Species introduction promotes hybridization and introgression in Coregonus: is there sign of selection against hybrids?

Species introductions are considered one of the major drivers of biodiversity loss via ecological interactions and genetic admixture with local fauna. We examined two well-recognized fish species, native whitefish (Coregonus lavaretus) and introduced vendace (Coregonus albula), as well as their morphological hybrids in a single lake to test for selection against hybrids and backcrosses in the wild. A representative random subsample of 693 individuals (27.8%) was taken from the total catch of coregonids. This subsample was examined with the aim to select c. 50 individuals of pure whitefish (n = 52), pure vendace (n = 55) and putative hybrid (n = 19) for genetic analyses. The subsequent microsatellites and mitochondrial (mt) DNA analyses provided compelling evidence of hybridization and introgression. Of the 126 fish examined, four were found to be F-1, 14 backcrosses to whitefish and seven backcrosses to vendace. The estimates of historical gene flow suggested higher rates from introduced vendace into native whitefish than vice versa, whereas estimates of contemporary gene flow were equal. Mitochondrial introgression was skewed, with 18 backcrosses having vendace mtDNA and only three with whitefish mtDNA. Hybrids and backcrosses had intermediate morphology and niche utilization compared with parental species. No evidence of selection against hybrids or backcrosses was apparent, as both hybrid and backcross growth rates and fecundities were high. Hybrids (F-1) were only detected in 2 year-classes, suggesting temporal variability in mating between vendace and whitefish. However, our data show that hybrids reached sexual maturity and reproduced actively, with backcrosses recorded from six consecutive year-classes, whereas no F-2 individuals were found. The results indicate widespread introgression, as 10.8% of coregonids were estimated to be backcrosses.

Has habitat heterogeneity promoted phenotypic and ecological sub-structuring among a Coregonus lavaretus population in a large Scottish lake?

Differences in stable-isotope values, morphology and ecology in whitefish Coregonus lavaretus were investigated between the three basins of Loch Lomond. The results are discussed with reference to a genetic investigation to elucidate any substructuring or spawning site fidelity. Foraging fidelity between basins of Loch Lomond was indicated by delta 13C and delta 15N values of C. lavaretus muscle tissue. There was, however, no evidence of the existence of sympatric morphs in the C. lavaretus population. A previous report of two C. lavaretus 'species' in Loch Lomond probably reflects natural variation between individuals within a single mixed population.

Yersinia pseudotuberculosis and Yersinia pestis are more resistant to bactericidal cationic peptides than Yersinia enterocolitica

The action of bactericidal polycationic peptides was compared in Yersinia spp. by testing peptide binding to live cells and changes in outer membrane (OM) morphology and permeability. Moreover, polycation interaction with LPS was studied by measuring the dependence of dansylcadaverine displacement and zeta potential on polycation concentration. When growth at 37 degrees C, Yersinia pestis and Yersinia pseudotuberculosis bound less polymyxin B (PMB) than pathogenic or non-pathogenic Yersinia enterocolitica, regardless of virulence plasmid expression. Y. pseudotuberculosis OMs were unharmed by PMB concentrations causing extensive OM blebbing in Y. enterocolitica. The permeability to lysozyme caused by PMB was greater in Y. enterocolitica than in Y. pseudotuberculosis or Y. pestis and differences increased at 37 degrees C. Similar observations were made with other polycations using a polymyxin/novobiocin permeability assay. With LPS of cells grown at 26 degrees C, polycation binding was highest for Y. pseudotuberculosis and lowest for Y. pestis, with Y. enterocolitica yielding intermediate results which were lower for pathogenic than for non-pathogenic strains. With LPS of cells grown at 37 degrees C, polycation binding remained unchanged for Y. pestis and pathogenic Y. enterocolitica, increased for non-pathogenic Y. enterocolitica and decreased for Y. pseudotuberculosis to Y. pestis levels. Polycation binding related in part to differences in charge density (zeta potential) of LPS aggregates, suggesting similar effects at bacterial surfaces. It is suggested that species and temperature differences in polycation resistance relate to infection route, invasiveness and intracellular multiplication of Yersinia spp.

Resolution theory, and static and frequency-dependent cross-talk in piezoresponse force microscopy

Probing the functionality of materials locally by means of scanning probe microscopy (SPM) requires a reliable framework for identifying the target signal and separating it from the effects of surface morphology and instrument non-idealities, e.g. instrumental and topographical cross-talk. Here we develop a linear resolution theory framework in order to describe the cross-talk effects, and apply it for elucidation of frequency-dependent cross-talk mechanisms in piezoresponse force microscopy. The use of a band excitation method allows electromechanical/electrical and mechanical/topographic signals to be unambiguously separated. The applicability of a functional fit approach and multivariate statistical analysis methods for identification of data in band excitation SPM is explored.

An Arabidopsis mutant cex1 exhibits constant accumulation of jasmonate-regulated AtVSP, Thi2.1 and PDF1.2.

Jasmonates (JA) act as a regulator in plant growth as well as a signal in plant defense. The Arabidopsis vegetative storage protein (AtVSP) and plant defense-related proteins thionin (Thi2.1) and defensin (PDF1.2) have previously been shown to accumulate in response to JA induction. In this report, we isolated and characterized a novel recessive mutant, cex1, conferring constitutive JA-responsive phenotypes including JA-inhibitory growth and constitutive expression of JA-regulated AtVSP, Thi2.1 and PDF1.2. The plant morphology and the gene expression pattern of the cex1 mutant could be phenocopied by treatment of wild-type plants with exogenous JA, indicating that CEX1 might be a negative regulator of the JA response pathway.

Modelling the response of fresh groundwater to climate and vegetation changes in coral islands

In coral islands, groundwater is a crucial freshwater resource for terrestrial life, including human water supply. Response of the freshwater lens to expected climate changes and subsequent vegetation alterations is quantified for Grande Glorieuse, a low-lying coral island in the Western Indian Ocean. Distributed models of recharge, evapotranspiration and saltwater phytotoxicity are integrated into a variable-density groundwater model to simulate the evolution of groundwater salinity. Model results are assessed against field observations including groundwater and geophysical measurements. Simulations show the major control currently exerted by the vegetation with regards to the lens morphology and the high sensitivity of the lens to climate alterations, impacting both quantity and salinity. Long-term changes in mean sea level and climatic conditions (rainfall and evapotranspiration) are predicted to be responsible for an average increase in salinity approaching 140 % (+8 kg m-3) when combined. In low-lying areas with high vegetation density, these changes top +300 % (+10 kg m-3). However, due to salinity increase and its phytotoxicity, it is shown that a corollary drop in vegetation activity can buffer the alteration of fresh groundwater. This illustrates the importance of accounting for vegetation dynamics to study groundwater in coral islands.

Effect of laser treatment on the attachment and viability of mesenchymal stem cell responses on shape memory NiTi alloy

The objectives of this study were to investigate the effect of laser-induced surface features on the morphology, attachment and viability of mesenchymal stem cells (MSCs) at different periods of time, and to evaluate the biocompatibility of different zones: laser-melted zone (MZ), heat-affected zone (HAZ) and base metal (BM) in laser-treated NiTi alloy. The surface morphology and composition were studied by scanning electron microscope (SEM) and X-ray photoemission spectroscopy (XPS), respectively. The cell morphology was examined by SEM while the cell counting and viability measurements were done by haemocytometer and 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) colorimetric assay. The results indicated that the laser-induced surface features, such as surface roughening, presence of anisotropic dendritic pattern and complete surface Ni oxidation were beneficial to improve the biocompatibility of NiTi as evidenced by the highest cell attachment (4 days of culture) and viability (7 days of culture) found in the MZ. The biocompatibility of the MZ was the best, followed by the BM with the HAZ being the worst. The defective and porous oxide layer as well as the coarse grained structure might attribute to the inferior cell attachment (4 days of culture) and viability (7 days of culture) on the HAZ compared with the BM which has similar surface morphology.

Terminal and progenitor lineage-survival oncogenes as cancer markers

Tumour classification has traditionally focused on differentiation and cellular morphology, and latterly on the application of genomic approaches. By combining chromatin immunoprecipitation with expression array, it has been possible to identify direct gene targets for transcription factors for nuclear hormone receptors. At the same time, there have been great strides in deriving stem and progenitor cells from tissues. It is therefore timely to propose that pairing the isolation of these cell subpopulations from tissues and tumours with these genomics approaches will reveal conserved gene targets for transcription factors. By focusing on transcription factors (lineage-survival oncogenes) with roles in both organogenesis and tumourigenesis at multiple organ sites, we suggest that this comparative genomics approach will enable developmental biology to be used more fully in relation to understanding tumour progression and will reveal new cancer markers. We focus here on neurogenesis and neuroendocrine differentiation in tumours.

Explaining the Coexistence of Large-scale and Small-scale Magnetic Fields in Fully Convective Stars

Despite the lack of a shear-rich tachocline region, low-mass fully convective (FC) stars are capable of generating strong magnetic fields, indicating that a dynamo mechanism fundamentally different from the solar dynamo is at work in these objects. We present a self-consistent three-dimensional model of magnetic field generation in low-mass FC stars. The model utilizes the anelastic magnetohydrodynamic equations to simulate compressible convection in a rotating sphere. A distributed dynamo working in the model spontaneously produces a dipole-dominated surface magnetic field of the observed strength. The interaction of this field with the turbulent convection in outer layers shreds it, producing small-scale fields that carry most of the magnetic flux. The Zeeman–Doppler-Imaging technique applied to synthetic spectropolarimetric data based on our model recovers most of the large-scale field. Our model simultaneously reproduces the morphology and magnitude of the large-scale field as well as the magnitude of the small-scale field observed on low-mass FC stars.

INFLUENCE OF NOX4 NADPH OXIDASE ON GENERATION AND ANGIOGENIC FUNCTION OF INDUCED PLURIPOTENT STEM CELL-DERIVED ENDOTHELIAL CELLS

Human induced pluripotent stem (iPS) cell-derived endothelial cells (ECs) hold clear potential for therapeutic angiogenesis as a novel strategy for ischaemic disease. Recently, we have developed a novel method for direct reprogramming of partial iPS (PiPS) cells, which unlike iPS cells, are generated before pluripotency so do not form tumours, and may be differentiated into ECs with characteristic morphology and pro-angiogenic actions. Our previous work showed that PiPS-derived ECs are capable of forming vascular-like tubes both in vitro and in vivo and promoting re-endothelialisation of ischemic tissue, with greater effectiveness versus mature ECs.

Interestingly, our preliminary data demonstrate that Nox NADPH oxidases, which are reported to influence stem cell function, are progressively induced during PiPs/PiPS-EC differentiation and in response to hypoxia, with Nox4 demonstrating highest expression. As this isoform is an established regulator of angiogenesis, we hypothesize that Nox4 plays a key role in modulating PiPS-EC generation and angiogenic function.

The aim of this project is therefore to investigate: (1) the specific role of Nox4 in direct reprogramming of PiPS cells and differentiation to PiPS-ECs; (2) whether genetic manipulation of Nox4 influences in vitro function of PiPs-ECs and their ability to promote in vivo angiogenesis. This will be achieved by employing established in vitro functional assays and an experimental model of hindlimb ischaemia with assessment of relevant end-points. Identification of a key role for Nox4 in regulating PiPS-EC generation/function may inform selective targeting of this isoform to enhance the efficiency of PiPS-EC differentiation and their capacity to treat ischemic disease.

Laser Surface Treatment of Polyamide and NiTi Alloy and the Effects on Mesenchymal Stem Cell Response

Mesenchymal stem cells (MSCs) are known to play important roles in development, post-natal growth, repair, and regeneration of mesenchymal tissues. What is more, surface treatments are widely reported to affect the biomimetic nature of materials. This paper will detail, discuss and compare laser surface treatment of polyamide (Polyamide 6,6), using a 60 W CO2 laser, and NiTi alloy, using a 100 W fiber laser, and the effects of these treatments on mesenchymal stem cell response. The surface morphology and composition of the polyamide and NiTi alloy were studied by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoemission spectroscopy (XPS), respectively. MSC cell morphology cell counting and viability measurements were done by employing a haemocytometer and MTT colorimetric assay. The success of enhanced adhesion and spreading of the MSCs on each of the laser surface treated samples, when compared to as-received samples, is evidenced in this work. © (2015) COPYRIGHT Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). Downloading of the abstract is permitted for personal use only.

Novel materials based on chitosan, its derivatives and cellulose fibres

O presente trabalho tem como principal objectivo o desenvolvimento de novos materiais baseados em quitosano, seus derivados e celulose, na forma de nanofibras ou de papel. Em primeiro lugar procedeu-se à purificação das amostras comerciais de quitosano e à sua caracterização exaustiva em termos morfológicos e físicoquímicos. Devido a valores contraditórios encontrados na literatura relativamente à energia de superfície do quitosano, e tendo em conta a sua utilização como precursor de modificações químicas e a sua aplicação em misturas com outros materiais, realizou-se também um estudo sistemático da determinação da energia de superfície do quitosano, da quitina e seus respectivos homólogos monoméricos, por medição de ângulos de contacto Em todas as amostras comerciais destes polímeros identificaram-se impurezas não polares que estão associadas a erros na determinação da componente polar da energia de superfície. Após a remoção destas impurezas, o valor da energia total de superfície (gs), e em particular da sua componente polar, aumentou consideravelmente. Depois de purificadas e caracterizadas, algumas das amostras de quitosano foram então usadas na preparação de filmes nanocompósitos, nomeadamente dois quitosanos com diferentes graus de polimerização, correspondentes derivados solúveis em água (cloreto de N-(3-(N,N,N-trimetilamónio)-2- hidroxipropilo) de quitosano) e nanofibras de celulose como reforço (celulose nanofibrilada (NFC) e celulose bacteriana (BC). Estes filmes transparentes foram preparados através de um processo simples e com conotação ‘verde’ pela dispersão homogénea de diferentes teores de NFC (até 60%) e BC (até 40%) nas soluções de quitosano (1.5% w/v) seguida da evaporação do solvente. Os filmes obtidos foram depois caracterizados por diversas técnicas, tais como SEM, AFM, difracção de raio-X, TGA, DMA, ensaios de tracção e espectroscopia no visível. Estes filmes são altamente transparentes e apresentam melhores propriedades mecânicas e maior estabilidade térmica do que os correspondentes filmes sem reforço. Outra abordagem deste trabalho envolveu o revestimento de folhas de papel de E. globulus com quitosano e dois derivados, um derivado fluorescente e um derivado solúvel em água, numa máquina de revestimentos (‘máquina de colagem’) à escala piloto. Este estudo envolveu inicialmente a deposição de 1 a 5 camadas do derivado de quitosano fluorescente sobre as folhas de papel de forma a estudar a sua distribuição nas folhas em termos de espalhamento e penetração, através de medições de reflectância e luminescência. Os resultados mostraram que, por um lado, a distribuição do quitosano na superfície era homogénea e que, por outro lado, a sua penetração através dos poros do papel cessou após três deposições. Depois da terceira camada verificou-se a formação de um filme contínuo de quitosano sobre a superfície do papel. Estes resultados mostram que este derivado de quitosano fluorescente pode ser utilizado como marcador na optimização e compreensão de mecanismos de deposição de quitosano em papel e outros substratos. Depois de conhecida a distribuição do quitosano nas folhas de papel, estudou-se o efeito do revestimento de quitosano e do seu derivado solúvel em água nas propriedades finais do papel. As propriedades morfológicas, mecânicas, superficiais, ópticas, assim como a permeabilidade ao ar e ao vapor de água, a aptidão à impressão e o envelhecimento do papel, foram exaustivamente avaliadas. De uma forma geral, os revestimentos com quitosano e com o seu derivado solúvel em água tiveram um impacto positivo nas propriedades finais do papel, que se mostrou ser dependente do número de camadas depositadas. Os resultados também mostraram que os papéis revestidos com o derivado solúvel em água apresentaram melhores propriedades ópticas, aptidão à impressão e melhores resultados em relação ao envelhecimento do que os papéis revestidos com quitosano. Assim, o uso de derivados de quitosano solúveis em água em processos de revestimento de papel representa uma estratégia bastante interessante e sustentável para o desenvolvimento de novos materiais funcionais ou na melhoria das propriedades finais dos papéis. Por fim, tendo como objectivo valorizar os resíduos e fracções menos nobres da quitina e do quitosano provenientes da indústria transformadora, estes polímeros foram convertidos em polióis viscosos através de uma reacção simples de oxipropilação. Este processo tem também conotação "verde" uma vez que não requer solvente, não origina subprodutos e não exige nenhuma operação específica (separação, purificação, etc) para isolar o produto da reacção. As amostras de quitina e quitosano foram pré-activadas com KOH e depois modificadas com um excesso de óxido de propileno (PO) num reactor apropriado. Em todos os casos, o produto da reacção foi um líquido viscoso composto por quitina ou quitosano oxipropilados e homopolímero de PO. Estas duas fracções foram separadas e caracterizadas.

Morphological and ecological studies on the phylum Cycliophora

Cycliophora é um filo animal descrito recentemente que acomoda, apenas, duas espécies: Symbion pandora Funch e Kristensen, 1995 e S. americanus Obst, Funch e Kristensen, 2006. Este filo é caracterizado por um ciclo de vida assaz complexo, cuja posição filogenética tem sido debatida desde a sua descoberta. Esta dissertação visa aprofundar o conhecimento geral existente acerca destes enigmáticos e pouco explorados metazoários. Assim, vários aspectos da morfologia e ecologia de ciclióforos foram estudados através de observações in vivo, técnicas de microscopia e reconstrução tridimensional. A mioanatomia de várias fases do ciclo de vida é descrita para S. pandora e S. americanus. Os nossos resultados revelam uma similaridade contundente entre a musculatura das duas espécies. A mioanatomia geral de Symbion é, ainda, comparada à de outros metazoários. A expressão de algumas substâncias imunorreactivas, como são exemplo a serotonina e as sinapsinas, é investigada em várias formas do ciclo de vida. Quando comparados com outros representantes de Spiralia, conclui-se que a neuroanatomia geral dos ciclióforos se assemelha mais às formas larvares do que aos adultos. Apesar de possuírem um plano corporal sofisticado, com extensas áreas ciliadas e uma mioanatomia complexa, descobrimos que o macho de ambas as espécies Symbion é composto por apenas algumas dezenas de células. Baseando-nos nestas observações, inferimos que a complexidade dos metazoários não se relaciona com o tamanho corporal nem com o número de células de um organismo. Estudos sobre a ultra-estrutura da fêmea revelaram, entre outras estruturas, um putativo poro genital, extensões citoplasmáticas do oócito e glândulas posteriores. Morfologia e implicações funcionais destas estruturas são aqui discutidas. A anatomia do protonefrídeo da larva cordóide é descrita. A arquitectura deste órgão diverge daquela presente noutros representantes de Nephrozoa, particularmente ao nível da área de filtração da célula terminal. As nossas observações são discutidas em termos filogenéticos. A maturação sexual em ciclióforos é investigada. Os nossos resultados sugerem que a transição de reprodução assexual a sexual se relacione com a idade da forma séssil, a “feeding stage”. A presença da larva Prometeus assente no tronco desta também poderá influenciar o processo, embora mais estudos sejam desejáveis para o comprovar. Os nossos resultados são discutidos integrativa e comparativamente com o conhecimento prévio sobre Cycliophora. A cumulação deste conhecimento será essencial para a compreensão da evolução e filogenia deste enigmático filo.

Acrylic bone cements modified with bioactive and biodegradable fillers

O cimento ósseo acrílico é o único material utilizado para a fixação de próteses em cirurgias ortopédicas, surgindo como uma alternativa às técnicas não cimentadas. Cerca de um milhão de pacientes são anualmente tratados para a substituição total da articulação do quadril e do joelho. Com a maior expectativa de vida da população e o aumento do número de cirurgias realizadas por ano espera-se que o uso do cimento ósseo aumente substancialmente. A fraca ligação do cimento ao osso é um problema comum que pode causar perda asséptica da prótese. Assim, torna-se necessário investir no desenvolvimento de cimentos ósseos alternativos que permitam promover maior estabilidade e melhor desempenho do implante. O principal objetivo desta tese foi desenvolver um cimento ósseo bioativo, capaz de ligar-se ao osso, com propriedades melhoradas relativamente aos sistemas convencionais. A preparação dos materiais foi realizada por dois processos diferentes, a polimerização por via térmica e a polimerização por via química. Inicialmente, utilizando o processo térmico, foram desenvolvidos compósitos de PMMA-co-EHA reforçados com vidro de sílica (CSi) e vidro de boro (CB) e comparados em termos do seu comportamento in vitro em meio acelular e celular. A formação de precipitados de fosfato de cálcio foi observada sobre a superfície de todos os compósitos indicando que estes materiais são potencialmente bioativos. Em relação à avaliação biológica o CSi demonstrou um efeito indutor da proliferação das células. As células apresentaram uma morfologia normal e alta taxa de crescimento quando comparadas com o padrão de cultura. Por outro lado ocorreu inibição da proliferação celular para o CB provavelmente devido à sua elevada taxa de degradação, levando a uma elevada concentraçao de iões de B e de Mg no meio de cultura. O efeito do vidro nos cimentos curados por via química, incorporando um activador de baixa toxicidade, também foi avaliado. Os resultados sugerem que as novas formulações podem diminuir o efeito exotérmico na cura do cimento e melhorar as propriedades mecânicas (flexão e compressão). Outro estudo conduzido neste trabalho explorou a possibilidade de incorporar ibuprofeno (fármaco anti-inflamatório) no cimento, dando origem a um material capaz de ser simultaneamente, bioativo e promotor da libertação controlada de fármacos. Neste contexto foi evidenciado que o desempenho do cimento desenvolvido pode contribuir para minimizar o processo inflamatório associado a uma cirurgia ortopédica. Finalmente, a fase sólida do cimento ósseo bioativo foi modificada por diferentes polímeros biodegradáveis. A adição deste enchimento deu origem a um cimento parcialmente biodegradável que pode permitir a formação de poros e o crescimento ósseo para o interior do cimento, resultando numa melhor fixação da prótese.

Hydrodynamic and sediment fluxes through the inlets of the Ria Formosa

Tese de dout., Ciências do Mar, da Terra e do Ambiente (Ciências do Mar-Oceanografia Física), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2011