Assessing the Activity of Agonistic Autoantibodies in Systemic Sclerosis and their Effects on Cultured Vascular Smooth Muscle Cells

La sclérose systémique (ScS) est une maladie auto-immune dévastatrice d'étiologie inconnue. Le dysfonctionnement immunitaire, la fibrose et la vasculopathie sont les trois principales caractéristiques de cette maladie. Une récente étude a révélé un nouveau lien entre l'auto-immunité et la fibrose, par la présence d'auto-anticorps stimulant le récepteur du facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGFR) des fibroblastes. Ces auto-anticorps sont capables de stimuler les espèces réactives de l'oxygène et d’activer la kinase régulée par un signal extracellulaire (ERK1/2). L’hypothèse que nous formulons est que les cellules musculaires lisses vasculaires (VSMCs) exprimant conjointement les PDGFR, répondront elles aussi aux autoanticorps anti-PDGF-R. Le travail présenté ici vise à valider la présence d'auto-anticorps PDGFR dans les sérums de patients ScS, et à caractériser ensuite la réponse de VSMCs exposées à de l'immunoglobuline G (IgG) de ces sérums, en mesurant l’activation des cascades de signalisation spécifiques, ainsi que l'induction des gènes impliqués dans la réponse fibrotique. Nos résultats démontrent la présence d'une fraction IgG stimulant une réponse phénotypique dans les cultures de VSMCs. Notamment, d’importantes régulations positive et négative des gènes pro-fibrotiques tgfb1 et tgfb2 respectivement, ont été observées dans les VSMCs exposées à des fractions de ScS-IgG. Les fractions de IgG positives pour l'activation de ERK étaient présentes dans la plupart, mais pas dans tous les échantillons de SSc (68%, 19/28), et moins présentes dans les contrôles 27% (11/3). Bien que, les fractions de SSc-IgG ont pu considérablement immunoprécipiter le PDGFR, l'utilisation d'un inhibiteur spécifique des récepteurs au PDGF (AG1296), n'a pas inhibé l'activation de ERK médiée par les fractions de SSc-IgG. Globalement, nos résultats indiquent la présence d'autoanticorps stimulants avec activité pro-fibrotique dans les sérums des patients ScS. Des travaux sont en cours pour identifier l'entité moléculaire responsable de la réponse d’IgG observée dans les cultures de VSMCs.

La détermination d’un sous-groupe de contrevenants de la conduite avec capacités affaiblies à risque élevé de récidive : l’utilité de l’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien

Les contrevenants de la conduite avec capacités affaiblies (CCA) n’entrent pas tous dans les registres de la sécurité routière avec le même risque de récidive. Pour pallier cette hétérogénéité, cette thèse propose de modéliser les interrelations entre les traits de personnalité et les comportements à risque associés à la récidive et de détecter un sous-groupe de contrevenants au risque de récidive élevé à l’aide de l’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien (HHS). Plus particulièrement, les trois articles de cette thèse s’intéressent au cortisol, l’hormone du stress. Le premier article élabore un modèle théorique réconciliant les connaissances sur l’axe HHS issues du domaine de la CCA et de domaines connexes. Lors de précédentes études, le nombre de condamnations antérieures pour CCA a été associé négativement à la réactivité du cortisol à la suite d’une situation stressante. Chez les récidivistes, cette faible réactivité s’explique partiellement par la recherche d’expériences, une dimension de la recherche de sensations. Au-delà ce trait de personnalité désinhibiteur, une faible activité de l’axe HHS a été associée à d’autres traits (c.-à-d. impulsivité et tendances antisociales) et d’autres comportements à risque (c.-à-d. infractions routières, arrestations criminelles et consommation problématique de substances psychoactives). Ce modèle intégrant la réactivité du cortisol permet une conceptualisation approfondie des diverses caractéristiques des contrevenants de la CCA et explique hypothétiquement la répétition des comportements à risque. Les deux articles suivants se penchent sur l’intérêt empirique d’utiliser l’axe HHS pour déterminer un sous-groupe de contrevenants à risque élevé de récidive. Plus précisément, le deuxième article émet l’hypothèse que les récidivistes (n = 30) ayant une faible activité de leur cortisol (c.-à-d. médiane de la surface sous la courbe relative au niveau de base et relative à la réactivité) ont davantage de traits de personnalité désinhibiteurs et de comportements à risque que les récidivistes ayant une forte activité. L’hypothèse n’a pas été confirmée. Au contraire, les récidivistes présentant une faible réactivité commettent moins d’infractions routières et d’arrestations criminelles que ceux ayant une forte réactivité. Quant à lui, le troisième article investigue une hypothèse similaire auprès des contrevenants primaires (n = 139). Les contrevenants manifestant une faible réactivité du cortisol (c.-à-d. différence entre prélèvements post-stress et pré-stress) ont davantage d’impulsivité attentionnelle, de non-planification, d’arrestations criminelles et de cigarettes fumées par jour que les contrevenants ayant une forte réactivité. Lors d’analyses exploratoires, la présence d’une variété de traits de personnalité désinhibiteurs et de comportements à risque chez les contrevenants primaires présentant une faible réactivité lorsque comparé au groupe contrôle (n = 31) suggère encore une fois leur risque élevé de récidive. L’intérêt d’ajouter un mécanisme neurobiologique pour modéliser les interrelations entre les traits de personnalité désinhibiteurs et les comportements à risque des contrevenants de la CCA a été exploré dans cette thèse. La détermination d’un sous-groupe de contrevenants présentant un risque élevé de récidive, à l’aide de l’axe HHS, semble davantage profitable auprès de l’hétérogène population des contrevenants primaires. En contrepartie, l’axe HHS ne permet pas de déterminer un sous-groupe ayant une problématique sévère auprès des récidivistes à l’extrême du continuum du risque.

Les relations d’attachement et d’activation père-enfant : effet modérateur de l’engagement paternel pour prédire le développement socio-affectif des enfants

Tout autant que la mère, le père est une figure d’attachement importante pour l’enfant. Toutefois le lien d’attachement père-enfant se formerait différemment du lien d’attachement mère-enfant. Les pères sont souvent plus engagés que les mères dans des activités ludiques, moins dans des activités de soins. Les jeux faits avec le père sont souvent plus physiques aussi, plus stimulants. En incitant son enfant au jeu de façon sensible, le père devient un tremplin pour l’exploration de son enfant et le développement de sa confiance en soi et en l’autre. C’est en tant que figure d’ouverture sur le monde que le père aurait une plus grande influence sur le développement de son enfant. C’est ce que nous apprennent les études sur l’engagement paternel. Jusqu’à maintenant peu d’auteurs ont étudié l’engagement des pères en même temps que l’attachement père-enfant, mais plusieurs proposent déjà que cette fonction d’ouverture sur le monde expliquerait la formation du lien père-enfant. La relation d’attachement père-enfant serait basée sur une relation d’activation. L’objectif de la présente thèse est précisément de mieux comprendre la nature du lien d’attachement père-enfant. Deux articles composent cette thèse. Le premier article est théorique et fait une recension de la littérature sur l’attachement père-enfant et l’engagement paternel. Le deuxième article est empirique et propose justement de vérifier l’influence de l’engagement paternel sur la formation du lien d’attachement au père. En tout 53 dyades pères-enfants ont participé à cette étude. L’engagement des pères au niveau du réconfort, de la stimulation et de la discipline a été évalué lorsque les enfants avaient entre 12 et 18 mois. À cet âge, la qualité d’attachement et de la relation d’activation ont aussi été évaluées, respectivement avec la Situation étrangère et la Situation risquée. Les deux mises en situation ont ensuite été comparées pour voir laquelle prédit mieux le développement des enfants à l’âge préscolaire, au niveau des compétences sociales, des problèmes intériorisés et des problèmes extériorisés. Les résultats obtenus indiquent que la Situation risquée prédit mieux le développement socio-affectif des enfants (compétences sociales et problèmes intériorisés). Aucun lien n’a été trouvé avec la Situation étrangère, même en tenant compte de l’engagement du père au niveau du réconfort. Ces résultats valident la théorie de la relation d’activation et l’importance de la fonction paternelle d’ouverture sur le monde. Les limites de la présente étude, ainsi que ses implications théoriques et méthodologiques, seront abordées dans la discussion du deuxième article et en conclusion de la présente thèse.

Évaluation préliminaire de l’efficacité de la duloxétine dans le déficit de l’attention chez l’adulte : essai randomisé contrôlé

Le trouble du déficit de l’attention avec ou sans hyperactivité (TDAH) est de plus en plus reconnu chez l'adulte. Les psychostimulants représentent la première ligne de traitement, mais ceux-ci ne sont parfois pas tolérés, peuvent être contrindiqués ou ne pas être efficaces. Les médicaments non stimulants constituent une alternative mais ont été insuffisamment explorés. Cette thèse présente un essai clinique randomisé contrôlé de 30 sujets souffrant de TDAH qui ont reçu soit la duloxétine 60 mg par jour ou le placebo pendant une période de 6 semaines. Le Conners’ Adult ADHD Rating Scale (CAARS) et le Clinical Global Impression scale (CGI) ont été utilisés pour mesurer la sévérité des symptômes et l'amélioration clinique. Le Hamilton Anxiety Rating Scale (HARS) et le Hamilton Depression Rating Scale (HDRS) ont été choisis pour vérifier l'impact sur la symptomatologie anxio-dépressive. Les résultats démontrent que les sujets ayant reçu la duloxétine avait un score au CGI-Severity (CGI-S) inférieur au groupe contrôle à 6 semaines de traitement et une amélioration plus importante au CGI-Improvement (CGI-I). Ce groupe démontre également des diminutions supérieures des scores à plusieurs sous-échelles du CAARS. Aucun effet n'a été observé sur le HARS et le HDRS. Le taux de retrait du bras duloxetine remet par contre en question la dose initiale choisie dans ce protocole. La duloxétine semble donc une option prometteuse dans le traitement du TDAH chez l'adulte et la réplication des données cliniques serait la prochaine étape pour confirmer ces résultats.

Modulation des effets de la caféine sur le sommeil en fonction de l’âge et des habitudes de consommation

La littérature scientifique démontre clairement que la caféine altère la qualité du sommeil, mais des études avancent qu’une tolérance à la caféine peut être développée avec le temps. Par ailleurs, le sommeil change graduellement au cours du vieillissement, et il semble devenir plus sensible aux pressions externes et internes. Nous avons donc choisi de comparer les effets de 200 mg de caféine consommés en soirée, comparativement à un placébo, sur le sommeil de sujets jeunes et d’âge moyen, en fonction de leurs habitudes de consommation de caféine. Le groupe d’âge moyen a manifesté en condition caféine plus d’éveils nocturnes dans le dernier tiers de la nuit que le groupe de jeunes. De plus, la caféine a réduit la durée totale de sommeil et l’efficacité de sommeil de façon plus significative chez les consommateurs légers que chez les consommateurs modérés de caféine. Toutefois, une corrélation a été constatée entre ces derniers résultats et la concentration salivaire de caféine des sujets de chaque groupe, ce qui pourrait expliquer les différences d’effets constatées. D’autre part, la caféine a augmenté la latence au sommeil, le pourcentage de stade 1 et les éveils nocturnes pour tous les groupes, tout en réduisant l’efficacité de sommeil et la durée totale de sommeil. Aucune interaction significative ne fut constatée entre l’âge, les habitudes de consommation et les effets de la caféine sur le sommeil. Nous croyons donc que la caféine, conjointement aux habitudes de consommation chez les consommateurs modérés réguliers, mène à une tolérance partielle aux effets de cette substance, et que le sommeil, particulièrement vers la fin de la nuit, est plus vulnérable aux pressions chez les individus d’âge moyen.

Sensibilité cérébrale à la lumière en fonction du vieillissement et d’aspects physiologiques fonctionnels de l’œil

Outre ses effets sur le système visuel classique permettant la formation des images, la lumière agit sur plusieurs fonctions « non-visuelles ». Celles-ci incluent la constriction pupillaire, la température corporelle, la sécrétion hormonale, le cycle veille-sommeil, la vigilance et les performances cognitives. Les fonctions non-visuelles sont préférentiellement sensibles aux lumières à longueurs d’ondes courtes (lumière bleue) en comparaison aux longueurs d’ondes plus longues (lumière verte). Il est proposé que le vieillissement s’accompagne d’une diminution de la sensibilité des fonctions non-visuelles à la lumière. Cette recherche vise à évaluer les effets de l’âge sur la constriction pupillaire et la sensibilité cérébrale à la lumière lors de l’exécution de tâche cognitive. Deux groupes de sujets, 16 jeunes (18-30 ans) et 14 âgés (55-70 ans), ont suivis un protocole de pupillométrie visant à mesurer la dynamique pupillaire lors d’exposition à des lumières bleues et vertes monochromatiques de trois intensités différentes. Les résultats ont montré davantage de constriction en bleu qu’en vert et des effets plus importants suivant l’augmentation de l’intensité lumineuse. Nos résultats ne montrent cependant pas de différence d’âge sur la constriction pupillaire à la lumière suggérant la préservation de cette réponse non-visuelle. Dans un deuxième temps, les mêmes sujets ont exécuté une tâche cognitive en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) tandis qu’ils étaient maintenus dans la noirceur, ou exposés à des lumières bleues. Les résultats ont montré une diminution des effets de la lumière avec l’âge dans le thalamus, l’amygdale, l’insula et l’aire ventrale tegmentale, régions engagées dans la vigilance, l’attention et les processus émotionnels. Les modifications qui s’opèrent sur les différentes fonctions non-visuelles avec l’âge ne semblent pas homogènes. Ces résultats corroborent les évidences animales qui montrent différents seuils de sensibilités à la lumière et la présence de réseaux neuronaux partiellement indépendants pour les diverses réponses non-visuelles. De plus, ils sont les premiers à démontrer que les effets neuronaux stimulants de la lumière bleue sur la cognition sont diminués avec l’âge. Les recherches devront évaluer si cette diminution de sensibilité influence les performances cognitives au cours du vieillissement. Enfin, un raffinement de nos connaissances permettra de mieux adapter l’environnement lumineux avec l’âge.

Création d'un modèle cellulaire des voies respiratoires du porc pour étudier les effets d'une co-infection virale au virus du syndrome reproducteur et respiratoire porcin et au circovirus porcin

Le circovirus porcin de type 2 (PCV2) est un pathogène majeur pour l’industrie porcine et est associé à une longue liste de maladies associées au circovirus porcin (MACVP). Les premières tentatives pour reproduire ces maladies ont montré que le virus doit être combiné à d’autres agents pathogènes du porc ou à différents stimulants du système immunitaire. De ces agents, le virus du syndrome reproducteur et respiratoire porcin (VSRRP) est celui qui est le plus souvent co-isolé avec le PCV dans les fermes. Une grande partie des efforts faits pour étudier les interactions entre ces deux virus ont été menés in vivo. Les interactions in vitro ont jusqu’à maintenant été peu étudiées du fait qu’il n’existe pas de modèle cellulaire permettant la réplication efficace des deux virus. L’objectif de ce projet était donc de développer un modèle cellulaire propice à la réplication des deux virus et d’étudier leur interaction en co-infection. Une lignée cellulaire provenant de la trachée d’un porcelet nouveau-né (NPTr), permissive au PCV, a été génétiquement modifiée pour exprimer la protéine CD163, un récepteur majeur du VSRRP. Ce projet a montré que cette nouvelle lignée cellulaire (NPTr-CD163) est permissive au VSRRP ainsi qu’à plusieurs génotypes de PCV (PCV1, PCV2a, PCV2b et PCV1/2a). De plus, les résultats obtenus lors d’infections mixtes suggèrent que la réplication du VSRRP et du PCV conditionne de façon génotype-dépendante celle du PCV puisque la réplication du PCV1 est inhibée en présence de VSRRP, alors que celle du PCV2b est significativement augmentée dans les mêmes conditions. Ni la mortalité cellulaire, ni la réponse cellulaire en cytokines n’a permis d’expliquer ces résultats. La modulation de la réplication du PCV par le VSRRP serait donc liée à un mécanisme spécifique qui demeure inconnu. De plus, cet effet varierait en fonction du génotype de PCV.

Guide pour délégués et déléguées sociaux: Médicaments et autres substances en milieux de travail

Le guide et les vidéos se veulent des outils de sensibilisation et d'information à l'usage des délégués sociaux et autres intervenants dans divers milieux de travail à travers le Québec.

La réaction de stress physiologique à la violence au travail

Directeur(s) de thèse : Alain Marchand. M. Sc. Université de Montréal 2015. Comprend un résumé en anglais et en français. Disponible en format Adobe PDF.

Contribution de modèle demande-contrôle-soutien à la variation des concentrations de cortisol salivaire

L’objectif principal de ce mémoire est d’approfondir les connaissances à propos de l’impact des stresseurs organisationnels sur la concentration du cortisol salivaire. Plus précisément, nous étudierons la contribution des modèles demande-contrôle de Karasek (1979) et demande-contrôle-soutien de Karasek et Theorell (1990) à la variation du cortisol salivaire chez les individus. Les associations entre les composantes principales de chacun des modèles (demandes psychologiques, latitude décisionnelle et soutien social), mais également les effets d’interaction inclus dans ces modèles, c’est-à-dire de l’effet modérateur de la latitude décisionnelle et du soutien social, seront étudiés. L’axe HPS a été associé aux symptômes de la santé mentale (Abelson et al., 2007; Havermans et al., 2011; Vreeburg et al., 2009b, 2010, 2013; Staufenbiel, 2013) ainsi qu’aux stresseurs en milieu de travail (Chida et Steptoe, 2009). À l’heure actuelle, le cortisol salivaire serait un indicateur de l’axe hypothalamo-pituito-surrénalien (HPS) le plus prometteur pour mesurer la réponse physiologique face à un événement stressant ou à un stress chronique (Maïna et al., 2009). Les données proviennent de l’étude SALVEO, menée par l’Équipe de recherche sur le travail et la santé mentale de l’Université de Montréal. Les résultats des analyses multiniveaux ne soutiennent pas l’implication du modèle demande-contrôle-soutien sur la concentration de cortisol. En effet, elles ne permettent pas de conclure que les effets, autant principaux que d’interaction, du modèle demande-contrôle-soutien expliquent la variation dans les concentrations de cortisol. La consommation de tabac est significativement reliée à la concentration de cortisol salivaire et doit être prise en considération dans les études futures. Par conséquent, ces résultats suggèrent que d’autres recherches sont nécessaires pour comprendre comment les stresseurs du travail s’incorporent à l’individu au niveau physiologique. Des connaissances approfondies de ces associations permettraient de mieux comprendre les associations entre le stress à long terme et les effets sur la santé, c’est-à-dire, comment les tensions au travail affectent la santé mentale à long terme (Karhula et al., 2015).

Lower Cortisol Activity is Associated with First-Time Driving while Impaired

Driving while impaired (DWI) is a grave and persistent high-risk behavior. Previous work demonstrated that DWI recidivists had attenuated cortisol reactivity compared to non-DWI drivers. This suggests that cortisol is a neurobiological marker of high-risk driving. The present study tested the hypothesis that this initial finding would extend to first-time DWI (fDWI) offenders compared to non-DWI drivers. Male fDWI offenders (n = 139) and non-DWI drivers (n = 31) were exposed to a stress task, and their salivary cortisol activity (total output and reactivity) was measured. Participants also completed questionnaires on sensation seeking, impulsivity, substance use, and engagement in risky and criminal behaviors. As hypothesized, fDWI offenders, compared to non-DWI drivers, had lower cortisol reactivity; fDWI offenders also showed lower total output. In addition, cortisol activity was the most important predictor of group membership, after accounting for alcohol misuse patterns and consequences and other personality and problem behavior characteristics. The findings indicate that attenuated cortisol activity is an independent factor associated with DWI offending risk at an earlier stage in the DWI trajectory than previously detected.

Décès pendant une simulation médicale : perspectives des apprenants et impacts sur le stress et la performance des réanimateurs

L’acceptabilité d’un décès lors d’une simulation médicale reste débattue mais il existe peu de données sur la perspective des apprenants. Des médecins résidents ont effectué une pratique de code et ont rempli un questionnaire pré et post-simulation. Ils ont été exposés à deux scénarios où un bébé naissait sans signe de vie: 1. Nouveau-né ne répondant pas aux manœuvres de réanimation (DCD); 2. Nouveau-né s’améliorant avec une réanimation adéquate (REA). Les performances étaient évaluées à l’aide de la grille standardisée du Programme de Réanimation Néonatale. Le stress objectif (cortisol salivaire) et subjectif a été mesuré après le code. La rétroaction («feedback»), individuelle et en groupe, fut analysée à l’aide de méthodologies qualitatives. 59/62 apprenants ont répondu au questionnaire et 42 ont participé à la simulation. Tous les résidents trouvent les simulations bénéfiques et souhaitent y être exposés davantage. Le type et l’ordre des scénarios n’ont pas eu d’impact sur la performance. Un seul résident a interrompu les manœuvres de réanimation après 10 minutes d’asystolie, tel que recommandé, et 31% ont poursuivi après 20 minutes. Les participants trouvaient le scénario DCD plus stressant. Les niveaux de cortisol salivaire ont augmenté après les simulations (p<0.001) et ce, pour les deux scénarios. Cette augmentation était indépendante du scénario (p=0.06) et n’était pas associée à la performance. Les réponses à la question « Comment a été votre expérience? », ont permis d’identifier deux thèmes: 1. Le mannequin ne meurt pas en simulation médicale; 2. Le décès lors de la simulation signifie une réanimation inadéquate. Le décès lors d’une pratique de code est stressant, mais n’interfère pas avec la performance des soignants. Les apprenants trouvent cet exercice acceptable et bénéfique à leur pratique future.

Technological Changes and its Impact on Rubber Plantation Industry in Kerala An Econometric Study

The present study describes in detail the major technological advances in the rubber-growing industry in the lastfour decades. The major technological changes experienced in the rubber plantation industry during the period are the introduction of 'high yielding-planting materials, scientific application of fertilisers, use of pesticides, tapping during rainy season using‘rain guards, use of. yield stimulants and improved tapping methods School of Management Studies, Cochin University of Science and Technology

Not the outside but the inside matters : functional analysis of Capricious and Tartan during Drosophila tracheal morphogenesis

The tubular structures, which transport essential gases, liquids, or cells from one site to another, are shared among various divergent organisms. These highly organized tubular networks include lung, kidney, vasculature and mammary gland in mammals as well as trachea and salivary gland in Drosophila melanogaster. Many questions regarding the tubular morphogenesis cannot be addressed sufficiently by investigating the mammalian organs because their structures are extremely complex and therefore, systematic analyses of genetic and cellular programs guiding the development is not possible. In contrast, the Drosophila tracheal development provides an excellent model system since many molecular markers and powerful tools for genetic manipulations are available. Two mechanisms were shown to be important for the outgrowth of tracheal cells: the FGF signaling pathway and the interaction between the tracheal cells and the surrounding mesodermal cells. The Drosophila FGF ligand encoded by branchless (bnl) is localized in groups of cells near tracheal metameres. The tracheal cells expressing the FGF receptor breathless (btl) respond to these sources of FGF ligand and extend towards them. However, this FGF signaling pathway is not sufficient for the formation of continuous dorsal trunk, the only muticellular tube in tracheal system. Recently, it was found out that single mesodermal cells called bridge-cells are essential for the formation of continuous dorsal trunk as they direct the outgrowth of dorsal trunk cells towards the correct targets. The results in this PhD thesis demonstrate that a cell adhesion molecule Capricious (Caps), which is specifically localized on the surface of bridge-cells, plays an essential role in guiding the outgrowing dorsal trunk cells towards their correct targets. When caps is lacking, some bridge-cells cannot stretch properly towards the adjacent posterior tracheal metameres and thus fail to interconnect the juxtaposing dorsal trunk cells. Consequently, discontinuous dorsal trunks containing interruptions at several positions are formed. On the other hand, when caps is ectopically expressed in the mesodermal cells through a twi-GAL4 driver, these mesodermal cells acquire a guidance function through ectopic caps and misguide the outgrowing dorsal trunk cells in abnormal directions. As a result, disconnected dorsal trunks are formed. These loss- and gain-of-function studies suggest that Caps presumably establishes the cell-to-cell contact between the bridge-cells and the tracheal cells and thereby mediates directly the guidance function of bridge-cells. The most similar protein known to Caps is another cell adhesion molecule called Tartan (Trn). Interestingly, trn is expressed in the mesodermal cells but not in the bridge-cells. When trn is lacking, the outgrowth of not only the dorsal trunks but also the lateral trunks are disrupted. However, in contrast to the ectopic expression of caps, the misexpression of trn does not affect tracheal development. Whereas Trn requires only its extracellular domain to mediate the matrix function, Caps requires both its extracellular and intracellular domains to function as a guidance molecule in the bridge-cells. These observations suggest that Trn functions differently from Caps during tracheal morphogenesis. Presumably, Trn mediates a matrix function of mesodermal cells, which support the tracheal cells to extend efficiently through the surrounding mesodermal tissue. In order to determine which domains dictate the functional specificity of Caps, two hybrid proteins CapsEdTrnId, which contains the Caps extracellular domain and the Trn intracellular domain, and TrnEdCapsId, which consists of the Trn extracellular domain and the Caps intracellular domain, were constructed. Gain of function and rescue experiments with these hybrid proteins suggest on one hand that the extracellular domains of Caps and Trn are functionally redundant and on the other hand that the intracellular domain dictates the functional specificity of Caps. In order to identify putative interactors of Caps, yeast two-hybrid screening was performed. An in vivo interaction assay in yeast suggests that Ras64B interacts specifically with the Caps intracellular domain. In addition, an in vitro binding assay reveals a direct interaction between an inactive form of Ras64B and the Caps intracellular domain. ras64B, which encodes a small GTPase, is expressed in the mesodermal cells concurrently as caps. Finally, a gain-of-function study with the constitutively active Ras64B suggests that Ras64B presumably functions downstream of Caps. All these results suggest consistently that the small GTPase Ras64B binds specifically to the Caps intracellular domain and may thereby mediate the guidance function of Caps.

Development and Integration of Biocontrol Products in Branched Broomrape (Phelipanche ramosa) management in Tomato

Parasitic weeds of the genera Striga, Orobanche, and Phelipanche pose a severe problem for agriculture because they are difficult to control and are highly destructive to several crops. The present work was carried out during the period October, 2009 to February, 2012 to evaluate the potential of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) to suppress P. ramosa on tomatoes and to investigate the effects of air-dried powder and aqueous extracts from Euphorbia hirta on germination and haustorium initiation in Phelipanche ramosa. The work was divided into three parts: a survey of the indigenous mycorrhizal flora in Sudan, second, laboratory and greenhouse experiments (conducted in Germany and Sudan) to construct a base for the third part, which was a field trial in Sudan. A survey was performed in 2009 in the White Nile state, Sudan to assess AMF spore densities and root colonization in nine fields planted with 13 different important agricultural crops. In addition, an attempt was made to study the relationship between soil physico-chemical properties and AMF spore density, colonization rate, species richness and other diversity indices. The mean percentage of AMF colonization was 34%, ranging from 19-50%. The spore densities (expressed as per 100 g dry soil) retrieved from the rhizosphere of different crops were relatively high, varying from 344 to 1222 with a mean of 798. There was no correlation between spore densities in soil and root colonization percentage. A total of 45 morphologically classifiable species representing ten genera of AMF were detected with no correlation between the number of species found in a soil sample and the spore density. The most abundant genus was Glomus (20 species). The AMF diversity expressed by the Shannon–Weaver index was highest in sorghum (H\= 2.27) and Jews mallow (H\= 2.13) and lowest in alfalfa (H\= 1.4). With respect to crop species, the genera Glomus and Entrophospora were encountered in almost all crops, except for Entrophospora in alfalfa. Kuklospora was found only in sugarcane and sorghum. The genus Ambispora was recovered only in mint and okra, while mint and onion were the only species on which no Acaulospora was found. The hierarchical cluster analysis based on the similarity among AMF communities with respect to crop species overall showed that species compositions were relatively similar with the highest dissimilarity of about 25% separating three of the mango samples and the four sorghum samples from all other samples. Laboratory experiments studied the influence of root and stem exudates of three tomato varieties infected by three different Glomus species on germination of P. ramosa. Root exudates were collected 21or 42 days after transplanting (DAT) and stem exudates 42 DAT and tested for their effects on germination of P. ramosa seeds in vitro. The tomato varieties studied did not have an effect on either mycorrhizal colonization or Phelipanche germination. Germination in response to exudates from 42 day old mycorrhizal plants was significantly reduced in comparison to non-mycorrhizal controls. Germination of P. ramosa in response to root exudates from 21 day old plants was consistently higher than for 42 day-old plants (F=121.6; P<.0001). Stem diffusates from non-mycorrhizal plants invariably elicited higher germination than diffusates from the corresponding mycorrhizal ones and differences were mostly statistically significant. A series of laboratory experiments was undertaken to investigate the effects of aqueous extracts from Euphorbia hirta on germination, radicle elongation, and haustorium initiation in P. ramosa. P. ramosa seeds conditioned in water and subsequently treated with diluted E. hirta extract (10-25% v/v) displayed considerable germination (47-62%). Increasing extract concentration to 50% or more reduced germination in response to the synthetic germination stimulants GR24 and Nijmegen-1 in a concentration dependent manner. P. ramosa germlings treated with diluted Euphorbia extract (10-75 % v/v) displayed haustorium initiation comparable to 2, 5-Dimethoxy-p-benzoquinon (DMBQ) at 20 µM. Euphorbia extract applied during conditioning reduced haustorium initiation in a concentration dependent manner. E. hirta extract or air-dried powder, applied to soil, induced considerable P. ramosa germination. Pot experiments were undertaken in a glasshouse at the University of Kassel, Germany, to investigate the effects of P. ramosa seed bank on tomato growth parameters. Different Phelipanche seed banks were established by mixing the parasite seeds (0 - 32 mg) with the potting medium in each pot. P. ramosa reduced all tomato growth parameters measured and the reduction progressively increased with seed bank. Root and total dry matter accumulation per tomato plant were most affected. P. ramosa emergence, number of tubercles, and tubercle dry weight increased with the seed bank and were, invariably, maximal with the highest seed bank. Another objective was to determine if different AM fungi differ in their effects on the colonization of tomatoes with P. ramosa and the performance of P. ramosa after colonization. Three AMF species viz. GIomus intraradices, Glomus mosseae and Glomus Sprint® were used in this study. For the infection, P. ramosa seeds (8 mg) were mixed with the top 5 cm soil in each pot. No mycorrhizal colonization was detected in un-inoculated control plants. P. ramosa infested, mycorrhiza inoculated tomato plants had significantly lower AMF colonization compared to plants not infested with P. ramosa. Inoculation with G. intraradices, G. mosseae and Glomus Sprint® reduced the number of emerged P. ramosa plants by 29.3, 45.3 and 62.7% and the number of tubercles by 22.2, 42 and 56.8%, respectively. Mycorrhizal root colonization was positively correlated with number of branches and total dry matter of tomatoes. Field experiments on tomato undertaken in 2010/12 were only partially successful because of insect infestations which resulted in the complete destruction of the second run of the experiment. The effects of the inoculation with AMF, the addition of 10 t ha-1 filter mud (FM), an organic residues from sugar processing and 36 or 72 kg N ha-1 on the infestation of tomatoes with P. ramosa were assessed. In un-inoculated control plants, AMF colonization ranged between 13.4 to 22.1% with no significant differences among FM and N treatments. Adding AMF or FM resulted in a significant increase of branching in the tomato plants with no additive effects. Dry weights were slightly increased through FM application when no N was applied and significantly at 36 kg N ha-1. There was no effect of FM on the time until the first Phelipanche emerged while AMF and N application interacted. Especially AMF inoculation resulted in a tendency to delayed P. ramosa emergence. The marketable yield was extremely low due to the strong fruit infestation with insects mainly whitefly Bemisia tabaci and tomato leaf miner (Tuta absoluta). Tomatoes inoculated with varied mycorrhiza species displayed different response to the insect infestation, as G. intraradices significantly reduced the infestation, while G. mosseae elicited higher insect infestation. The results of the present thesis indicate that there may be a potential of developing management strategies for P. ramosa targeting the pre-attachment stage namely germination and haustorial initiation using plant extracts. However, ways of practical use need to be developed. If such treatments can be combined with AMF inoculation also needs to be investigated. Overall, it will require a systematic approach to develop management tools that are easily applicable and affordable to Sudanese farmers. It is well-known that proper agronomical practices such as the design of an optimum crop rotation in cropping systems, reduced tillage, promotion of cover crops, the introduction of multi-microbial inoculants, and maintenance of proper phosphorus levels are advantageous if the mycorrhiza protection method is exploited against Phelipanche ramosa infestation. Without the knowledge about the biology of the parasitic weeds by the farmers and basic preventive measures such as hygiene and seed quality control no control strategy will be successful, however.