Osmoregulatory traits of broad-toothed field mouse (Apodemus mystacinus) populations from different habitats

One mechanism for physiological adjustment of small mammals to different habitats and different seasons is by seasonal acclimatization of their osmoregulatory system. We examined the abilities of broad-toothed field mice (Apodemus mystacinus) from different ecosystems ('sub-alpine' and 'Mediterranean') to cope with salinity stress under short day (SD) and long day (W) photoperiod regimes. We compared urine volume, osmolarity, urea and electrolyte (sodium, potassium and chloride) concentrations. Significant differences were noted in the abilities of mice from the two ecosystems to deal with salinity load; in particular sub-alpine mice produced less concentrated urine than Mediterranean mice with SD- sub-alpine mice seeming to produce particularly dilute urine. Urea concentration generally decreased with increasing salinity, whereas sodium and potassium levels increased, however SD- sub-alpine mice behaved differently and appeared not to be able to excrete electrolytes as effectively as the other groups of mice. Differences observed provide an insight into the kinds of variability that are present within populations inhabiting different ecosystems, thus how populations may be able to respond to potential changes in their environment. Physiological data pertaining to adaptation to increased xeric conditions, as modelled by A. mystacinus, provides valuable information as to how other species may cope with potential climatic challenges.

Are phenotypic traits useful for differentiating among a priori Coregonus taxa?

A key for three putative species apparently found in three geographic areas, i.e. Coregonus clupeoides (in Scotland), Coregonus stigmaticus (in England), and Coregonus pennantii (in Wales) given in a recent review was tested quantitatively using 544 individuals from nine populations. The classification success of the key was very low (27%). It was concluded that there is currently no robust evidence for the recognition of the three putative species. Furthermore, the use of phenotypic characters alone to distinguish putative species in postglacial fish species such as those of the genus Coregonus that show homoplasy in many of these traits is questioned. In the absence of further evidence, it was concluded that a single highly variable species best describes the pattern of phenotypic variation in these U.K. populations. On this basis it is argued that taxonomic subdivision of U.K. European coregonids is inappropriate and that Coregonus lavaretus should prevail as the species name applicable to all populations.

The biology of habitat dominance; can microbes behave as weeds?

Competition between microbial species is a product of, yet can lead to a reduction in, the microbial diversity of specific habitats. Microbial habitats can resemble ecological battlefields where microbial cells struggle to dominate and/or annihilate each other and we explore the hypothesis that (like plant weeds) some microbes are genetically hard-wired to behave in a vigorous and ecologically aggressive manner. These 'microbial weeds' are able to dominate the communities that develop in fertile but uncolonized - or at least partially vacant - habitats via traits enabling them to out-grow competitors; robust tolerances to habitat-relevant stress parameters and highly efficient energy-generation systems; avoidance of or resistance to viral infection, predation and grazers; potent antimicrobial systems; and exceptional abilities to sequester and store resources. In addition, those associated with nutritionally complex habitats are extraordinarily versatile in their utilization of diverse substrates. Weed species typically deploy multiple types of antimicrobial including toxins; volatile organic compounds that act as either hydrophobic or highly chaotropic stressors; biosurfactants; organic acids; and moderately chaotropic solutes that are produced in bulk quantities (e.g. acetone, ethanol). Whereas ability to dominate communities is habitat-specific we suggest that some microbial species are archetypal weeds including generalists such as: Pichia anomala, Acinetobacter spp. and Pseudomonas putida; specialists such as Dunaliella salina, Saccharomyces cerevisiae, Lactobacillus spp. and other lactic acid bacteria; freshwater autotrophs Gonyostomum semen and Microcystis aeruginosa; obligate anaerobes such as Clostridium acetobutylicum; facultative pathogens such as Rhodotorula mucilaginosa, Pantoea ananatis and Pseudomonas aeruginosa; and other extremotolerant and extremophilic microbes such as Aspergillus spp., Salinibacter ruber and Haloquadratum walsbyi. Some microbes, such as Escherichia coli, Mycobacterium smegmatis and Pseudoxylaria spp., exhibit characteristics of both weed and non-weed species. We propose that the concept of nonweeds represents a 'dustbin' group that includes species such as Synodropsis spp., Polypaecilum pisce, Metschnikowia orientalis, Salmonella spp., and Caulobacter crescentus. We show that microbial weeds are conceptually distinct from plant weeds, microbial copiotrophs, r-strategists, and other ecophysiological groups of microorganism. Microbial weed species are unlikely to emerge from stationary-phase or other types of closed communities; it is open habitats that select for weed phenotypes. Specific characteristics that are common to diverse types of open habitat are identified, and implications of weed biology and open-habitat ecology are discussed in the context of further studies needed in the fields of environmental and applied microbiology.

New genetic loci link adipose and insulin biology to body fat distribution

Body fat distribution is a heritable trait and a well-established predictor of adverse metabolic outcomes, independent of overall adiposity. To increase our understanding of the genetic basis of body fat distribution and its molecular links to cardiometabolic traits, here we conduct genome-wide association meta-analyses of traits related to waist and hip circumferences in up to 224,459 individuals. We identify 49 loci (33 new) associated with waist-to-hip ratio adjusted for body mass index (BMI), and an additional 19 loci newly associated with related waist and hip circumference measures (P < 5 × 10(-8)). In total, 20 of the 49 waist-to-hip ratio adjusted for BMI loci show significant sexual dimorphism, 19 of which display a stronger effect in women. The identified loci were enriched for genes expressed in adipose tissue and for putative regulatory elements in adipocytes. Pathway analyses implicated adipogenesis, angiogenesis, transcriptional regulation and insulin resistance as processes affecting fat distribution, providing insight into potential pathophysiological mechanisms.

Biology and ecology of the white prawn Palaemon longirostris H. Milne Edwards, 1837 (Crustacea, Decapoda, Palaemonidae) in the Mira River, Portugal

Tese de doutoramento, Biologia (Ecografia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014

Enterococcus faecalis V583 prophages: Dynamic interactions and contribution to bacterial pathogenic traits

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology.

Effets des pratiques sylvicoles sur les traits fonctionnels des communautés végétales de friches arbustives

Différents modes de réhabilitation forestière des sites agricoles abandonnés peuvent affecter la diversité végétale des sites. L’analyse des traits fonctionnels des plantes pourrait permettre de révéler l’effet des différentes pratiques sylvicoles suggérées. L’étude porte sur deux communautés de friches arbustives ayant reçu la plantation de trois espèces d’arbres feuillus. La préparation des sites par un débroussaillement total ou par bande, combinés ou non d’herbicide offre l’occasion de mesurer l’effet de ces traitements sur la distribution des traits fonctionnels des communautés végétales après onze ans. Les résultats d’une analyse du 4e coin montrent un effet des traitements sur les traits fonctionnels des communautés et ce, davantage sur le site où la transmission de la lumière est supérieure. Un débroussaillement par bande permet un recul successionnel moins grand que total, avec la présence de plusieurs traits fonctionnels liés aux espèces de fin de succession tels que les phanérophytes et les espèces à semences de plus grande taille Un débroussaillement total résulte plutôt en une présence accrue des espèces exogènes et des intolérantes à la lumière. L’application d’herbicide influence peu la distribution des traits mais augmente la croissance du noyer noir lors de débroussaillement total et dans une moindre mesure lors de débroussaillement en bande. Le peu de différenciation significative de survie et de croissance en hauteur des arbres entre les traitements permet de proposer un débroussaillement par bande plutôt que total, afin de diminuer le recul successionnel, tout en nécessitant un moins grand recours à l’herbicide.

Genome wide search for genetic determinants of habitual alcohol, tobacco and coffee use, obesity-related traits, response to mental and physical stress and hemodynamic traits

Les habitudes de consommation de substances psychoactives, le stress, l’obésité et les traits cardiovasculaires associés seraient en partie reliés aux mêmes facteurs génétiques. Afin d’explorer cette hypothèse, nous avons effectué, chez 119 familles multi-générationnelles québécoises de la région du Saguenay-Lac-St-Jean, des études d’association et de liaison pangénomiques pour les composantes génétiques : de la consommation usuelle d’alcool, de tabac et de café, de la réponse au stress physique et psychologique, des traits anthropométriques reliés à l’obésité, ainsi que des mesures du rythme cardiaque (RC) et de la pression artérielle (PA). 58000 SNPs et 437 marqueurs microsatellites ont été utilisés et l’annotation fonctionnelle des gènes candidats identifiés a ensuite été réalisée. Nous avons détecté des corrélations phénotypiques significatives entre les substances psychoactives, le stress, l’obésité et les traits hémodynamiques. Par exemple, les consommateurs d’alcool et de tabac ont montré un RC significativement diminué en réponse au stress psychologique. De plus, les consommateurs de tabac avaient des PA plus basses que les non-consommateurs. Aussi, les hypertendus présentaient des RC et PA systoliques accrus en réponse au stress psychologique et un indice de masse corporelle (IMC) élevé, comparativement aux normotendus. D’autre part, l’utilisation de tabac augmenterait les taux corporels d’épinéphrine, et des niveaux élevés d’épinéphrine ont été associés à des IMC diminués. Ainsi, en accord avec les corrélations inter-phénotypiques, nous avons identifié plusieurs gènes associés/liés à la consommation de substances psychoactives, à la réponse au stress physique et psychologique, aux traits reliés à l’obésité et aux traits hémodynamiques incluant CAMK4, CNTN4, DLG2, DAG1, FHIT, GRID2, ITPR2, NOVA1, NRG3 et PRKCE. Ces gènes codent pour des protéines constituant un réseau d’interactions, impliquées dans la plasticité synaptique, et hautement exprimées dans le cerveau et ses tissus associés. De plus, l’analyse des sentiers de signalisation pour les gènes identifiés (P = 0,03) a révélé une induction de mécanismes de Potentialisation à Long Terme. Les variations des traits étudiés seraient en grande partie liées au sexe et au statut d’hypertension. Pour la consommation de tabac, nous avons noté que le degré et le sens des corrélations avec l’obésité, les traits hémodynamiques et le stress sont spécifiques au sexe et à la pression artérielle. Par exemple, si des variations ont été détectées entre les hommes fumeurs et non-fumeurs (anciens et jamais), aucune différence n’a été observée chez les femmes. Nous avons aussi identifié de nombreux traits reliés à l’obésité dont la corrélation avec la consommation de tabac apparaît essentiellement plus liée à des facteurs génétiques qu’au fait de fumer en lui-même. Pour le sexe et l’hypertension, des différences dans l’héritabilité de nombreux traits ont également été observées. En effet, des analyses génétiques sur des sous-groupes spécifiques ont révélé des gènes additionnels partageant des fonctions synaptiques : CAMK4, CNTN5, DNM3, KCNAB1 (spécifique à l’hypertension), CNTN4, DNM3, FHIT, ITPR1 and NRXN3 (spécifique au sexe). Ces gènes codent pour des protéines interagissant avec les protéines de gènes détectés dans l’analyse générale. De plus, pour les gènes des sous-groupes, les résultats des analyses des sentiers de signalisation et des profils d’expression des gènes ont montré des caractéristiques similaires à celles de l’analyse générale. La convergence substantielle entre les déterminants génétiques des substances psychoactives, du stress, de l’obésité et des traits hémodynamiques soutiennent la notion selon laquelle les variations génétiques des voies de plasticité synaptique constitueraient une interface commune avec les différences génétiques liées au sexe et à l’hypertension. Nous pensons, également, que la plasticité synaptique interviendrait dans de nombreux phénotypes complexes influencés par le mode de vie. En définitive, ces résultats indiquent que des approches basées sur des sous-groupes et des réseaux amélioreraient la compréhension de la nature polygénique des phénotypes complexes, et des processus moléculaires communs qui les définissent.

Estimation des corrélations phylogénétiques entre paramètres d'évolution moléculaire et Traits d'histoire de vie

Depuis quelques années, l'évolution moléculaire cherche à caractériser les variations et l'intensité de la sélection grâce au rapport entre taux de substitution synonyme et taux de substitution non-synonyme (dN/dS). Cette mesure, dN/dS, a permis d'étudier l'histoire de la variation de l'intensité de la sélection au cours du temps ou de détecter des épisodes de la sélection positive. Les liens entre sélection et variation de taille efficace interfèrent cependant dans ces mesures. Les méthodes comparatives, quant a elle, permettent de mesurer les corrélations entre caractères quantitatifs le long d'une phylogénie. Elles sont également utilisées pour tester des hypothèses sur l'évolution corrélée des traits d'histoire de vie, mais pour être employées pour étudier les corrélations entre traits d'histoire de vie, masse, taux de substitution ou dN/dS. Nous proposons ici une approche combinant une méthode comparative basée sur le principe des contrastes indépendants et un modèle d'évolution moléculaire, dans un cadre probabiliste Bayésien. Intégrant, le long d'une phylogénie, sur les reconstructions ancestrales des traits et et de dN/dS nous estimons les covariances entre traits ainsi qu'entre traits et paramètres du modèle d'évolution moléculaire. Un modèle hiérarchique, a été implémenté dans le cadre du logiciel coevol, publié au cours de cette maitrise. Ce modèle permet l'analyse simultané de plusieurs gènes sans perdre la puissance donnée par l'ensemble de séquences. Un travail deparallélisation des calculs donne la liberté d'augmenter la taille du modèle jusqu'à l'échelle du génome. Nous étudions ici les placentaires, pour lesquels beaucoup de génomes complets et de mesures phénotypiques sont disponibles. À la lumière des théories sur les traits d'histoire de vie, notre méthode devrait permettre de caractériser l'implication de groupes de gènes dans les processus biologique liés aux phénotypes étudiés.

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.

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.

TRY: a global database of plant traits

Plant traits – the morphological, anatomical, physiological, biochemical and phenological characteristics of plants and their organs – determine how primary producers respond to environmental factors, affect other trophic levels, influence ecosystem processes and services and provide a link from species richness to ecosystem functional diversity. Trait data thus represent the raw material for a wide range of research from evolutionary biology, community and functional ecology to biogeography. Here we present the global database initiative named TRY, which has united a wide range of the plant trait research community worldwide and gained an unprecedented buy-in of trait data: so far 93 trait databases have been contributed. The data repository currently contains almost three million trait entries for 69 000 out of the world's 300 000 plant species, with a focus on 52 groups of traits characterizing the vegetative and regeneration stages of the plant life cycle, including growth, dispersal, establishment and persistence. A first data analysis shows that most plant traits are approximately log-normally distributed, with widely differing ranges of variation across traits. Most trait variation is between species (interspecific), but significant intraspecific variation is also documented, up to 40% of the overall variation. Plant functional types (PFTs), as commonly used in vegetation models, capture a substantial fraction of the observed variation – but for several traits most variation occurs within PFTs, up to 75% of the overall variation. In the context of vegetation models these traits would better be represented by state variables rather than fixed parameter values. The improved availability of plant trait data in the unified global database is expected to support a paradigm shift from species to trait-based ecology, offer new opportunities for synthetic plant trait research and enable a more realistic and empirically grounded representation of terrestrial vegetation in Earth system models.

Dietary factors impact on the association between CTSS variants and obesity related traits

BACKGROUND/AIMS: Cathepsin S, a protein coded by the CTSS gene, is implicated in adipose tissue biology--this protein enhances adipose tissue development. Our hypothesis is that common variants in CTSS play a role in body weight regulation and in the development of obesity and that these effects are influenced by dietary factors--increased by high protein, glycemic index and energy diets. METHODS: Four tag SNPs (rs7511673, rs11576175, rs10888390 and rs1136774) were selected to capture all common variation in the CTSS region. Association between these four SNPs and several adiposity measurements (BMI, waist circumference, waist for given BMI and being a weight gainer-experiencing the greatest degree of unexplained annual weight gain during follow-up or not) given, where applicable, both as baseline values and gain during the study period (6-8 years) were tested in 11,091 European individuals (linear or logistic regression models). We also examined the interaction between the CTSS variants and dietary factors--energy density, protein content (in grams or in % of total energy intake) and glycemic index--on these four adiposity phenotypes. RESULTS: We found several associations between CTSS polymorphisms and anthropometric traits including baseline BMI (rs11576175 (SNP N°2), p = 0.02, β = -0.2446), and waist change over time (rs7511673 (SNP N°1), p = 0.01, β = -0.0433 and rs10888390 (SNP N°3), p = 0.04, β = -0.0342). In interaction with the percentage of proteins contained in the diet, rs11576175 (SNP N°2) was also associated with the risk of being a weight gainer (p(interaction) = 0.01, OR = 1.0526)--the risk of being a weight gainer increased with the percentage of proteins contained in the diet. CONCLUSION: CTSS variants seem to be nominally associated to obesity related traits and this association may be modified by dietary protein intake.

Effects of planting density and nitrogen application on seed yield and other morphological traits of the leafy vegetable kale (Brassica oleracea).

The relationship between food security and sustainable land use is considered to be of the uttermost importance to increase yields without having to increase the agricultural land area over which crops are grown. In the present study nitrogen concentration (25 and 85 kg ha-1) and planting density (6.7, 10 and 25 plants m-2) were investigated for their effect on whole plant physiology and pod seed yield in kale (Brassica oleracea), to determine if the fruit (pod) yield could be manipulated agronomically. Nitrogen concentration did not significantly affect seed yield and it is therefore recommended that the lower concentration be used commercially. Conversely planting density did have a significant effect with increases in seed yield observed at the highest planting density of 25 plants m-2, therefore this high planting density would be recommended commercially to maximise area efficiency, highlighting that simple agronomic changes are capable of increasing crop yields over a set area.

Contrasting phylogenetic signals and evolutionary rates in floral traits of Neotropical lianas

The diversity of floral forms has long been considered a prime example of radiation through natural selection. However, little is still known about the evolution of floral traits, a critical piece of evidence for the understanding of the processes that may have driven flower evolution. We studied the pattern of evolution of quantitative floral traits in a group of Neotropical lianas (Bignonieae, Bignoniaceae) and used a time-calibrated phylogeny as basis to: (1) test for phylogenetic signal in 16 continuous floral traits; (2) evaluate the rate of evolution in those traits; and (3) reconstruct the ancestral state of the individual traits. Variation in floral traits among extant species of Bignonieae was highly explained by their phylogenetic history. However, opposite signals were found in floral traits associated with the attraction of pollinators (calyx and corolla) and pollen transfer (androecium and gynoecium), suggesting a differential role of selection in different floral whorls. Phylogenetic independent contrasts indicate that traits evolved at different rates, whereas ancestral character state reconstructions indicate that the ancestral size of most flower traits was larger than the mean observed sizes of the same traits in extant species. The implications of these patterns for the reproductive biology of Bignonieae are discussed. (C) 2011 The Linnean Society of London, Biological Journal of the Linnean Society, 2011, 102, 378-390.