resistance through sequence diversification rather than loss of function. Here we show that the flax rust fungus AvrLS67 genes, whose products are recognized by the L5, L6, and L7 R proteins of flax, are highly diverse, with 12 sequence variants identified from six rust strains. Seven AvrL567 variants derived from Avr alleles induce necrotic responses when expressed in flax plants containing corresponding resistance genes (R genes), whereas five variants from avr alleles do not. Differences in recognition specificity between AvA567 variants and evidence for diversifying selection acting on these genes suggest they have been involved in a gene-specific arms race with the corresponding flax R genes. Yeast two-hybrid assays indicate that recognition is based on direct R-Avr protein interaction and recapitulate the interaction specificity observed in planta. Biochemical analysis of Escherichia coli-produced AvrL567 proteins shows that variants that escape recognition nevertheless maintain a conserved structure and stability, suggesting that the amino acid sequence differences directly affect the R-Avr protein interaction. We suggest that direct recognition associated with high genetic diversity at corresponding R and Avr gene loci represents an alternative outcome of plant-pathogen coevolution to indirect recognition associated with simple balanced polymorphisms for functional and nonfunctional R and Avr genes.