The evolutionary history of ferns inferred from 25 low-copy nuclear genes.

UNLABELLED: • PREMISE OF THE STUDY: Understanding fern (monilophyte) phylogeny and its evolutionary timescale is critical for broad investigations of the evolution of land plants, and for providing the point of comparison necessary for studying the evolution of the fern sister group, seed plants. Molecular phylogenetic investigations have revolutionized our understanding of fern phylogeny, however, to date, these studies have relied almost exclusively on plastid data.• METHODS: Here we take a curated phylogenomics approach to infer the first broad fern phylogeny from multiple nuclear loci, by combining broad taxon sampling (73 ferns and 12 outgroup species) with focused character sampling (25 loci comprising 35877 bp), along with rigorous alignment, orthology inference and model selection.• KEY RESULTS: Our phylogeny corroborates some earlier inferences and provides novel insights; in particular, we find strong support for Equisetales as sister to the rest of ferns, Marattiales as sister to leptosporangiate ferns, and Dennstaedtiaceae as sister to the eupolypods. Our divergence-time analyses reveal that divergences among the extant fern orders all occurred prior to ∼200 MYA. Finally, our species-tree inferences are congruent with analyses of concatenated data, but generally with lower support. Those cases where species-tree support values are higher than expected involve relationships that have been supported by smaller plastid datasets, suggesting that deep coalescence may be reducing support from the concatenated nuclear data.• CONCLUSIONS: Our study demonstrates the utility of a curated phylogenomics approach to inferring fern phylogeny, and highlights the need to consider underlying data characteristics, along with data quantity, in phylogenetic studies.

Characterization of the FKBP12-Encoding Genes in Aspergillus fumigatus.

Invasive aspergillosis, largely caused by Aspergillus fumigatus, is responsible for a growing number of deaths among immunosuppressed patients. Immunosuppressants such as FK506 (tacrolimus) that target calcineurin have shown promise for antifungal drug development. FK506-binding proteins (FKBPs) form a complex with calcineurin in the presence of FK506 (FKBP12-FK506) and inhibit calcineurin activity. Research on FKBPs in fungi is limited, and none of the FKBPs have been previously characterized in A. fumigatus. We identified four orthologous genes of FKBP12, the human FK506 binding partner, in A. fumigatus and designated them fkbp12-1, fkbp12-2, fkbp12-3, and fkbp12-4. Deletional analysis of the four genes revealed that the Δfkbp12-1 strain was resistant to FK506, indicating FKBP12-1 as the key mediator of FK506-binding to calcineurin. The endogenously expressed FKBP12-1-EGFP fusion protein localized to the cytoplasm and nuclei under normal growth conditions but also to the hyphal septa following FK506 treatment, revealing its interaction with calcineurin. The FKBP12-1-EGFP fusion protein didn't localize at the septa in the presence of FK506 in the cnaA deletion background, confirming its interaction with calcineurin. Testing of all deletion strains in the Galleria mellonella model of aspergillosis suggested that these proteins don't play an important role in virulence. While the Δfkbp12-2 and Δfkbp12-3 strains didn't show any discernable phenotype, the Δfkbp12-4 strain displayed slight growth defect under normal growth conditions and inhibition of the caspofungin-mediated "paradoxical growth effect" at higher concentrations of the antifungal caspofungin. Together, these results indicate that while only FKBP12-1 is the bona fide binding partner of FK506, leading to the inhibition of calcineurin in A. fumigatus, FKBP12-4 may play a role in basal growth and the caspofungin-mediated paradoxical growth response. Exploitation of differences between A. fumigatus FKBP12-1 and human FKBP12 will be critical for the generation of fungal-specific FK506 analogs to inhibit fungal calcineurin and treat invasive fungal disease.

Gene loss, adaptive evolution and the co-evolution of plumage coloration genes with opsins in birds.

BACKGROUND: The wide range of complex photic systems observed in birds exemplifies one of their key evolutionary adaptions, a well-developed visual system. However, genomic approaches have yet to be used to disentangle the evolutionary mechanisms that govern evolution of avian visual systems. RESULTS: We performed comparative genomic analyses across 48 avian genomes that span extant bird phylogenetic diversity to assess evolutionary changes in the 17 representatives of the opsin gene family and five plumage coloration genes. Our analyses suggest modern birds have maintained a repertoire of up to 15 opsins. Synteny analyses indicate that PARA and PARIE pineal opsins were lost, probably in conjunction with the degeneration of the parietal organ. Eleven of the 15 avian opsins evolved in a non-neutral pattern, confirming the adaptive importance of vision in birds. Visual conopsins sw1, sw2 and lw evolved under negative selection, while the dim-light RH1 photopigment diversified. The evolutionary patterns of sw1 and of violet/ultraviolet sensitivity in birds suggest that avian ancestors had violet-sensitive vision. Additionally, we demonstrate an adaptive association between the RH2 opsin and the MC1R plumage color gene, suggesting that plumage coloration has been photic mediated. At the intra-avian level we observed some unique adaptive patterns. For example, barn owl showed early signs of pseudogenization in RH2, perhaps in response to nocturnal behavior, and penguins had amino acid deletions in RH2 sites responsible for the red shift and retinal binding. These patterns in the barn owl and penguins were convergent with adaptive strategies in nocturnal and aquatic mammals, respectively. CONCLUSIONS: We conclude that birds have evolved diverse opsin adaptations through gene loss, adaptive selection and coevolution with plumage coloration, and that differentiated selective patterns at the species level suggest novel photic pressures to influence evolutionary patterns of more-recent lineages.

Characterization of the human and mouse ETV1/ER81 transcription factor genes: Role of the two alternatively spliced isoforms in the human

The Ets transcription factors of the PEA3 group - E1AF/PEA3, ETV1/ER81 and ERM - are almost identical in the ETS DNA-binding and the transcriptional acidic domains. To accelerate our understanding of the molecular basis of putative diseases linked to ETV1 such as Ewing's sarcoma we characterized the human ETV1 and the mouse ER81 genes. We showed that these genes are both encoded by 13 exons in more than 90 kbp genomic DNA, and that the classical acceptor and donor splicing sites are present in each junction except for the 5' donor site of intron 9 where GT is replaced by TT. The genomic organization of the ETS and acidic domains in the human ETV1 and mouse ER81 (localized to chromosome 12) genes is similar to that observed in human ERM and human E1AF/PEA3 genes. Moreover, as in human ERM and human E1AF/PEA3 genes, a first untranslated exon is upstream from the first methionine, and the mouse ER81 gene transcription is regulated by a 1.8 kbp of genomic DNA upstream from this exon. In human, the alternative splicing of the ETV1 gene leads to the presence (ETV1α) or the absence (ETV1β) of exon 5 encoding the C-terminal part of the transcriptional acidic domain, but without affecting the alpha helix previously described as crucial for transactivation. We demonstrated here that the truncated isoform (human ETV1β) and the full-length isoform (human ETV1α) bind similarly specific DNA Ets binding sites. Moreover, they both activate transcription similarly through the PKA-transduction pathway, so suggesting that this alternative splicing is not crucial for the function of this protein as a transcription factor. The comparison of human ETV1α and human ETV1β expression in the same tissues, such as the adrenal gland or the bladder, showed no clear-cut differences. Altogether, these data open a new avenue of investigation leading to a better understanding of the functional role of this transcription factor.

Bases moleculares de la interacción virus-planta : relación entre genes de defensa, ARNs pequeños y sintomatología

Los virus fitopatógenos producen alteraciones en el metabolismo y la fisiología de sus huéspedes provocadas principalmente por alteraciones en la expresión génica durante las infecciones. Numerosos cambios están asociados a respuestas de estrés y defensa y sus efectos secundarios son probablemente causantes de los síntomas. El uso de plantas transgénicas que expresan proteínas virales constituye un sistema útil para estudiar la complejidad de la interacción planta-virus. Con el fin de determinar patrones de expresión génica alterados, se emplearon líneas que expresan proteínas del TMV sin función supresora del silenciamiento: la proteína de cápside mutada (CPT42W), la proteína de movimiento (MP) y una línea co-expresante (MPxCPT42W) que mostró alteraciones morfológicas (semejantes a síntomas) y de acumulación de miARNs. Se realizó un microarreglo para detectar cambios transcripcionales asociados a la coexpresión de CPT42W y MP, utilizando como control una línea isogénica con ambos transgenes silenciados y fenotipo normal (mpxcpT42W*). Se estudiaron procesos biológicos cuyos genes mostraron alteraciones por la co-expresión de CPT42W y MP, focalizando en vías relacionadas a estrés oxidativo, inmunidad innata y vías degradación de ARN. Se demostró que CPT42W y MP modularon la defensa innata de un modo complejo: MP parecería actuar como inductor de defensa, alterando los niveles de ERO y SA mientras que CP jugaría un rol antagónico, inhibiendo la expresión de PR-1 y RDR1. Por otro lado, estudios funcionales en vías de degradación de ARN, demostraron que genes componentes del ARN exosoma, inducidos por la expresión de MP y CPT42W, estarían implicados en la alteración de miARNs y constituirían mecanismos alternativos subyacentes a la generación de síntomas en infecciones virales. Este trabajo constituye un importante aporte al entendimiento de los mecanismos de defensa antiviral y de producción de síntomas, proporcionando herramientas para diseñar nuevas estrategias biotecnológicas de control de virosis en cultivos de interés agronómico.

Fisiología del fruto de kiwi (Actinidia deliciosa) durante su desarrollo y ablandamiento : expresión de genes asociados y su modulación por etileno y 1-metilciclopropeno

A fin de investigar el efecto fisiológico del etileno y del 1-metilciclopropeno en el progreso del ablandamiento del kiwi, se trató los frutos con esos reguladores inmediatamente después de la cosecha, o con 1-metilciclopropeno en diferentes estadios de la maduración después de 40, 80 o 120 d de almacenamiento refrigerado (0ºC). El tratamiento con etileno inmediatamente después de la cosecha estimuló el ablandamiento de la pulpa, incrementó y adelantó el pico de producción de etileno y la expresión de los genes KWACS1 y KWACO1 involucrados en la biosíntesis del etileno. En cambio, el tratamiento con 1-metilciclopropeno en el mismo estadio retrasó marcadamente el ablandamiento e inhibió la producción de etileno. Los incrementos en la abundancia de transcriptos de KWACS1 y KWACO1 fueron bloqueados por el tratamiento con 1-metilciclopropeno, indicando que estos genes son regulados positivamente por el etileno. Los kiwis almacenados en frío (0 ºC) por 40, 80 o 120 d y luego tratados con 1-metilciclopropeno antes de su retorno a 20 ºC para su maduración ulterior mostraron una tasa reducida de ablandamiento de la pulpa y un estadio de madurez de consumo extendido. Estos resultados indican claramente que la aplicación de 1-metilciclopropeno puede jugar un papel significativo en el inicio y en el progreso del ablandamiento del kiwi. El 1-metilciclopropeno inhibió o restringió severamente la producción autocatalítica de etileno en cualquier estado de maduración. La transcripción de los genes KWACS1 y KWACO1 resulto inhibida por el tratamiento con 1-metilciclopropeno después de 40 y 80 d de almacenamiento en frío, sugiriendo que existe una regulación por retroalimentación positiva para la producción de etileno, incluso después del almacenamiento refrigerado. Para investigar los niveles de expresión de genes relacionados con la pared celular durante la ontogenia del kiwi y en respuesta a la aplicación de etileno y de 1-metilciclopropeno, se obtuvo una secuencia completa de cDNA a la cual se denominó AdGAL1, determinándose por análisis bioinformático que es un homólogo de ß-D-galactosidasa de kiwi. El producto deducido de la traducción de AdGAL1 consta de 728 aminoacidos de longitud mientras que laproteina madura posee una masa molecular predicha de 81,12 kDa y un pI teorico de 7,5. Se efectuaron reacciones de RT-PCR semicuantitativas para evaluar la expresión de AdGAL1 y de una serie de secuencias de ADN. Los transcriptos que hibridizan con AdGAL1 resultaron apenas detectables durante el crecimiento del fruto pero se observaron tanto en mesocarpo externo como en columela al comienzo del ablandamiento del fruto (Fase IV, Estadio 1), y durante el ablandamiento tardío (Estadio 3) sugiriendo su injerencia en las grandes pérdidas de galactosa de la pared celular durante el ablandamiento del kiwi. La abundancia de transcriptos que hibridizan con AdARF1 y AdARF/XYL (codificantes de alfa-L-arabinofuranosidasa y de alfa-L-arabinofuranosidasa/ß-D-xilosidasa putativas) permaneció relativamente constante a traves de todo el crecimiento y la maduración(...)

Introgresión diferencial de los genes Rht1 y Rht2 en cultivares de trigo pan en las distintas subregiones trigueras argentinas

p.107-113

Efecto modificador de genes supresores de la expresión fenotípica del floury-a en maíz

p.65-77