How robust are global conservation priorities to climate change?

International conservation organisations have identified priority areas for biodiversity conservation. These global-scale prioritisations affect the distribution of funds for conservation interventions. As each organisation has a different focus, each prioritisation scheme is determined by different decision criteria and the resultant priority areas vary considerably. However, little is known about how the priority areas will respond to the impacts of climate change. In this paper, we examined the robustness of eight global-scale prioritisations to climate change under various climate predictions from seven global circulation models. We developed a novel metric of the climate stability for 803 ecoregions based on a recently introduced method to estimate the overlap of climate envelopes. The relationships between the decision criteria and the robustness of the global prioritisation schemes were statistically examined. We found that decision criteria related to level of endemism and landscape fragmentation were strongly correlated with areas predicted to be robust to a changing climate. Hence, policies that prioritise intact areas due to the likely cost efficiency, and assumptions related to the potential to mitigate the impacts of climate change, require further examination. Our findings will help determine where additional management is required to enable biodiversity to adapt to the impacts of climate change

Using environmental niche modeling to understand biological invasions in a changing world

L'activité humaine affecte particulièrement la biodiversité, qui décline à une vitesse préoccupante. Parmi les facteurs réduisant la biodiversité, on trouve les espèces envahissantes. Symptomatiques d'un monde globalisé où l'échange se fait à l'échelle de la planète, certaines espèces, animales ou végétales, sont introduites, volontairement ou accidentellement par l'activité humaine (par exemple lors des échanges commerciaux ou par les voyageurs). Ainsi, ces espèces atteignent des régions qu'elles n'auraient jamais pu coloniser naturellement. Une fois introduites, l'absence de compétiteur peut les rendre particulièrement nuisibles. Ces nuisances sont plus ou moins directes, allant de problèmes sanitaires (p. ex. les piqûres très aigües des fourmis de feu, originaires d'Amérique du Sud et colonisant à une vitesse fulgurante les USA, l'Australie ou la Chine) à des nuisances sur la biodiversité (p. ex. les ravages de la perche du Nil sur la diversité unique des poissons Cichlidés du Lac Victoria). Il est donc important de pouvoir prévenir de telles introductions. De plus, pour le biologiste, ces espèces représentent une rare occasion de pouvoir comprendre les mécanismes évolutifs et écologiques qui expliquent le succès des envahissantes dans un monde où les équilibres sont bouleversés. Les modèles de niche environnementale sont un outil particulièrement utile dans le cadre de cette problématique. En reliant des observations d'espèces aux conditions environnementales où elles se trouvent, ils peuvent prédire la distribution potentielle des envahissantes, permettant d'anticiper et de mieux limiter leur impact. Toutefois, ils reposent sur des hypothèses pas évidentes à démontrer. L'une d'entre elle étant que la niche d'une espèce reste constante dans le temps, et dans l'espace. Le premier objectif de mon travail est de comparer si la niche d'une espèce envahissante diffère entre sa distribution d'origine native et celle d'origine introduite. En étudiant 50 espèces de plantes et 168 espèces de Mammifères, je démontre que c'est le cas et que par corolaire, il est possible de prédire leurs distributions. La deuxième partie de mon travail consiste à comprendre quelles seront les interactions entre le changement climatiques et les envahissantes, afin d'estimer leur impact sous un climat réchauffé. En étudiant la distribution de 49 espèces de plantes envahissantes, je démontre que les montagnes, régions relativement préservée par ce problème, deviendront bien plus exposées aux risques d'invasions biologiques. J'expose aussi comment les interactions entre l'activité humaine, le réchauffement climatique et les espèces envahissantes menacent la vigne sauvage en Europe et propose des zones géographiques particulièrement adaptée pour sa conservation. Enfin, à une échelle beaucoup plus locale, je montre qu'il est possible d'utiliser ces modèles de niches le long d'une rivière à une échelle extrêmement fine (1 mètre), potentiellement utile pour rationnaliser des mesures de conservations sur le terrain. - Biodiversity is significantly negatively affected by human activity. Invasive species are one of the most important factors causing biodiversity's decline. Intimately linked to the era of global trade, some plant or animal species can be accidentally or casually introduced with human activity (e.g. trade or travel). In this way, these species reach areas they could never reach through natural dispersal. Once naturalized, the lack of competitors can make these species highly noxious. Their effect is more or less direct, from sanitary problems (e.g. the harmful sting of Fire Ants, originating from South America and now spreading throughout USA, China and Australia) or can affect biodiversity (e.g. the Nile perch, devastating the one of the richest hotspot of Cichlid fishes diversity in Lake Victoria). It is thus important to prevent such harmful introductions. Moreover, invasive species represent for biologists one of the rare occasions to understand the evolutionary and ecological mechanisms behind the success of invaders in a world where natural equilibrium is already disturbed. Environmental niche models are particularly useful to tackle this problematic. By relating species observation to the environmental conditions where they occur, they can predict the potential distribution of invasive species, allowing a better anticipation and thus limiting their impact. However, they rely on strong assumption, one of the most important being that the modeled niche remains constant through space and time. The first aim of my thesis is to quantify the difference between the native and the invaded niche. By investigating 50 plant and 168 mammal species, I show that the niche is at least partially conserved, supporting for reliable predictions of invasive' s potential distributions. The second aim of my thesis is to understand the possible interactions between climate change and invasive species, such as to assess their impact under a warmer climate. By studying 49 invasive plant species, I show that mountain areas, which were relatively preserved, will become more suitable for biological invasions. Additionally, I show how interactions between human activity, global warming and invasive species are threatening the wild grapevine in Europe and propose geographical areas particularly adapted for conservation measures. Finally, at a much finer scale where conservation plannings ultimately take place, I show that it is possible to model the niche at very high resolution (1 meter) in an alluvial area allowing better prioritizations for conservation.

Redox dysregulation in the pathophysiology of schizophrenia and bipolar disorder: insights from animal models.

Abstract Significance: Schizophrenia (SZ) and bipolar disorder (BD) are classified as two distinct diseases. However, accumulating evidence shows that both disorders share genetic, pathological, and epidemiological characteristics. Based on genetic and functional findings, redox dysregulation due to an imbalance between pro-oxidants and antioxidant defense mechanisms has been proposed as a risk factor contributing to their pathophysiology. Recent Advances: Altered antioxidant systems and signs of increased oxidative stress are observed in peripheral tissues and brains of SZ and BD patients, including abnormal prefrontal levels of glutathione (GSH), the major cellular redox regulator and antioxidant. Here we review experimental data from rodent models demonstrating that permanent as well as transient GSH deficit results in behavioral, morphological, electrophysiological, and neurochemical alterations analogous to pathologies observed in patients. Mice with GSH deficit display increased stress reactivity, altered social behavior, impaired prepulse inhibition, and exaggerated locomotor responses to psychostimulant injection. These behavioral changes are accompanied by N-methyl-D-aspartate receptor hypofunction, elevated glutamate levels, impairment of parvalbumin GABA interneurons, abnormal neuronal synchronization, altered dopamine neurotransmission, and deficient myelination. Critical Issues: Treatment with the GSH precursor and antioxidant N-acetylcysteine normalizes some of those deficits in mice, but also improves SZ and BD symptoms when given as adjunct to antipsychotic medication. Future Directions: These data demonstrate the usefulness of GSH-deficient rodent models to identify the mechanisms by which a redox imbalance could contribute to the development of SZ and BD pathophysiologies, and to develop novel therapeutic approaches based on antioxidant and redox regulator compounds. Antioxid. Redox Signal. 18, 1428-1443.

RECHERCHE TRANSLATIONNELLE EN NEUROSCIENCES PSYCHIATRIQUES: DE L'ANIMAL MODELE DE SCHIZOPHRENIE A LA DETECTION D'UNE DESORIENTATION SPATIALE, PRATIQUE OU SYMBOLIQUE CHEZ DES PATIENTS

La modélisation, chez l'animal, de maladies psychiatriques telles que la schizophrénie repose sur différentes démarches visant à induire des perturbations cérébrales similaires à celles observées dans la maladie. Nous avons cherché à étudier chez le rat les effets d'une diminution (50%) transitoire en glutathion (GSH) durant le développement (PND 5 à PND 16) à partir de l'implication, chez des adultes, des conséquences de cette perturbation dans des mécanismes fondamentaux de traitement de l'information sensorielle. Cette thèse évalue et documente les déficits de compétences de navigation spatiale dans ce modèle. Nous avons mis en évidence des effets comportementaux à partir de l'identification de différences particulières dans des tâches d'orientation: des difficultés, chez les rats ayant subi un déficit en GSH, à élaborer une représentation globale de l'environnement dans lequel ils se déplacent, difficultés compensées par une attention particulière aux détails visuels le composant. Cette stratégie réactive compensatoire est efficace lorsque les conditions permettent un ajustement continu aux repères visuels environnementaux. Elle ne permet cependant pas des prédictions et des attentes sur ce qui devrait être rencontré et perçu dans une certaine direction, dès qu'une partie des informations visuelles familières disparaît. Il faudrait pour cela une capacité fondée sur une représentation abstraite, à distance des modalités sensorielles qui en ont permis son élaboration. Notre thèse soutient que les déficits, supposés participer à l'émergence de certains symptômes de la maladie, auraient également des conséquences sur l'élaboration de la représentation spatiale nécessaire à des capacités d'orientation effectives et symboliques. - The study of a psychiatric disease such as schizophrenia in an animal model relies on different approaches attempting to replicate brain perturbations similar to those observed in the illness. In the present work, behavioural consequences of a functional deficit in brain connectivity and coordination were assessed in rats with a transitory glutathione (GSH) deficit induced during the postnatal development (PND 5-PND 16) with daily injections of BSO (1- buthionine-(S,R)- sulfoximine). We searched for a theoretical syndrome associating ecologically relevant behavioural adaptive deficits and resulting from the weakening of sensory integration processes. Our results revealed significant and specific deficit of BSO treated rats in spatial orientation tasks designed to test for cognitive mapping abilities. Treated rats behaved as if impaired in the proactive strategies supported by an abstract representation such as a cognitive map. In contrast their performances were preserved whenever the environmental conditions allowed for adaptative reactive strategies, an equivalent of the visual affordances described by Gibson (1958). This supports our thesis that BSO treated rats expressed difficulties in elaborating a global representation of the environment. This deficit was completely - or - partially compensated by the development of an increased attention to the environment's visual details. This compensatory reactive strategy requires a rich environment allowing for continuous adjustment to visual cues. However, such adjustment doesn't allow to predictions and expectancies about what should be met and perceived in a certain direction, when familiar visual spatial cues are missing. Such competencies require orientation based on the use of an abstract spatial representation, independent from the specific sensory modalities that have participated to its elaboration. The impairment of BSO rats such spatial representation could result from a deficit in the integration and organization of perceptual information. Our model leads to the hypothesis that these fundamental deficits might account for certain symptoms of schizophrenia. They would also interfere with in the capacity to elaborate spatial representation necessary for optimal orientation in natural, artificial or symbolic environment.

Animal Industry News, February 2004, Vol. 5, No. 1

Newsletter produced by Iowa Department of Agriculture and Land Stewardship.

Soil and Water Conservation; Conservation Program Summary, 2003

Report of Conservation Program Summary produced by Iowa Departmment of Agriculture and Land Stewardship

Establishment of animal models to analyze the kinetics and distribution of human tumor antigen-specific CD8⁺ T cells.

Many patients develop tumor antigen-specific T cell responses detectable in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) following cancer vaccine. However, measurable tumor regression is observed in a limited number of patients receiving cancer vaccines. There is a need to re-evaluate systemically the immune responses induced by cancer vaccines. Here, we established animal models targeting two human cancer/testis antigens, NY-ESO-1 and MAGE-A4. Cytotoxic T lymphocyte (CTL) epitopes of these antigens were investigated by immunizing BALB/c mice with plasmids encoding the entire sequences of NY-ESO-1 or MAGE-A4. CD8(+) T cells specific for NY-ESO-1 or MAGE-A4 were able to be detected by ELISPOT assays using antigen presenting cells pulsed with overlapping peptides covering the whole protein, indicating the high immunogenicity of these antigens in mice. Truncation of these peptides revealed that NY-ESO-1-specific CD8(+) T cells recognized D(d)-restricted 8mer peptides, NY-ESO-181-88. MAGE-A4-specific CD8(+) T cells recognized D(d)-restricted 9mer peptides, MAGE-A4265-273. MHC/peptide tetramers allowed us to analyze the kinetics and distribution of the antigen-specific immune responses, and we found that stronger antigen-specific CD8(+) T cell responses were required for more effective anti-tumor activity. Taken together, these animal models are valuable for evaluation of immune responses and optimization of the efficacy of cancer vaccines.

Genome Biology and Evolution of the Animal Kingdom

Estudi realitzat a partir d’una estada a la Institut J.W. Jenkinson Laboratory for Evolution and Development of the University of Oxford, Regne Unit, entre 2010 i 2012. He estat membre del laboratori del Professor Peter W.H. Holland com a becari post-doctoral Beatriu de Pinós des de setembre de 2010 al setembre de 2012. El nostre projecte de recerca se centra en l'anàlisi genòmic comparatiu del Regne Animal, tot explorant el contingut dels genomes a través de totes les branques de l'arbre dels animals. Totes les referències a les meves publicacions durant aquest post-doc es poden trobar a http://about.me/jordi_paps. Crec que el nombre i la qualitat dels resultats del meu post-doc, un total de 8 publicacions incloent dos articles a la prestigiosa revista Nature, són prova de l'èxit d'aquest post-doc. Prof Peter W. H. Holland (Departament de Zoologia de la Universitat d'Oxford) i jo som coautors de tres articles de genòmica comparativa, resultats directes d'aquest projecte: 1) comparació de families gèniques entre vertebrats invertebrats (Briefings in Functional Genomics), 2) el genoma de l'ostra (publicat a la revista Nature), i 3) els genomes de 6 platihelmints paràsits (acceptat també a Nature). A més, tenim altres 2 treballs en preparació. Un d'ells analitza l'evolució, expressió i funció dels gens Hox al a la tènia Hymenolepis. El perfil fi d'aquests gens clau del desenvolupament esclareix els canvis d'estil de vida dels organismes. A més, durant aquest últim post-doc he participat en diverses col•laboracions, incloent anàlisi de gens d'envelliment a cucs plans, un estudi sobre la filogènia del grup Gastrotricha, una revisió de l'evolució phylum Platyhelminthes, així com un capítol d'un llibre sobre l'evolució dels animals bilaterals. Finalment, gràcies a la beca Beatriu de Pinós, el Prof. Peter W.H. Holland m'ha convidat a formar part del seu equip com un investigador post-doctoral en el seu projecte ERC Advance actual sobre duplicacions genòmiques.

On-farm animal welfare assessment in dairy cattle: improved lameness detection

Estudi realitzat a partir d’una estada a la University of British Columbia, Canada, entre 2010 i 2012. Primerament es va desenvolupar una escala per mesurar coixeses (amb valors de l’1 al 5). Aquesta escala es va utilitzar per estudiar l’associació entre factors de risc a nivell de granja (disseny de le instal.lacions i maneig) i la prevalencia de coixeses a Nord America. Les dades es van recollir en un total de 40 granges al Nord Est dels E.E.U.U (NE) i 39 a California (CA) . Totes les vaques del group mes productiu es van categoritzar segons la severitat de les coixeses: sanes, coixes i severament coixes. La prevalencia de coixeses en general fou del 55 % a NE i del 31% a CA. La prevalencia de coixeses severes fou del 8% a NE i del 4% a Ca. A NE, les coixeses en general increntaren amb la presencia de serradura als llits i disminuiren en granjes grans, amb major quantitat de llit i acces a pastura. Les coixeses mes severes incrementaren amb la falta d’higiene als llit i amb la presencia de serradura als llits, i disminuiren amb la quantitat de llit proveit, l’us de sorra als llits i amb la mida de la granja. A CA, les coixeses en general incrementaren amb la falta d’higiene al llit, i disminuiren amb la mida de la granja, la presencia de terres de goma, l’increment d’espai als cubicles , l’espai a l’abeuredor i la desinfeccio de les peulles. Les coixeses severes incrementaren amb la falta d’higiene al llit i disminuixen amb la frequencia de neteja del corral. En conclusio, canvis en el maneig i el disseny de les instal.lacions poden ajudar a disminuir la prevalencia de coixeses, tot i que les estrategies a seguir variaran segons la regio.

NCoR1 is a conserved physiological modulator of muscle mass and oxidative function.

Transcriptional coregulators control the activity of many transcription factors and are thought to have wide-ranging effects on gene expression patterns. We show here that muscle-specific loss of nuclear receptor corepressor 1 (NCoR1) in mice leads to enhanced exercise endurance due to an increase of both muscle mass and of mitochondrial number and activity. The activation of selected transcription factors that control muscle function, such as MEF2, PPARβ/δ, and ERRs, underpins these phenotypic alterations. NCoR1 levels are decreased in conditions that require fat oxidation, resetting transcriptional programs to boost oxidative metabolism. Knockdown of gei-8, the sole C. elegans NCoR homolog, also robustly increased muscle mitochondria and respiration, suggesting conservation of NCoR1 function. Collectively, our data suggest that NCoR1 plays an adaptive role in muscle physiology and that interference with NCoR1 action could be used to improve muscle function.

Evolutionary history and its relevance in understanding and conserving southern African biodiversity

Abstract : Understanding how biodiversity is distributed is central to any conservation effort and has traditionally been based on niche modeling and the causal relationship between spatial distribution of organisms and their environment. More recently, the study of species' evolutionary history and relatedness has permeated the fields of ecology and conservation and, coupled with spatial predictions, provides useful insights to the origin of current biodiversity patterns, community structuring and potential vulnerability to extinction. This thesis explores several key ecological questions by combining the fields of niche modeling and phylogenetics and using important components of southern African biodiversity. The aims of this thesis are to provide comparisons of biodiversity measures, to assess how climate change will affect evolutionary history loss, to ask whether there is a clear link between evolutionary history and morphology and to investigate the potential role of relatedness in macro-climatic niche structuring. The first part of my thesis provides a fine scale comparison and spatial overlap quantification of species richness and phylogenetic diversity predictions for one of the most diverse plant families in the Cape Floristic Region (CFR), the Proteaceae. In several of the measures used, patterns do not match sufficiently to argue that species relatedness information is implicit in species richness patterns. The second part of my thesis predicts how climate change may affect threat and potential extinction of southern African animal and plant taxa. I compare present and future niche models to assess whether predicted species extinction will result in higher or lower V phylogenetic diversity survival than what would be experienced under random extinction processes. l find that predicted extinction will result in lower phylogenetic diversity survival but that this non-random pattern will be detected only after a substantial proportion of the taxa in each group has been lost. The third part of my thesis explores the relationship between phylogenetic and morphological distance in southern African bats to assess whether long evolutionary histories correspond to equally high levels of morphological variation, as predicted by a neutral model of character evolution. I find no such evidence; on the contrary weak negative trends are detected for this group, as well as in simulations of both neutral and convergent character evolution. Finally, I ask whether spatial and climatic niche occupancy in southern African bats is influenced by evolutionary history or not. I relate divergence time between species pairs to climatic niche and range overlap and find no evidence for clear phylogenetic structuring. I argue that this may be due to particularly high levels of micro-niche partitioning. Résumé : Comprendre la distribution de la biodiversité représente un enjeu majeur pour la conservation de la nature. Les analyses se basent le plus souvent sur la modélisation de la niche écologique à travers l'étude des relations causales entre la distribution spatiale des organismes et leur environnement. Depuis peu, l'étude de l'histoire évolutive des organismes est également utilisée dans les domaines de l'écologie et de la conservation. En combinaison avec la modélisation de la distribution spatiale des organismes, cette nouvelle approche fournit des informations pertinentes pour mieux comprendre l'origine des patterns de biodiversité actuels, de la structuration des communautés et des risques potentiels d'extinction. Cette thèse explore plusieurs grandes questions écologiques, en combinant les domaines de la modélisation de la niche et de la phylogénétique. Elle s'applique aux composants importants de la biodiversité de l'Afrique australe. Les objectifs de cette thèse ont été l) de comparer différentes mesures de la biodiversité, 2) d'évaluer l'impact des changements climatiques à venir sur la perte de diversité phylogénétique, 3) d'analyser le lien potentiel entre diversité phylogénétique et diversité morphologique et 4) d'étudier le rôle potentiel de la phylogénie sur la structuration des niches macro-climatiques des espèces. La première partie de cette thèse fournit une comparaison spatiale, et une quantification du chevauchement, entre des prévisions de richesse spécifique et des prédictions de la diversité phylogénétique pour l'une des familles de plantes les plus riches en espèces de la région floristique du Cap (CFR), les Proteaceae. Il résulte des analyses que plusieurs mesures de diversité phylogénétique montraient des distributions spatiales différentes de la richesse spécifique, habituellement utilisée pour édicter des mesures de conservation. La deuxième partie évalue les effets potentiels des changements climatiques attendus sur les taux d'extinction d'animaux et de plantes de l'Afrique australe. Pour cela, des modèles de distribution d'espèces actuels et futurs ont permis de déterminer si l'extinction des espèces se traduira par une plus grande ou une plus petite perte de diversité phylogénétique en comparaison à un processus d'extinction aléatoire. Les résultats ont effectivement montré que l'extinction des espèces liées aux changements climatiques pourrait entraîner une perte plus grande de diversité phylogénétique. Cependant, cette perte ne serait plus grande que celle liée à un processus d'extinction aléatoire qu'à partir d'une forte perte de taxons dans chaque groupe. La troisième partie de cette thèse explore la relation entre distances phylogénétiques et morphologiques d'espèces de chauves-souris de l'Afrique australe. ll s'agit plus précisément de déterminer si une longue histoire évolutive correspond également à des variations morphologiques plus grandes dans ce groupe. Cette relation est en fait prédite par un modèle neutre d'évolution de caractères. Aucune évidence de cette relation n'a émergé des analyses. Au contraire, des tendances négatives ont été détectées, ce qui représenterait la conséquence d'une évolution convergente entre clades et des niveaux élevés de cloisonnement pour chaque clade. Enfin, la dernière partie présente une étude sur la répartition de la niche climatique des chauves-souris de l'Afrique australe. Dans cette étude je rapporte temps de divergence évolutive (ou deux espèces ont divergé depuis un ancêtre commun) au niveau de chevauchement de leurs niches climatiques. Les résultats n'ont pas pu mettre en évidence de lien entre ces deux paramètres. Les résultats soutiennent plutôt l'idée que cela pourrait être I dû à des niveaux particulièrement élevés de répartition de la niche à échelle fine.

Nematode selenoproteome: the use of the selenocysteine insertion system to decode one codon in an animal genome?

Selenocysteine (Sec) is co-translationally inserted into selenoproteins in response to codon UGA with the help of the selenocysteine insertion sequence (SECIS) element. The number of selenoproteins in animals varies, with humans having 25 and mice having 24 selenoproteins. To date, however, only one selenoprotein, thioredoxin reductase, has been detected in Caenorhabditis elegans, and this enzyme contains only one Sec. Here, we characterize the selenoproteomes of C.elegans and Caenorhabditis briggsae with three independent algorithms, one searching for pairs of homologous nematode SECIS elements, another searching for Cys- or Sec-containing homologs of potential nematode selenoprotein genes and the third identifying Sec-containing homologs of annotated nematode proteins. These methods suggest that thioredoxin reductase is the only Sec-containing protein in the C.elegans and C.briggsae genomes. In contrast, we identified additional selenoproteins in other nematodes. Assuming that Sec insertion mechanisms are conserved between nematodes and other eukaryotes, the data suggest that nematode selenoproteomes were reduced during evolution, and that in an extreme reduction case Sec insertion systems probably decode only a single UGA codon in C.elegans and C.briggsae genomes. In addition, all detected genes had a rare form of SECIS element containing a guanosine in place of a conserved adenosine present in most other SECIS structures, suggesting that in organisms with small selenoproteomes SECIS elements may change rapidly.