Population differentiation and its consequences in the white campion "Silene latifolia" (Caryophyllaceae): a functional analysis

Summary In his theory On the Origin of Species by Means of Natural Selection (1859), Darwin describes evolution as a gradual change in population over time and that natural selection is a process that caused evolution. Because quantitative variation in species is partly influenced by several genes and thus heritable, association between levels of genetic variation at neutral markers and at quantitative traits and their partitioning within and among populations are important to study mechanisms that drive evolution in populations. Most studies addressing quantitative variation in plants focused on morphological and life history traits but not in traits affecting reproductive success. The aim of this thesis is to better understand how patterns of variation for neutral molecular markers and phenotypic traits drive the evolution of reproduction and defensive mechanisms in six European populations of Silene latifolia, a dioecious plant species. We found evidence for extremely high within and between population variation at six microsatellite loci and at most quantitative traits studied in plants grown under standardized conditions (morphology, life history and reproductive traits). Interestingly, there was clinal variation between age at first flowering and latitude. This pattern is likely due to natural selection since differentiation of this trait was high, heritable and probably higher than differentiation at neutral markers. Our study focused on sex specific selective pressures: mechanisms of intersexual coadaptation and defence mechanism against the seed predator Hadena bicruris. To address divergence at reproductive traits, we studied male and female population of origin effects and in particular pollen competitive ability on male post-pollination success in the study populations with within and between populations crosses. We crossed the same female plant with pollen from a male within the same population of origin and pollen from two males from two distinct populations, using a fixed tester male as a competitor. Additionally, we conducted control crosses with pollen from each male as a single donor. We analysed paternity success of each competitor with two microsatellite loci, seed set and offspring fitness. Male population of origin showed significant among-population variation for siring success at pollen competition. In vitro pollen germination rate showed heritable variation among populations and was positively correlated to siring success. Local or foreign pollen did not have a consistent advantage. Furthermore, female population of origin affected the outcome of pollen competition in some populations. There was no difference of seed set or offspring fitness in within/ between population crosses. This suggests that reproductive divergence may occur via pollen competition in Silene latifolia. The specialist seed predator Hadena bicruris may also induce divergence between populations. We tested potential constitutive and induced defence mechanisms against the specialist predator Hadena bicruris. Because fruit wall thickness is smaller in the invasive range (Northern America) were the moth is absent, this suggests that a thicker fruit wall is a potentially defensive trait against larval attack, and that relaxed selection in the absence of the seed predator has resulted in an evolutionary loss of this defence in the invasive range. Fruit wall thickness was different among three populations. Experimental exposure to moth eggs increased fruit abortion. Fruits built after attack on exposed plants did not have thicker fruit walls compared to fruits on non-exposed plants. Furthermore, fruits with thicker fruit walls were not less profitable, nor did they require longer handling time when exposed to larvae, suggesting no defensive role of fruit wall thickness. Our results show that there is high molecular and phenotypic variation in Silene latifolia and that traits potentially involved in reproductive success both for intra-specific (between sexes) and inter-specific interactions are heritable. Different selective forces may thus interact and cause differential evolution of geographically separated Silene latifolia populations in Europe, leading to the observed differentiation. Résumé Dans sa théorie de l'évolution, L'origine des espèces, ch. 4 (1859), Darwin décrit l'évolution comme un processus continu au cours du temps à l'intérieur de populations et que la sélection naturelle en est le moteur. La variation quantitative est en partie déterminée par plusieurs gènes, donc transmissible à la descendance. Associer le niveau de variation génétique à des marqueurs neutres au niveau de la variation à des traits quantitatifs, ainsi que la répartition à l'intérieur et entre les populations d'une espèce donnée de cette variation, sont importants dans la compréhension des forces évolutives. La plupart des études scientifiques sur la variation quantitative chez les plantes se sont intéressées à la morphologie et à la phénologie mais pas aux caractères impliqués dans le succès reproducteur. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre comment la répartition de la variation à des marqueurs neutres et des caractères quantitatifs influence l'évolution de la reproduction et des mécanismes de défense dans six populations Européennes de l'espèce dioïque Silene latifolia. Nous avons mis en évidence une grande diversité intra et inter-population à six loci microsatellites ainsi qu'à la plupart des caractères quantitatifs mesurés (morphologie, phénologie et traits reproducteurs) sur des plantes cultivées dans des conditions standardisées. Un résultat intéressant est la présence d'un cline latitudinal pour l'âge à la floraison. Ceci est probablement une conséquence de la sélection naturelle, puisque ce caractère est différencié entre les populations étudiées, héritable et que la différenciation de ce trait est supérieure à la différenciation des marqueurs neutres étudiés. Notre étude a ensuite porté plus précisément sur les pressions de sélection spécifiques aux sexes : la coadaptation entre les sexes et les mécanismes de défense contre l'insecte granivore Hadena bicruris. Afin d'évaluer la divergence sur les traits reproducteurs, nous avons étudié les effets des populations d'origine des mâles et des femelles et en particulier le succès reproducteur des mâles après pollinisation à l'aide de croisements inter et intra-population. Nous avons pollinisé la même femelle avec du pollen provenant d'un mâle de la même population ainsi qu'avec le pollen de deux mâles provenant de deux autres populations en situation de compétition avec un pollen provenant d'une population test. Des croisements contrôle ont été réalisés avec les mêmes mâles en pollinisation pure. Nous avons évalué le succès reproducteur de chaque mâle à l'aide d'analyses de paternité ainsi que la production de graines et la fitness de la descendance. L'origine du mâle avait un effet sur la paternité. Le taux de croissance in vitro du pollen est un caractère héritable et a eu un effet positif sur le succès reproducteur. De plus, l'origine de la femelle avait un effet sur le succès des mâles en compétition dans certaines populations. Nos résultats suggèrent qu'une divergence reproductive chez Silene latifolia pourrait apparaître suite à la compétition pollinique. Nous avons ensuite testé des mécanismes potentiels de défense constitutive et induite contre l'herbivore spécialiste Hadena bicruris, un papillon nocturne qui pourrait aussi jouer un rôle dans la différenciation des populations. L'épaisseur des fruits étant plus faible dans les régions où la plante est invasive (Amérique du Nord) et où l'insecte est absent, ce trait pourrait jouer un rôle défensif. Une pression de sélection plus faible causée par l'absence de l'herbivore aurait abouti à une perte de cette défense dans ces régions. Nous avons montré que l'épaisseur du fruit est variable selon les populations. L'infestation artificielle de fruit par l'insecte induit l'abscission sélective des fruits. Les fruits produits après une infestation n'étaient pas plus épais que les fruits issus de plantes non infestées. De plus, les fruits épais n'étaient pas moins nutritifs et ne causaient pas de perte de temps pour la prédation pour les larves, ce qui suggère que l'épaisseur des fruits ne joue pas un rôle défensif. Nos résultats montrent que plusieurs pressions de sélection interviennent et interagissent dans l'évolution de populations distantes, provoquant la divergence des populations Européennes de l'espèce Silene latifolia.

Pattern and clinical significance of cancer-testis gene expression in head and neck squamous cell carcinoma

Les cancer-testis antigènes appartiennent à la famille des antigènes tumoraux spécifiques. Ils ont montré un pouvoir immunogène chez les patients porteurs de différents cancers. En effet, ils stimulent sélectivement les lymphocytes cytotoxiques, et leur expression spécifique dans les tissus tumoraux en fait une cible idéale pour une vaccination antitumorale. Le but de cette étude est d'identifier l'expression de certains de ces antigènes, d'analyser leur valeur pronostique et de déterminer la meilleure cible antigénique pour permettre une immunothérapie spécifique dans les carcinomes épidermoïdes des voies aérodigestives supérieures. Le profil et le taux d'expression de 12 cancer-testis antigènes (MAGE-A1, MAGE-A3, MAGE-A4, MAGEA10, MAGE-C2, NY-ESO-1, LAGE-1, SSX-2, SSX-4, BAGE, GAGE-1/2, GAGE-3/4) et de 3 autres antigènes tumoraux spécifiques (PRAME, HERV-K-MEL, NA-17A) ont été évalués par RT-PCR sur 57 échantillons de cancers ORL primaires. Les paramètres tumoraux et cliniques ont été prospectivement collectés afin de corréler ces données avec le résultat de nos investigations immunobiologiques. Quatre-vingt-huit pour cent des tumeurs expriment au moins 1 antigène. Une co-expression de 3 gènes ou plus est détectée chez 59% des patients. MAGE-A4 (60%), MAGE-A3 (51%), PRAME (49%) et HERV-K-MEL (42%) sont les gènes le plus fréquemment exprimés. Ils sont totalement absents des muqueuses saines avoisinantes. La présence de MAGE-A et NY-ESO-1 à la surface des cellules a été vérifiée par immunohistochimie. Nos analyses statistiques ont permis d'identifier une diminution de la survie liée au cancer chez les patients porteurs d'une tumeur exprimant de multiples cancer-testis antigènes et notamment MAGE-A4 dont l'expression indépendante d'autres éléments cliniques s'associe statistiquement à un taux de survie diminué. Nos résultats ont permis d'identifier un rôle pronostique de l'expression des gènes associés aux tumeurs dont l'expression est apparemment liée à un phénotype de malignité plus élevé. Cette constatation, corroborée par l'identification parallèle d'un infiltrat lymphocytaire spécifique confirme l'utilité potentielle de certains cancer-testis antigènes comme cible pour une immunothérapie ciblée dans les carcinomes des voies aérodigestives supérieures

Brownian pump powered by a white-noise flasing ratchet

A Brownian pump of particles powered by a stochastic flashing ratchet mechanism is studied. The pumping device is embedded in a finite region and bounded by particle reservoirs. In the steady state, we exactly calculate the spatial density profile, the concentration ratio between both reservoirs and the particle flux. We propose a simulation framework for the consistent evaluation of such observable quantities.

Leaf application of silicic acid to white oat and wheat

Silicon (Si) is beneficial to plants in several aspects, but there are doubts about the effectiveness of leaf application. The purpose of this work was to evaluate the effects of Si, applied in a newly developed stabilized silicic acid form to the leaf, on nutrition and yield of irrigated white oat and wheat. Two experiments were performed (one per crop) in winter 2008, in Botucatu-SP, Brazil. A completely randomized block design with 14 replications was used. Treatments consisted of a control (without Si application) and Si leaf spraying, at a rate of 2.0 L ha-1 of the commercial product containing 0.8 % soluble Si. Silicon rate was divided in three parts, i.e. applications at tillering, floral differentiation and booting stages. Silicon leaf application increased N, P, K, and Si concentrations in white oat flag leaf, resulting in higher shoot dry matter, number of panicles per m², number of grains per panicle and grain yield increase of 34 %. In wheat, Si leaf application increased K and Si concentrations, shoot dry matter and number of spikes per m², resulting in a grain yield increase of 26.9 %.

Mikrovaskulär anastomosierte Transplantate : Verwendung in der Kopf-Hals-Region nach Bestrahlung und Gefäßdepletion [Grafts with microvascular anastomosis : Their use in the head and neck region following radiotherapy and vessel depletion].

Surgical tumor removal is often the treatment of choice in patients with head and neck squamous cell carcinoma. Depending on the extent of tumor resection, large defects are often produced in the individual head and neck regions, necessitating reconstructive surgery to avoid further functional impairment. In principle, this decision depends on the size and location of the defect, the aesthetic importance of the region and the functional significance of the area to be replaced. Reconstructive free flap procedures in patients who have undergone radiotherapy or exhibit vessel depletion in the neck due to multiple previous surgical interventions are particularly challenging. In order to ensure the best possible outcomes of surgical oncology therapies under difficult circumstances, this paper discusses the important factors and variables that can increase the success rate of microvascular grafts in irradiated or multiply resected patients.

Multi-Atlas based Segmentation of Head and Neck CT Images using Active Contour

This paper presents the segmentation of bilateral parotid glands in the Head and Neck (H&N) CT images using an active contour based atlas registration. We compare segmentation results from three atlas selection strategies: (i) selection of "single-most-similar" atlas for each image to be segmented, (ii) fusion of segmentation results from multiple atlases using STAPLE, and (iii) fusion of segmentation results using majority voting. Among these three approaches, fusion using majority voting provided the best results. Finally, we present a detailed evaluation on a dataset of eight images (provided as a part of H&N auto segmentation challenge conducted in conjunction with MICCAI-2010 conference) using majority voting strategy.

Exact solution to the mean exit time problem for free inertial processes driven by Gaussian white noise

We obtain the exact analytical expression, up to a quadrature, for the mean exit time, T(x,v), of a free inertial process driven by Gaussian white noise from a region (0,L) in space. We obtain a completely explicit expression for T(x,0) and discuss the dependence of T(x,v) as a function of the size L of the region. We develop a new method that may be used to solve other exit time problems.

Bistability driven by white shot noise

We consider mean-first-passage times and transition rates in bistable systems driven by white shot noise. We obtain closed analytical expressions, asymptotic approximations, and numerical simulations in two cases of interest: (i) jumps sizes exponentially distributed and (ii) jumps of the same size.

Radiochemotherapy in locally advanced squamous cell carcinomas of the head and neck.

Squamous cell carcinoma of the head and neck (SCCHN) is a common disease that develops in the upper aerodigestive epithelium. The most important risk factors are tobacco and alcohol consumption. There is also increasing evidence that human papillomavirus plays an important role in the cause of SCCHN. The complex anatomy, the vital functions of the upper aerodigestive tract and the close proximity to vital structures, explain that the goal of treatment is not only to improve survival outcomes, but also to preserve organ function. Radiotherapy and surgery are the standard modalities of treatment, reflecting the locoregional predominance of SCCHN. Chemotherapy plays an important role in the treatment of patients with locoregionally advanced disease, in conjunction with radiotherapy and surgery. Indeed, standard therapy for resectable locoregionally advanced (stage III or IV) SCCHN cancers consists either of surgery and adjuvant chemoradiotherapy or definitive concomitant chemoradiotherapy, depending upon disease site, stage and resectability of the tumour, or institutional experience. Concomitant chemoradiotherapy has been shown in several randomised trials to improve disease-free and overall survival in the postoperative setting for resected disease with poor prognostic factors. Furthermore, multiple randomised studies and meta-analyses have shown that definitive chemoradiotherapy, as well anti-epidermal growth factor receptor treatment in one randomised study, improved disease-free and overall survival when compared with radiotherapy alone. This overview reviews the most relevant published studies on the multidisciplinary management of SCCHN and discusses future strategies to reduce locoregional failures.

The White Cane Magazine, Winter 2011, Vol. 2, no. 1

Quarterly newsletter produced by the Iowa Department of Blind, about the information and activities that are on going in the department.

The White Cane Magazine, Summer 2011, Vol. 2, no. 3

Quarterly newsletter produced by the Iowa Department of Blind, about the information and activities that are on going in the department.

The White Cane Magazine, Fall 2011, Vol. 2, no. 4

Quarterly newsletter produced by the Iowa Department of Blind, about the information and activities that are on going in the department.

The White Cane Magazine, Winter 2012, Vol. 3, no. 1

Quarterly newsletter produced by the Iowa Department of Blind, about the information and activities that are on going in the department.