Optimization of high-order harmonic by genetic algorithm for the chirp and phase of few-cycle pulses

The brightness of a particular harmonic order is optimized for the chirp and initial phase of the laser pulse by genetic algorithm. The influences of the chirp and initial phase of the excitation pulse on the harmonic spectra are discussed in terms of the semi-classical model including the propagation effects. The results indicate that the harmonic intensity and cutoff have strong dependence on the chirp of the laser pulse, but slightly on its initial phase. The high-order harmonics can be enhanced by the optimal laser pulse and its cutoff can be tuned by optimization of the chirp and initial phase of the laser pulse.

The combinatorics of transcriptional regulation

The ability to regulate gene expression is of central importance for the adaptability of living organisms to changes in their internal and external environment. At the transcriptional level, binding of transcription factors (TFs) in the vicinity of promoters can modulate the rate at which transcripts are produced, and as such play an important role in gene regulation. TFs with regulatory action at multiple promoters is the rule rather than the exception, with examples ranging from TFs like the cAMP receptor protein (CRP) in E. coli that regulates hundreds of different genes, to situations involving multiple copies of the same gene, such as on plasmids, or viral DNA. When the number of TFs heavily exceeds the number of binding sites, TF binding to each promoter can be regarded as independent. However, when the number of TF molecules is comparable to the number of binding sites, TF titration will result in coupling ("entanglement") between transcription of different genes. The last few decades have seen rapid advances in our ability to quantitatively measure such effects, which calls for biophysical models to explain these data. Here we develop a statistical mechanical model which takes the TF titration effect into account and use it to predict both the level of gene expression and the resulting correlation in transcription rates for a general set of promoters. To test these predictions experimentally, we create genetic constructs with known TF copy number, binding site affinities, and gene copy number; hence avoiding the need to use free fit parameters. Our results clearly prove the TF titration effect and that the statistical mechanical model can accurately predict the fold change in gene expression for the studied cases. We also generalize these experimental efforts to cover systems with multiple different genes, using the method of mRNA fluorescence in situ hybridization (FISH). Interestingly, we can use the TF titration affect as a tool to measure the plasmid copy number at different points in the cell cycle, as well as the plasmid copy number variance. Finally, we investigate the strategies of transcriptional regulation used in a real organism by analyzing the thousands of known regulatory interactions in E. coli. We introduce a "random promoter architecture model" to identify overrepresented regulatory strategies, such as TF pairs which coregulate the same genes more frequently than would be expected by chance, indicating a related biological function. Furthermore, we investigate whether promoter architecture has a systematic effect on gene expression by linking the regulatory data of E. coli to genome-wide expression censuses.

Efeitos da administração de inibidores de fosfodiesterases na reversão da hiperatividade de camundongos expostos ao etanol no período correspondente ao terceiro trimestre de gestação em humanos

O consumo de etanol durante a gestação é um grave problema de saúde pública. Durante o desenvolvimento, o sistema nervoso é especialmente susceptível aos efeitos tóxicos do etanol e a exposição ao etanol durante este período pode gerar um amplo espectro de distúrbios neurocomportamentais, sendo o mais frequente, a hiperatividade. Recentemente, estudos têm sugerido que distúrbios na plasticidade neuronal podem estar relacionados com a hiperatividade. Os inibidores de PDE são drogas que agem impedindo a degradação de segundos mensageiros celulares como AMPc e GMPc, mantendo a ativação de proteínas quinases e de fatores de transcrição como o CREB, levando a expressão de genes relacionados à plasticidade. Neste trabalho, avaliamos através do teste de campo aberto se a administração de Vinpocetina ou Rolipram (inibidores de PDE) seria capaz de amenizar ou reverter a hiperatividade de camundongos Suíços expostos ao etanol no período correspondente ao terceiro trimestre de gestação humana. Para tanto, foram realizadas duas etapas: na primeira etapa, durante o período neonatal, os animais receberam injeções intraperitoneais de etanol (5g/Kg em solução salina a 25%, no 2, 4, 6 e 8 dias de vida pós-natal - PN2 a PN8) ou de salina, e 4 horas antes do teste comportamental no campo aberto (10 min), em PN30, receberam Vinpocetina (10mg/Kg ou 20mg/Kg diluídas em DMSO ip) ou somente DMSO ip. Na segunda etapa, os animais foram expostos ao etanol ou à salina no período neonatal nas mesmas condições da primeira etapa e no dia do teste comportamental receberam Rolipram (0,5mg/Kg diluídas em DMSO ip ou somente DMSO ip). Posteriormente aos testes, foram coletados o córtex cerebral frontal e o hipocampo dos animais para avaliação dos níveis de AMPc. Os resultados comportamentais indicam que somente o tratamento com Vinpocetina (20mg/Kg) reverteu a hiperatividade de camundongos expostos ao etanol, resultado que não foi observado com o tratamento com Rolipram. Desta forma, a dosagem dos níveis de AMPc foi realizada apenas nos animais que receberam injeção de Vinpocetina (20mg/Kg). A exposição neonatal ao etanol reduziu significativamente os níveis de AMPc no córtex e no hipocampo. O tratamento com Vinpocetina gerou um aumento nos níveis de AMPc no córtex e restaurou estes níveis no hipocampo. Nossos resultados sugerem que a reversão da hiperatividade pelo tratamento com Vinpocetina pode estar associada ao aumento da plasticidade neural induzida por esta droga.

Effects of TI-299423 on Neuronal Nicotinic Acetylcholine Receptors

Nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) are pentameric, ligand-gated, cation channels found throughout the central and peripheral nervous system, whose endogenous ligand is acetylcholine, but which can also be acted upon by nicotine. The subunit compositions of nAChR determine their physiological and pharmacological properties, with different subunits expressed in different combinations or areas throughout the brain. The behavioral and physiological effects of nicotine are elicited by its agonistic and desensitizing actions selectively on neuronal nAChRs. The midbrain is of particular interest due to its population of nAChRs expressed on dopaminergic neurons, which are important for reward and reinforcement, and possibly contribute to nicotine dependence. The α6-subunit is found on dopaminergic neurons but very few other regions of the brain, making it an interesting drug target. We assayed a novel nicotinic agonist, called TI-299423 or TC299, for its possible selectivity for α6-containing nAChRs. Our goal was to isolate the role of α6-containing nAChRs in nicotine reward and reinforcement, and provide insight into the search for more effective smoking cessation compounds. This was done using a variety of in vitro and behavioral assays, aimed dually at understanding TI-299423’s exact mechanism of action and its downstream effects. Additionally, we looked at the effects of another compound, menthol, on nicotine reward. Understanding how reward is generated in the cholinergic system and how that is modulated by other compounds contributes to a better understand of our complex neural circuitry and provides insight for the future development of therapeutics.

Pharmacogenetics of MicroRNAs and MicroRNAs Biogenesis Machinery in Pediatric Acute Lymphoblastic Leukemia

Despite the clinical success of acute lymphoblastic leukemia (ALL) therapy, toxicity is frequent. Therefore, it would be useful to identify predictors of adverse effects. In the last years, several studies have investigated the relationship between genetic variation and treatment-related toxicity. However, most of these studies are focused in coding regions. Nowadays, it is known that regions that do not codify proteins, such as microRNAs (miRNAs), may have an important regulatory function. MiRNAs can regulate the expression of genes affecting drug response. In fact, the expression of some of those miRNAs has been associated with drug response. Genetic variations affecting miRNAs can modify their function, which may lead to drug sensitivity. The aim of this study was to detect new toxicity markers in pediatric B-ALL, studying miRNA-related polymorphisms, which can affect miRNA levels and function. We analyzed 118 SNPs in pre-miRNAs and miRNA processing genes in association with toxicity in 152 pediatric B-ALL patients all treated with the same protocol (LAL/SHOP). Among the results found, we detected for the first time an association between rs639174 in DROSHA and vomits that remained statistically significant after FDR correction. DROSHA had been associated with alterations in miRNAs expression, which could affect genes involved in drug transport. This suggests that miRNA-related SNPs could be a useful tool for toxicity prediction in pediatric B-ALL.

Evaluation of Fentanyl Disposition and Effects in Newborn Piglets as an Experimental Model for Human Neonates

Background: Fentanyl is widely used off-label in NICU. Our aim was to investigate its cerebral, cardiovascular and pulmonary effects as well as pharmacokinetics in an experimental model for neonates. Methods: Fentanyl (5 mu g/kg bolus immediately followed by a 90 minute infusion of 3 mu g/kg/h) was administered to six mechanically ventilated newborn piglets. Cardiovascular, ventilation, pulmonary and oxygenation indexes as well as brain activity were monitored from T = 0 up to the end of experiments (T = 225-300 min). Also plasma samples for quantification of fentanyl were drawn. Results: A "reliable degree of sedation" was observed up to T = 210-240 min, consistent with the selected dosing regimen and the observed fentanyl plasma levels. Unlike cardiovascular parameters, which were unmodified except for an increasing trend in heart rate, some of the ventilation and oxygenation indexes as well as brain activity were significantly altered. The pulmonary and brain effects of fentanyl were mostly recovered from T = 210 min to the end of experiment. Conclusion: The newborn piglet was shown to be a suitable experimental model for studying fentanyl disposition as well as respiratory and cardiovascular effects in human neonates. Therefore, it could be extremely useful for further investigating the drug behaviour under pathophysiological conditions.

Repercussões de variantes genéticas em componentes do sistema endocanabinoide e no receptor PPAR-α sobre o perfil de risco cardiometabólico, adipocitocinas e níveis plasmáticos de endocanabinoides em indivíduos com diferentes graus de adiposidade

Analisar a associação recíproca entre fatores de risco cardiometabólico, níveis de adipocitocinas (leptina e adiponectina de alto peso molecular), endocanabinoides (anandamida [AEA] e 2-araquidonoilglicerol [2-AG]), compostos canabimiméticos (N-oleoiletanolamina [OEA] e N-palmitoiletanolamina [PEA]) e polimorfismos em genes codificadores de componentes do sistema endocanabinoide (enzima de degradação de endocanabinoides FAAH [gene FAAH] e receptor endocanabinoide CB1 [gene CNR1]) e do receptor PPAR-α [gene PPARA], em indivíduos com diferentes graus de adiposidade. Duzentos indivíduos, entre 18 e 60 anos, com diferentes graus de índice de massa corporal (IMC) compuseram a amostra, dividida em dois grupos: cem eutróficos (IMC < 25 kg/m2) e 100 obesos (IMC ≥ 30 kg/m2), com 50 homens e 50 mulheres em cada grupo. Os obesos ficaram assim distribuídos: grau 1, com IMC < 35 kg/m2 (n=54), 27 homens e 27 mulheres; grau 2, com IMC < 40 kg/m2 (n=32), 16 homens e 16 mulheres e grau 3, com IMC ≥ 40 kg/m2 (n=14), 7 homens e 7 mulheres. Todos os indivíduos foram recrutados entre funcionários, estudantes e residentes do Hospital Universitário Pedro Ernesto, bem como voluntários do quadro da Polícia Militar do Estado do Rio de Janeiro e selecionados com base em amostra de conveniência. Todos foram avaliados por parâmetros antropométricos, determinação da pressão arterial, análises laboratoriais e genotipagem, para determinar seu perfil metabólico, níveis de endocanabinoides e adipocitocinas e rastreamento dos polimorfismos FAAH 385C>A, CNR1 3813A>G e PPARA 484C>G. Foram excluídos do estudo aqueles com história de comorbidades crônicas, doenças inflamatórias agudas, dependência de drogas de qualquer natureza e em uso de medicação nos dez dias anteriores à entrada no estudo. A atividade inflamatória, avaliada pela proteína C reativa ultrassensível (PCRUS), acompanhou o grau de resistência insulínica. Os níveis de PEA se associaram negativamente com a adiposidade visceral e resistência insulínica, sugerindo um melhor perfil metabólico, enquanto que os níveis de 2-AG se associaram positivamente com a PCRUS, apontando para piora nesse perfil. Os polimorfismos estudados não se associaram com o fenótipo obeso ou insulinorresistente. A presença do alelo 3813G no gene CNR1 mostrou associação independente com níveis reduzidos de adiponectina em obesos, sugerindo pior perfil metabólico nesse grupo. A presença do alelo 484G no gene PPARA, associando-se com níveis mais elevados de IMC e LDL-colesterol nos eutróficos pode indicar maior predisposição desses indivíduos para o desenvolvimento de obesidade e dislipidemia aterosclerótica. O genótipo homozigoto AA na posição 385 do gene FAAH e os níveis de PCRUS foram as principais associações, diretas e independentes, com os níveis de AEA, indicando claramente disfunção da enzima de degradação da AEA e, possivelmente, contribuindo para um perfil cardiometabólico mais vulnerável em portadores dessa variante genética.

Exploring Genetic Factors Involved in Huntington Disease Age of Onset: E2F2 as a New Potential Modifier Gene

Age of onset (AO) of Huntington disease (HD) is mainly determined by the length of the CAG repeat expansion (CAGexp) in exon 1 of the HTT gene. Additional genetic variation has been suggested to contribute to AO, although the mechanism by which it could affect AO is presently unknown. The aim of this study is to explore the contribution of candidate genetic factors to HD AO in order to gain insight into the pathogenic mechanisms underlying this disorder. For that purpose, two AO definitions were used: the earliest age with unequivocal signs of HD (earliest AO or eAO), and the first motor symptoms age (motor AO or mAO). Multiple linear regression analyses were performed between genetic variation within 20 candidate genes and eAO or mAO, using DNA and clinical information of 253 HD patients from REGISTRY project. Gene expression analyses were carried out by RT-qPCR with an independent sample of 35 HD patients from Basque Country Hospitals. We found suggestive association signals between HD eAO and/or mAO and genetic variation within the E2F2, ATF7IP, GRIN2A, GRIN2B, LINC01559, HIP1 and GRIK2 genes. Among them, the most significant was the association between eAO and rs2742976, mapping to the promoter region of E2F2 transcription factor. Furthermore, rs2742976 T allele patient carriers exhibited significantly lower lymphocyte E2F2 gene expression, suggesting a possible implication of E2F2-dependent transcriptional activity in HD pathogenesis. Thus, E2F2 emerges as a new potential HD AO modifier factor.

Polimorfismos do gene da tiopurina metiltransferase (TPMT) em pacientes com doenças inflamatórias intestinais: avaliação da prevalência e correlação com efeitos colaterais

A azatioprina e a 6 mercaptopurina (6-MCP) são drogas muito utilizada no tratamento das doenças inflamatórias intestinais (DII), porém estão associadas a vários efeitos colaterais. A determinação prévia do genótipo da tiopurina metiltransferase (TPMT) pode identificar pacientes de maior risco de toxicidade a droga. Os objetivos deste estudo foram avaliar a prevalência dos polimorfismos do gene da TPMT em pacientes com DII acompanhados no Hospital Universitário Pedro Ernesto (HUPE) da UERJ, comparando com a prevalência em outras populações e correlacionar a presença desses polimorfismos com a toxicidade às drogas. Foram avaliados 146 pacientes com doença de Crohn (DC) e 73 com retocolite ulcerativa idiopática (RCUI). A pesquisa dos principais genótipos da TPMT (*2, *3, *3C) foi realizada por técnicas de PCR (alelo específico e RFLP). Os achados clínicos foram correlacionados com a genotipagem e avaliados por análises multivariadas. Dentre os pacientes que estavam em uso de azatioprina, 14 apresentaram pancreatite ou elevação de enzimas pancreáticas, 6 apresentaram hepatoxicidade e 2 evoluíram com neutropenia. Os polimorfismos do gene da TPMT foram observados em 37 dos 219 pacientes (8 foram heterozigotos para o genótipo *2, 11 heterozigotos para *3A e 18 foram heterozigotos para o polimorfismo *3C). Não foi observado nenhum homozigoto polimórfico. Uma correlação positiva foi observada entre a elevação de enzimas pancreáticas e os genótipos *2 e *3C. A prevalência dos polimorfismos neste estudo (16,89%) foi maior que a descrita para população caucasiana e em outros estudos brasileiros. Apesar do predomínio do genótipo *3C, não houve ocorrência exclusiva de um polimorfismo, conforme observado em outras populações. A população brasileira devido à sua miscigenação têm características genotípicas próprias diferentes do outros países do mundo. Dois polimorfismos da TPMT (*2 e *3C) estiveram associados à toxicidade ao uso da azatioprina em pacientes com DII no sudeste do Brasil. O teste genético pode auxiliar na escolha da melhor droga e na dose ideal para os pacientes portadores de DII antes do início do tratamento.

Genetic improvement of the herbivorous blunt snout bream (Megalobrama amblycephala)

Selection experiments with the herbivorous blunt snout bream or Wuchang bream (Megalobrama amblycephala) were started in 1985. Mass selection for size and length/depth ratio resulted in a significant increase in growth and better shape, while inbreeding led to a significant decrease in growth. The total selection ratio from fry to mature brooders was about 0.03 per cent per generation. In the grow out stage, the average daily body weight gains of two lines of fifth generation (F5) fish were 29 per cent and 20 per cent respectively more than the control group, with an average of 5.8 per cent and 4 per cent improvements per generation, respectively. The body was 4 per cent deeper in ratio of standard length/body depth. The effects of inbreeding were examined by crossing full-sibs, the offspring of which were kept without selection. The third generation inbred fish showed 17 per cent lower growth as compared to the control group, with an average of 7.5 per cent per generation. The results demonstrate that selection is a powerful tool to improve the economic traits of the blunt snout bream, but inbreeding can rapidly lead to a reduction in performance. In 2000, the 6th generation of selected bream was certified by the Chinese Ministry of Agriculture as a good breed for aquaculture.

Effects of fishing on growth traits: a simulation analysis

Abstract—Fisheries often target individuals based on size. Size-selective fishing can create selection differentials on life-history traits and, when those traits have a genetic basis, may cause evolution. The evolution of life history traits affects potential yield and sustainability of fishing, and it is therefore an issue for fishery management. Yet fishery managers usually disregard the possibility of evolution, because little guidance is available to predict evolutionary consequences of management strategies. We attempt to provide some generic guidance. We develop an individual-based model of a population with overlapping generations and continuous reproduction. We simulate model populations under size-selective fishing to generate and quantify selection differentials on growth. The analysis comprises a variety of common life-history and fishery characteristics: variability in growth, correlation between von Bertalanffy growth parameters (K and L∞), maturity rate, natural mortality rate (M), M/K ratio, duration of spawning season, fishing mortality rate (F), maximum size limit, slope of selectivity curve, age at 50% selectivity, and duration of fishing season. We found that each characteristic affected the magnitude of selection differentials. The most vulnerable stocks were those with a short spawning or fishing season. Under almost all life-history and fishery characteristics examined, selection differentials created by realistic fishing mortality rates are considerable.

Avaliação da ação antitumoral in vitro da pterocarpanoquinona LQB 118 e estudo de alguns mecanismos de ação

Tem sido descrito que o acúmulo de mutações em proto-oncogenes e genes supressores de tumor contribui para o direcionamento da célula à carcinogênese. Na maioria dos casos de câncer, as células apresentam proliferação descontrolada devido a alterações na expressão e/ou mutações de ciclinas, quinases dependentes de ciclinas e/ou inibidores do ciclo celular. Os tumores sólidos figuram entre o tipo de câncer mais incidente no mundo, sendo a quimioterapia e/ou hormônio-terapia, radioterapia e cirurgia os tratamentos mais indicados para estes tipos de tumores. Entretanto, o tratamento quimioterápico apresenta diversos efeitos colaterais e muitas vezes é ineficaz. Portanto, a busca por novas moléculas capazes de conter a proliferação destas células e com baixa toxicidade para o organismo se faz necessário. Este trabalho teve por objetivo avaliar a ação antitumoral in vitro de um novo composto sintético, a pterocarpanoquinona LQB118, sobre algumas linhagens tumorais humanas de alta prevalência e estudar alguns dos seus mecanismos de ação. As linhagens tumorais estudadas neste trabalho foram os adenocarcinomas de mama (MCF7) e próstata (PC-3), e carcinoma de pulmão (A549). A citotoxicidade foi avaliada pelo ensaio do MTT e a proliferação celular pela contagem de células vivas (exclusão do corante azul de tripan) e análise do ciclo celular (citometria de fluxo). A expressão gênica foi avaliada por RT-PCR e a apoptose foi avaliada por condensação da cromatina (microscopia de fluorescência-DAPI), fragmentação de DNA (eletroforese) e marcação com anexina V (citometria de fluxo). Das linhagens tumorais testadas, a de próstata (PC3) foi a que se mostrou mais sensível ao LQB 118, e em função deste resultado, os demais experimentos foram realizados com esta linhagem tumoral. O efeito citotóxico do LQB 118 se mostrou tempo e concentração dependente. Esta substância inibiu a proliferação celular e prejudicou a progressão do ciclo celular, acumulando células nas fases S e G2/M. Buscando esclarecer os mecanismos desta ação antitumoral, demonstrou-se que o LQB 118 inibe a expressão do mRNA do fator de transcrição c-Myc e das ciclinas D1 e B1, e induz a apoptose de tais células tumorais. Em suma, o LQB 118 é capaz de inibir a proliferação das células tumorais de próstata, alterando a expressão do mRNA de alguns genes reguladores do ciclo celular, resultando em interrupção do ciclo celular e indução de apoptose, indicando este composto como um potencial candidato a futuro medicamento no tratamento do câncer de próstata.

Perfil genético por sequenciamento e genotipagem de cepas multirresistentes do Mycobacterium tuberculosis provenientes de diversos estados brasileiros

A tuberculose multirresistente (MR) a drogas é uma séria ameaça à saúde pública devido à maiores complexidade, custo e efeitos colaterais do tratamento. Poucos estudos descreveram a epidemiologia molecular de isolados de Mycobacterium tuberculosis MR no Brasil. Neste trabalho foi investigada a diversidade genética e mutações associadas à resistência a drogas de 99 isolados MR e 7 não MR coletados em um período de 8 anos e provenientes de 12 estados brasileiros. Esta investigação foi feita através da análise do polimorfismo de fragmentos de restrição do elemento de inserção IS6110 (IS6110-RFLP), spoligotyping e sequenciamento de regiões dos genes rpoB e katG que conferem resistência aos antibióticos rifampicina e isoniazida, respectivamente. Mutações nos genes katG e rpoB foram encontradas em 90,9% e 93% dos isolados MR analisados, respectivamente. Para o gene rpoB, 91,9% das mutações estavam contidas na região RRDR de 81-pb. Um total de 51 (51.5%), 23 (23.3%) e 11 (11.1%) isolados MR apresentaram mutações nos códons 531, 526 e 516, respectivamente. Com relação ao gene katG, foram encontradas mutações em 93% dos isolados MR analisados, sendo que 7 apresentaram mutações apenas na primeira região analisada (katG1). O codon 315 da segunda região analisada do gene katG (katG2) apresentou mutações em 82.8% dos isolados MR, sendo a maioria Ser315Thr. A região katG1 apresentou mutações em 30.3% dos isolados MR sendo a maioria deleção do códon 4. Pelo spoligotyping foi possível determinar que os isolados MR deste estudo pertencem a 5 diferentes famílias (com suas subfamílias) de M. tuberculosis circulantes no Brasil, onde as mais frequentemente encontradas foram: LAM (46%), T (17%) e H (12%). Nós observamos que uma das famílias, a EAI5, carrega mutações no códon 463 do gene katG, o que não ocorre para as demais. Além disso, entre nossos isolados foi identificada um isolado pertencente à cepa Beijing (extremamente virulenta), mas este fato não é alarmante já que se tratou de apenas um caso. Através de nossos dados foram descritos novos alelos mutados para os genes rpoB e katG. Com exceção da família X2, foi identificada uma região inicial do gene katG com alta frequência de mutações nos isolados MR. A análise por IS6110-RFLP revelou que 25 isolados formaram 11 grupos genotípicos enquanto 74 mostraram um padrão único de bandas. Esta alta taxa de polimorfismo indica aquisição independente de resistência entre nossos isolados. Para a família H, foi identificada uma inversão na freqüência de ocorrência de mutações no gene rpoB, sendo o códon 516 o mais mutado, seguido pelo 526 e 531. Os resultados deste estudo fornecem informações úteis para um melhor entendimento do espectro de mutações dos isolados MR de pacientes no Brasil. Nossos resultados também se tornam úteis no desenvolvimento de testes diagnósticos de tuberculose MR e para auxiliar no rastreamento da transmissão global desta doença.

Genetic diversity and taxonomic implication of Cordyceps sinensis as revealed by RAPD markers

Random amplified polymorphic DNA (RAPD) markers are used to investigate genetic variation and evolutionary relationships of 29 samples of Cordyceps sinensis from different geographical populations on the Qinghai-Tibet plateau. Out of 137 RAPD bands scored, 100 are polymorphic. A correlation is revealed between geographical distance and genetic distance. The molecular phylogenetic tree suggests that the 29 samples are divided into three notable clusters, corresponding to the geographical populations, i.e., the north population (NP), middle population (MP), and south population (SP). The NP consists of 7 northern samples from Menyuan, Maqu, and Luqu, the MP consists of 8 samples from Yushu and Chengduo, and the SP consists of 14 samples from Byma Snow Mountain, Renzhi Snow Moutain, Chongcaoxiwa, and Dacaodi. It is demonstrated that extensive genetic diversity is found among different geographical populations of C. sinensis. The genetic diversity pattern of C. sinensis may be caused by the founder effects. The taxonomic status of NP, MP, and SP populations should be that they are different subspecies rather than different species.

Natural selection on EPAS1 (HIF2 alpha) associated with low hemoglobin concentration in Tibetan highlanders

By impairing both function and survival, the severe reduction in oxygen availability associated with high-altitude environments is likely to act as an agent of natural selection. We used genomic and candidate gene approaches to search for evidence of such genetic selection. First, a genome-wide allelic differentiation scan (GWADS) comparing indigenous highlanders of the Tibetan Plateau (3,200 3,500 m) with closely related lowland Han revealed a genome-wide significant divergence across eight SNPs located near EPAS1. This gene encodes the transcription factor HIF2 alpha, which stimulates production of red blood cells and thus increases the concentration of hemoglobin in blood. Second, in a separate cohort of Tibetans residing at 4,200 m, we identified 31 EPAS1 SNPs in high linkage disequilibrium that correlated significantly with hemoglobin concentration. The sex-adjusted hemoglobin concentration was, on average, 0.8 g/dL lower in the major allele homozygotes compared with the heterozygotes. These findings were replicated in a third cohort of Tibetans residing at 4,300 m. The alleles associating with lower hemoglobin concentrations were correlated with the signal from the GWADS study and were observed at greatly elevated frequencies in the Tibetan cohorts compared with the Han. High hemoglobin concentrations are a cardinal feature of chronic mountain sickness offering one plausible mechanism for selection. Alternatively, as EPAS1 is pleiotropic in its effects, selection may have operated on some other aspect of the phenotype. Whichever of these explanations is correct, the evidence for genetic selection at the EPAS1 locus from the GWADS study is supported by the replicated studies associating function with the allelic variants.