Mapping Bias Overestimates Reference Allele Frequencies at the HLA Genes in the 1000 Genomes Project Phase I Data.

Next-generation sequencing (NGS) technologies have become the standard for data generation in studies of population genomics, as the 1000 Genomes Project (1000G). However, these techniques are known to be problematic when applied to highly polymorphic genomic regions, such as the human leukocyte antigen (HLA) genes. Because accurate genotype calls and allele frequency estimations are crucial to population genomics analyses, it is important to assess the reliability of NGS data. Here, we evaluate the reliability of genotype calls and allele frequency estimates of the single-nucleotide polymorphisms (SNPs) reported by 1000G (phase I) at five HLA genes (HLA-A, -B, -C, -DRB1, and -DQB1). We take advantage of the availability of HLA Sanger sequencing of 930 of the 1092 1000G samples and use this as a gold standard to benchmark the 1000G data. We document that 18.6% of SNP genotype calls in HLA genes are incorrect and that allele frequencies are estimated with an error greater than ±0.1 at approximately 25% of the SNPs in HLA genes. We found a bias toward overestimation of reference allele frequency for the 1000G data, indicating mapping bias is an important cause of error in frequency estimation in this dataset. We provide a list of sites that have poor allele frequency estimates and discuss the outcomes of including those sites in different kinds of analyses. Because the HLA region is the most polymorphic in the human genome, our results provide insights into the challenges of using of NGS data at other genomic regions of high diversity.

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.

Exclusion de liaison génétique au locus SPAX2 de cas canadiens-français d’ataxie spastique

Les ataxies héréditaires sont des désordres neuro-dégénératifs qui causent une ataxie comme symptôme primaire; soit une perte de coordination des mouvements volontaires, un sens de l’équilibre déficient et un trouble à la motricité. Elles forment un groupe cliniquement et génétiquement hétérogène. De ce fait, de nombreuses classifications existent basées sur différents critères. Cependant, le consensus actuel veut que le mode de transmission soit le critère premier de classement. On estime la prévalence mondiale des ataxies héréditaires à 6/100 000 bien que ce nombre diffère entre régions. C’est le cas du Québec où la structuration historique du bassin génétique canadien-français a menée à des effets fondateurs régionaux, ce qui a eu comme conséquence de hausser la prévalence régionale de certaines maladies. L’Acadie est également une région canadienne-française avec des effets fondateurs où le taux de prévalence de certaines ataxies héréditaires est plus élevé. Nous avons recruté huit familles canadiennes-françaises provenant de diverses régions du Québec, ayant un lien génétique plus ou moins rapproché avec l’Acadie, dans lesquelles nous avons observé dix cas d’une forme d’ataxie spastique autosomique récessive relativement légère qui a résistée à l’analyse des gènes d’ataxies connues. Nous avons émis l’hypothèse d’être en présence d’une nouvelle forme d’ataxie à effet fondateur pour la population canadienne-française. Afin d’identifier le gène muté responsable de cette ataxie, un criblage génomique des marqueurs SNP pour les individus recrutés fut effectué. Puis, par cartographie de l’homozygotie, une région de 2,5 Mb fut identifiée sur le chromosome 17p13 dans une famille. Une revue de la littérature nous a permis de constater, qu’en 2007, quatre familles nord-africaines atteintes d’une ataxie dénommée SPAX2 qui présentaient des manifestations cliniques semblables avaient déjà été liées au même locus sur le chromosome 17. Afin de supporter notre hypothèse que les malades étaient porteurs de deux copies de la même mutation fondatrice et de cartographier plus finement notre région d’intérêt, les haplotypes de tous les atteints de nos huit familles furent étudiés. Nous avons établie qu’un intervalle de 200 kb (70 SNP), soit du marqueur rs9900036 à rs7222052, était partagé par tous nos participants. Les deux gènes les plus prometteurs des 18 se trouvant dans la région furent séquencés. Aucune mutation ne fut trouvée dans les gènes SLC25A11 et KIF1C. Par la suite, une analyse de liaison génétique stricte avec calcul de LOD score nous a permis d’exclure ce locus de 200 kb comme étant celui porteur du gène muté causant l’ataxie dans la majorité de nos familles. Nous avons donc conclus que malgré qu’une famille soit homozygote pour une grande région du chromosome 17, l’absence d’Informativité des marqueurs SNP dans la région de 200 kb fut responsable de l’apparent partage d’haplotype homozygote. Le travail reste donc entier afin d’identifier les mutations géniques responsables de la présentation ataxique chez nos participants de souche acadienne.

Genetic determinants of clinical heterogeneity in sickle cell disease

L’anémie falciforme est une maladie monogénique causée par une mutation dans le locus de la β-globine. Malgré le fait que l’anémie falciforme soit une maladie monogénique, cette maladie présente une grande hétérogénéité clinique. On présume que des facteurs environnementaux et génétiques contribuent à cette hétérogénéité. Il a été observé qu’un haut taux d’hémoglobine fœtale (HbF) diminuait la sévérité et la mortalité des patients atteints de l’anémie falciforme. Le but de mon projet était d’identifier des variations génétiques modifiant la sévérité clinique de l’anémie falciforme. Dans un premier temps, nous avons effectué la cartographie-fine de trois régions précédemment associées avec le taux d’hémoglobine fœtale. Nous avons ensuite effectué des études d’association pan-génomiques avec deux complications cliniques de l’anémie falciforme ainsi qu’avec le taux d’hémoglobine fœtale. Hormis les régions déjà identifiées comme étant associées au taux d’hémoglobine fœtale, aucun locus n’a atteint le niveau significatif de la puce de génotypage. Pour identifier des groupes de gènes modérément associés au taux d’hémoglobine fœtale qui seraient impliqués dans de mêmes voies biologiques, nous avons effectué une étude des processus biologiques. Finalement, nous avons effectué l’analyse de 19 exomes de patients Jamaïcains ayant des complications cliniques mineures de l’anémie falciforme. Compte tenu de la taille des cohortes de réplication disponibles, nous n’avons pas les moyens de valider statistiquement les variations identifiées par notre étude. Cependant, nos résultats fournissent de bons gènes candidats pour des études fonctionnelles et pour les réplications futures. Nos résultats suggèrent aussi que le β-hydroxybutyrate en concentration endogène pourraient influencer le taux d’hémoglobine fœtale. De plus, nous montrons que la cartographie-fine des régions associées par des études pan-génomiques peut identifier des signaux d’association additionnels et augmenter la variation héritable expliquée par cette région.

Exploration génomique de la déficience intellectuelle

La déficience intellectuelle (DI) définit un groupe de conditions génétiquement hétérogènes caractérisées par l’apparition de troubles cognitifs précoces chez l’enfant. Elle affecte 1-3% de la population dans les pays industrialisés. La prévalence de la DI est beaucoup plus élevée ailleurs dans le monde, en raison de facteurs sociodémographiques comme le manque de ressources dans le système de santé, la pauvreté et la consanguinité. Des facteurs non-génétiques sont mis en cause dans l’étiologie de la DI ; on estime qu’environ 25% des cas de DI sont d’origine génétique. Traditionnellement, les bases moléculaires de la DI ont été investiguées par des analyses cytogénétiques, les approches de cartographie génétique et le séquençage de gènes candidats ; ces techniques de génétiques classiques sont encore mises à rude épreuve dans l’analyse de maladies complexes comme la DI. La DI liée à l’X a été particulièrement étudiée, avec plus d’une centaine de gènes identifiés uniquement sur le chromosome X. Des mutations hétérozygotes composites sont mises en évidence dans la DI autosomique, dans le contexte d’unions non-consanguines. L’occurrence de ce type de mutations est rare, chez des individus non-apparentés, de sorte que les mutations dominantes de novo sont plus courantes. Des mutations homozygotes sont attendues dans les populations consanguines ou marquées par un effet fondateur. En fait, les bases moléculaires de la DI autosomique ont été presqu’exclusivement étudiées dans le contexte de populations avec des forts taux de consanguinité. L’origine de la DI demeure encore inconnue dans environ 60 % des cas diagnostiqués. En l’absence de facteurs environnementaux associés à la DI chez ces individus, il est possible d’envisager que des facteurs génétiques non identifiés entrent en jeu dans ces cas de DI inexpliqués. Dans ce projet de recherche, nous voulions explorer l’origine génétique de la DI, dans vingt familles, où une transmission de la maladie selon un mode autosomique récessif est suspectée. Nous avons mis de l’avant les techniques de séquençage de nouvelle génération, afin de mettre en évidence les déterminants génétiques de la DI, à l’échelle du génome humain. En fait, nous avons priorisé la capture et le séquençage de l’exome; soient la totalité des régions codantes du génome humain et leurs sites d’épissage flanquants. Dans nos analyses, nous avons ciblé les variants qui ne sont pas rapportés trop fréquemment dans différentes bases de données d’individus contrôles, ces mutations rares cadrent mieux avec une condition comme la DI. Nous avons porté une attention particulière aux mutations autosomiques récessives (homozygotes et hétérozygotes composites) ; nous avons confirmé que ces mutations ségréguent avec une transmission récessive dans la famille à l’étude. Nous avons identifié des mutations dans des gènes pouvant être à l’origine de la DI, dans certaines des familles analysées ; nous avons validé biologiquement l'impact fonctionnel des mutations dans ces gènes candidats, afin de confirmer leur implication dans la pathophysiologie de la DI. Nous avons élucidé les bases moléculaires de la DI dans huit des familles analysées. Nous avons identifié le second cas de patients avec syndrome de cassure chromosomique de Varsovie, caractérisé par des dysfonctions de l’ARN hélicase DDX11. Nous avons montré qu’une perte de l’activité de TBC1D7, une des sous-unités régulatrice du complexe TSC1-TSC2, est à l’origine de la pathologie dans une famille avec DI et mégalencéphalie. Nous avons mis en évidence des mutations pathogéniques dans le gène ASNS, codant pour l’Asparagine synthétase, chez des patients présentant une microcéphalie congénitale et une forme progressive d’encéphalopathie. Nous avons montré que des dysfonctions dans la protéine mitochondriale MAGMAS sont mises en cause dans une condition caractérisée par un retard prononcé dans le développement associé à une forme sévère de dysplasie squelettique. Nous avons identifié une mutation tronquant dans SPTBN2, codant pour la protéine spinocerebellar ataxia 5, dans une famille avec DI et ataxie cérébelleuse. Nous avons également mis en évidence une mutation dans PIGN, un gène impliqué dans la voie de biosynthèse des ancres de glycosylphosphatidylinositol , pouvant être à l’origine de la maladie chez des individus avec épilepsie et hypotonie. Par ailleurs, nous avons identifié une mutation - perte de fonction dans CLPB, codant pour une protéine chaperonne mitochondriale, dans une famille avec encéphalopathie néonatale, hyperekplexie et acidurie 3-méthylglutaconique. Le potentiel diagnostic des techniques de séquençage de nouvelle génération est indéniable ; ces technologies vont révolutionner l’univers de la génétique moléculaire, en permettant d’explorer les bases génétiques des maladies complexes comme la DI.

"Refined mapping of a quantitative trait locus on chromosome 1 responsible for mouse embryonic death"

Recurrent spontaneous abortion (RSA) is defined as the loss of three or more consecutive pregnancies during the first trimester of embryonic intrauterine development. This kind of human infertility is frequent among the general population since it affects 1 to 5% of women. In half of the cases the etiology remains unelucidated. In the present study, we used interspecific recombinant congenic mouse strains (IRCS) in the aim to identify genes responsible for embryonic lethality. Applying a cartographic approach using a genotype/phenotype association, we identified a minimal QTL region, of about 6 Mb on chromosome 1, responsible for a high rate of embryonic death (,30%). Genetic analysis suggests that the observed phenotype is linked to uterine dysfunction. Transcriptomic analysis of the uterine tissue revealed a preferential deregulation of genes of this region compared to the rest of the genome. Some genes from the QTL region are associated with VEGF signaling, mTOR signaling and ubiquitine/proteasome-protein degradation pathways. This work may contribute to elucidate the molecular basis of a multifactorial and complex human disorder as RSA.

"Genome-Wide Linkage in a Highly Consanguineous Pedigree Reveals Two Novel Loci on Chromosome 7 for Non-Syndromic Familial Premature Ovarian Failure"

Background: The human condition known as Premature Ovarian Failure (POF) is characterized by loss of ovarian function before the age of 40. A majority of POF cases are sporadic, but 10–15% are familial, suggesting a genetic origin of the disease. Although several causal mutations have been identified, the etiology of POF is still unknown for about 90% of the patients. Methodology/Principal Findings: We report a genome-wide linkage and homozygosity analysis in one large consanguineous Middle-Eastern POF-affected family presenting an autosomal recessive pattern of inheritance. We identified two regions with a LODmax of 3.26 on chromosome 7p21.1-15.3 and 7q21.3-22.2, which are supported as candidate regions by homozygosity mapping. Sequencing of the coding exons and known regulatory sequences of three candidate genes (DLX5, DLX6 and DSS1) included within the largest region did not reveal any causal mutations. Conclusions/Significance: We detect two novel POF-associated loci on human chromosome 7, opening the way to the identification of new genes involved in the control of ovarian development and function.

Refined mapping of a quantitative trait locus on chromosome 1 responsible for mouse embryonic death

Recurrent spontaneous abortion (RSA) is defined as the loss of three or more consecutive pregnancies during the first trimester of embryonic intrauterine development. This kind of human infertility is frequent among the general population since it affects 1 to 5% of women. In half of the cases the etiology remains unelucidated. In the present study, we used interspecific recombinant congenic mouse strains (IRCS) in the aim to identify genes responsible for embryonic lethality. Applying a cartographic approach using a genotype/phenotype association, we identified a minimal QTL region, of about 6 Mb on chromosome 1, responsible for a high rate of embryonic death (similar to 30%). Genetic analysis suggests that the observed phenotype is linked to uterine dysfunction. Transcriptomic analysis of the uterine tissue revealed a preferential deregulation of genes of this region compared to the rest of the genome. Some genes from the QTL region are associated with VEGF signaling, mTOR signaling and ubiquitine/proteasome-protein degradation pathways. This work may contribute to elucidate the molecular basis of a multifactorial and complex human disorder as RSA.

LiDAR mapping of tidal marshes for ecogeomorphological modelling in the TIDE project

The European research project TIDE (Tidal Inlets Dynamics and Environment) is developing and validating coupled models describing the morphological, biological and ecological evolution of tidal environments. The interactions between the physical and biological processes occurring in these regions requires that the system be studied as a whole rather than as separate parts. Extensive use of remote sensing including LiDAR is being made to provide validation data for the modelling. This paper describes the different uses of LiDAR within the project and their relevance to the TIDE science objectives. LiDAR data have been acquired from three different environments, the Venice Lagoon in Italy, Morecambe Bay in England, and the Eden estuary in Scotland. LiDAR accuracy at each site has been evaluated using ground reference data acquired with differential GPS. A semi-automatic technique has been developed to extract tidal channel networks from LiDAR data either used alone or fused with aerial photography. While the resulting networks may require some correction, the procedure does allow network extraction over large areas using objective criteria and reduces fieldwork requirements. The networks extracted may subsequently be used in geomorphological analyses, for example to describe the drainage patterns induced by networks and to examine the rate of change of networks. Estimation of the heights of the low and sparse vegetation on marshes is being investigated by analysis of the statistical distribution of the measured LiDAR heights. Species having different mean heights may be separated using the first-order moments of the height distribution.

The genome strikes back: The evolutionary importance of defence against mobile elements

Increasingly, we regard the genome as a site and source of genetic conflict. This fascinating 'bottom-up' view brings up appealing connections between genome biology and whole-organism ecology, in which populations of elements compete with one another in their genomic habitat. Unlike other habitats, though, a host genome has its own evolutionary interests and is often able to defend itself against molecular parasites. Most well-studied organisms employ strategies to protect their genomes against the harmful effects of genomic parasites, including methylation, various pathways of RNA interference, and more unusual tricks such as repeat induced point-mutation (RIP). These genome defence systems are not obscure biological curiosities, but fundamentally important to the integrity and cohesion of the genome, and exert a powerful influence on genome evolution.

Mapping IT innovation in Facilities Management

Over the past decade there has been significant growth in the facilities management (FM) sector resulting in a diverse and highly competitive marketplace. This marketplace engages contractors, in-house teams, suppliers, consultants and professional institutions. Many of these organisations have had to innovate to differentiate themselves from competitors. The subject of this paper is facilities management innovation. More specifically, it examines the introduction of information technology (IT) to support such innovations. Our understanding of how such innovations are brought about is scant. The intention of this paper is to examine the motivations and factors which have brought about ‘information system’ innovations in the sector based on an examination of a small but diverse collection of case studies. The study specifically considers the route by which the selected innovations came about and the way in which the innovation has diffused throughout the rest of the organisation. The IT innovations identified in case studies include whole life cost modelling, a content management solution, open book partnering, management information portal (fmNet), RFID technology, and capacity and capability planning. Taken together they characterise a sector that is using IT to codify and standardise information such that useful knowledge becomes widely dispersed.

Final report on research project PS2010, proof of concept of automated mapping of weeds in arable fields

Many weeds occur in patches but farmers frequently spray whole fields to control the weeds in these patches. Given a geo-referenced weed map, technology exists to confine spraying to these patches. Adoption of patch spraying by arable farmers has, however, been negligible partly due to the difficulty of constructing weed maps. Building on previous DEFRA and HGCA projects, this proposal aims to develop and evaluate a machine vision system to automate the weed mapping process. The project thereby addresses the principal technical stumbling block to widespread adoption of site specific weed management (SSWM). The accuracy of weed identification by machine vision based on a single field survey may be inadequate to create herbicide application maps. We therefore propose to test the hypothesis that sufficiently accurate weed maps can be constructed by integrating information from geo-referenced images captured automatically at different times of the year during normal field activities. Accuracy of identification will also be increased by utilising a priori knowledge of weeds present in fields. To prove this concept, images will be captured from arable fields on two farms and processed offline to identify and map the weeds, focussing especially on black-grass, wild oats, barren brome, couch grass and cleavers. As advocated by Lutman et al. (2002), the approach uncouples the weed mapping and treatment processes and builds on the observation that patches of these weeds are quite stable in arable fields. There are three main aspects to the project. 1) Machine vision hardware. Hardware component parts of the system are one or more cameras connected to a single board computer (Concurrent Solutions LLC) and interfaced with an accurate Global Positioning System (GPS) supplied by Patchwork Technology. The camera(s) will take separate measurements for each of the three primary colours of visible light (red, green and blue) in each pixel. The basic proof of concept can be achieved in principle using a single camera system, but in practice systems with more than one camera may need to be installed so that larger fractions of each field can be photographed. Hardware will be reviewed regularly during the project in response to feedback from other work packages and updated as required. 2) Image capture and weed identification software. The machine vision system will be attached to toolbars of farm machinery so that images can be collected during different field operations. Images will be captured at different ground speeds, in different directions and at different crop growth stages as well as in different crop backgrounds. Having captured geo-referenced images in the field, image analysis software will be developed to identify weed species by Murray State and Reading Universities with advice from The Arable Group. A wide range of pattern recognition and in particular Bayesian Networks will be used to advance the state of the art in machine vision-based weed identification and mapping. Weed identification algorithms used by others are inadequate for this project as we intend to collect and correlate images collected at different growth stages. Plants grown for this purpose by Herbiseed will be used in the first instance. In addition, our image capture and analysis system will include plant characteristics such as leaf shape, size, vein structure, colour and textural pattern, some of which are not detectable by other machine vision systems or are omitted by their algorithms. Using such a list of features observable using our machine vision system, we will determine those that can be used to distinguish weed species of interest. 3) Weed mapping. Geo-referenced maps of weeds in arable fields (Reading University and Syngenta) will be produced with advice from The Arable Group and Patchwork Technology. Natural infestations will be mapped in the fields but we will also introduce specimen plants in pots to facilitate more rigorous system evaluation and testing. Manual weed maps of the same fields will be generated by Reading University, Syngenta and Peter Lutman so that the accuracy of automated mapping can be assessed. The principal hypothesis and concept to be tested is that by combining maps from several surveys, a weed map with acceptable accuracy for endusers can be produced. If the concept is proved and can be commercialised, systems could be retrofitted at low cost onto existing farm machinery. The outputs of the weed mapping software would then link with the precision farming options already built into many commercial sprayers, allowing their use for targeted, site-specific herbicide applications. Immediate economic benefits would, therefore, arise directly from reducing herbicide costs. SSWM will also reduce the overall pesticide load on the crop and so may reduce pesticide residues in food and drinking water, and reduce adverse impacts of pesticides on non-target species and beneficials. Farmers may even choose to leave unsprayed some non-injurious, environmentally-beneficial, low density weed infestations. These benefits fit very well with the anticipated legislation emerging in the new EU Thematic Strategy for Pesticides which will encourage more targeted use of pesticides and greater uptake of Integrated Crop (Pest) Management approaches, and also with the requirements of the Water Framework Directive to reduce levels of pesticides in water bodies. The greater precision of weed management offered by SSWM is therefore a key element in preparing arable farming systems for the future, where policy makers and consumers want to minimise pesticide use and the carbon footprint of farming while maintaining food production and security. The mapping technology could also be used on organic farms to identify areas of fields needing mechanical weed control thereby reducing both carbon footprints and also damage to crops by, for example, spring tines. Objective i. To develop a prototype machine vision system for automated image capture during agricultural field operations; ii. To prove the concept that images captured by the machine vision system over a series of field operations can be processed to identify and geo-reference specific weeds in the field; iii. To generate weed maps from the geo-referenced, weed plants/patches identified in objective (ii).

Multiple PID mapping using neural networks in a MIMO steam generator system

A neural network was used to map three PID operating regions for a two-input two-output steam generator system. The network was used in stand alone feedforward operation to control the whole operating range of the process, after being trained from the PID controllers corresponding to each control region. The network inputs are the plant error signals, their integral, their derivative and a 4-error delay train.

Optical genetic mapping defines regions of chromosomal variation in serovars of S. enterica subsp enterica of concern for human and animal health

Infections involving Salmonella enterica subsp. enterica serovars have serious animal and human health implications; causing gastroenteritis in humans and clinical symptoms, such as diarrhoea and abortion, in livestock. In this study an optical genetic mapping technique was used to screen 20 field isolate strains from four serovars implicated in disease outbreaks. The technique was able to distinguish between the serovars and the available sequenced strains and group them in agreement with similar data from microarrays and PFGE. The optical maps revealed variation in genome maps associated with antimicrobial resistance and prophage content in S. Typhimurium, and separated the S. Newport strains into two clear geographical lineages defined by the presence of prophage sequences. The technique was also able to detect novel insertions that may have had effects on the central metabolism of some strains. Overall optical mapping allowed a greater level of differentiation of genomic content and spatial information than more traditional typing methods.

Association mapping of partitioning loci in barley

Background: Association mapping, initially developed in human disease genetics, is now being applied to plant species. The model species Arabidopsis provided some of the first examples of association mapping in plants, identifying previously cloned flowering time genes, despite high population sub-structure. More recently, association genetics has been applied to barley, where breeding activity has resulted in a high degree of population sub-structure. A major genotypic division within barley is that between winter- and spring-sown varieties, which differ in their requirement for vernalization to promote subsequent flowering. To date, all attempts to validate association genetics in barley by identifying major flowering time loci that control vernalization requirement (VRN-H1 and VRN-H2) have failed. Here, we validate the use of association genetics in barley by identifying VRN-H1 and VRN-H2, despite their prominent role in determining population sub-structure. Results: By taking barley as a typical inbreeding crop, and seasonal growth habit as a major partitioning phenotype, we develop an association mapping approach which successfully identifies VRN-H1 and VRN-H2, the underlying loci largely responsible for this agronomic division. We find a combination of Structured Association followed by Genomic Control to correct for population structure and inflation of the test statistic, resolved significant associations only with VRN-H1 and the VRN-H2 candidate genes, as well as two genes closely linked to VRN-H1 (HvCSFs1 and HvPHYC). Conclusion: We show that, after employing appropriate statistical methods to correct for population sub-structure, the genome-wide partitioning effect of allelic status at VRN-H1 and VRN-H2 does not result in the high levels of spurious association expected to occur in highly structured samples. Furthermore, we demonstrate that both VRN-H1 and the candidate VRN-H2 genes can be identified using association mapping. Discrimination between intragenic VRN-H1 markers was achieved, indicating that candidate causative polymorphisms may be discerned and prioritised within a larger set of positive associations. This proof of concept study demonstrates the feasibility of association mapping in barley, even within highly structured populations. A major advantage of this method is that it does not require large numbers of genome-wide markers, and is therefore suitable for fine mapping and candidate gene evaluation, especially in species for which large numbers of genetic markers are either unavailable or too costly.