An arsenate tolerance gene on chromosome 6 of rice

The genetics of arsenic tolerance in plants has not been extensively studied and no arsenic tolerance gene has been genetically mapped. Screening 20 diverse genotypes of rice for reduced root growth in 13.3 μM arsenate identified marked differences in tolerance. The most sensitive variety, Dawn, is known to be highly susceptible to straighthead, a condition linked to arsenic contamination of soil. Screening 108 recombinant inbred lines of the Bala x Azucena mapping population revealed the presence of a major gene, AsTol, which mapped between markers RZ516 and RG213 on chromosome 6. This gene is a good target for further characterisation. It should prove valuable for investigations into the physiological and molecular mechanism behind arsenic tolerance in plants and may lead to strategies aimed at breeding for arsenic contaminated regions. © New Phytologist (2004).

Molecular and physiological roles of Pellino E3 ubiquitin ligases in immunity

The sensing of foreign agents by the innate and adaptive immune system triggers complex signal transduction cascades that culminate in expression of gene patterns that facilitate host protection from the invading agent. Post-translational modification of intracellular signaling proteins in these pathways is a key regulatory mechanism with ubiquitination being one of the important processes that controls levels and activities of signaling molecules. E3 ubiquitin ligases are the determining enzymes in dictating the ubiquitination status of individual proteins. Among these hundred E3 ubiquitin ligases are a family of Pellino proteins that are emerging to be important players in immunity and beyond. Herein, we review the roles of the Pellino E3 ubiquitin ligases in innate and adaptive immunity. We discuss their early discovery and characterization and how this has been aided by the highly conserved nature of innate immune signaling across evolution. We describe the molecular roles of Pellino proteins in immune signaling with particular emphasis on their involvement in pathogen recognition receptor (PRR) signaling. The growing appreciation of the importance of Pellino proteins in a wide range of immune-mediated diseases are also evaluated.

Blood: Tests used to assess the physiological and immunological properties of blood.

The properties of blood and the relative ease of access to which it can be retrieved make it an ideal source to gauge different aspects of homeostasis within an individual, form an accurate diagnosis, and formulate an appropriate treatment regime. Tests used to determine blood parameters such as the erythrocyte sedimentation rate, hemoglobin concentration, hematocrit, bleeding and clotting times, mean corpuscular hemoglobin, mean corpuscular hemoglobin concentration, mean cell volume, and determination of blood groups are routinely used clinically, and deviations outside the normal range can indicate a range of conditions such as anemia, pregnancy, dehydration, overhydration, infectious disease, cancer, thyroid disease, and autoimmune conditions, to mention a few. As these tests can be performed relatively inexpensively and do not require high levels of technical expertise, they are ideally suited for use in the teaching laboratory, enabling undergraduate students to link theory to practice. The practicals described here permit students to examine their own blood and that of their peers and compare these with clinically accepted normal ranges. At the end of the practicals, students are required to answer a number of questions about their findings and to link abnormal values to possible pathological conditions by answering a series of questions based on their findings.

Behavioural and physiological responses of shelter dogs to long-term confinement

In Italy, National Law (281/1991) prohibits euthanasia of shelter dogs if they are not dangerous or suffering seriously. Adoption rates in rescue shelters are often lower than entrance rates, leading inevitably to overcrowded facilities where animals are likely to spend the rest of their lives in kennels. In this situation, housing conditions (i.e. space provided, environmental, and social stimulation) may have an impact on canine welfare. In this research project, the effects of two different forms of housing (group- and pair housing) on long-term shelter dogs were compared using behavioural and physiological parameters. Observational data and saliva samples were collected from dogs exposed to both experimental settings; behaviour and cortisol concentration levels were used as welfare indicators. Pair housing offered fewer social and environmental stimuli and behavioural analysis showed a significant decrease in locomotor, exploratory, and social behaviour. Cortisol levels show that this parameter varied independently of housing conditions. Although this study found no evidence suggesting that one form of confinement reduced animal welfare more than the other (e.g. in terms of abnormal behaviour, or higher cortisol concentrations), the type of confinement did affect the expression of a variety of behaviours and these variations should not be ignored with respect to housing decisions for long-term shelter dogs.

Strength reduction of till under dynamic pore pressure condition

Cuttings in heavily overconsolidated clays are known to be susceptible to progressive deformation caused by creep and fatigue that usually begins at the toe of the slope. The progressive deformation leads to strength reduction with time at constant stress (or called softening) and could be accelerated by fluctuation of groundwater level associated with more extreme rainfall events predicted through climate change. The purpose of this paper is to assess the mechanism of progressive deformation due to creep and fatigue using element testing on samples of till. The samples were subjected to fully drained loading and the deviator stresses were held constant at various percentages of peak failure stress, while the pore water pressure was kept static or dynamic (fluctuating ±5 kPa) over a period of time. The results have shown that the samples experienced significant deformation even at a higher factor of safety (i.e. the failure deviator stress/deviator stress at which the pore water pressure was fluctuated) under pore water pressure dynamics.

SHORT-TERM EFFECTS OF SALINITY ON SOME PHYSIOLOGICAL PARAMETERS OF YOUNG OLIVE TREES OF ARBEQUINA, COBRANÇOSA AND GALEGA VARIETIES

SHORT-TERM EFFECTS OF SALINITY ON SOME PHYSIOLOGICAL PARAMETERS OF YOUNG OLIVE TREES OF ARBEQUINA, COBRANÇOSA AND GALEGA VARIETIES Ana Elisa Rato1,4, Renato Coelho1, Margarida Vaz1, Teresa Carola2, Dália Barbosa2, Nádia Silva1, José dos Santos2, Lourenço Machado2, João Godinho2, Luzia Ruas2, Margarida Barradas2, Hernani Pereira2, Sara Porfírio4 1 ICAAM, Universidade de Évora, Apartado 94, 7002-554 Évora, Portugal 2 Master students, Universidade de Évora, Apartado 94, 7002-554 Évora, Portugal 3 Ph.D. student, Universidade de Évora, Apartado 94, 7002-554 Évora, Portugal 4 aerato@uevora.pt Due to the desertification in some regions, the interest in plant’s tolerance to salinity has been increasing, as this response is determining for plant survival in stress conditions. This work reports the investigation of tolerance to salt in two year-old olive trees (Olea europaea L.) of three varieties, Arbequina, Cobrançosa and Galega vulgar. Plants were grown in 10 L plastic pots containing approximately 9 Kg of a sandy granitic soil, on a greenhouse. For 3 months (from the beginning of February to the end of April 2012), they were subjected to three levels of salinity in the irrigation water, 0 mM, 80 mM and 200 mM NaCl (6 plants per salinity level in a total of 18 plants of each variety),. Stomatal conductance (gs) and relative leaf chlorophyll content were assessed on each plant in February, March and April. Mid-day leaf water potential () and soil salinity were measured at the end of the experiment (April). On average, concerning all treatments and dates of determination, stomatal conductance of Arbequina and Galega vulgar was quite similar, around 40 mmol m-2 s-1, but Cobrançosa had a value of gs 36% higher, almost 50% higher (61 mmol m-2 s-1) when compared with the controls (0 mM salt) of the other two varieties. In percentage of controls, there was little difference in gs between varieties and between salinities during February and March. In contrast, in April, after about 90 days of exposure to salt, there was a clear decrease in gs with salt irrigation, proportional to salt concentration. Compared with controls, plants irrigated with 200 mM salt showed around 80% (Arbequina) or 85% (Cobrançosa and Galega vulgar) decrease in gs. Chlorophyll content of leaves showed less than 5% difference between varieties on the average of all treatments and dates of determination. During the course of this experiment, the salinity levels used did not show any relevant effect on chlorophyll content. Overall, at the end of the experimental period (April), leaf water potential () at midday was significantly higher in Cobrançosa (-1,4 MPa) than in Galega vulgar (-1,7 MPa) or Arbequina (-1,8 MPa), and salt decreased  of control plants (-1,25 MPa) by an average 30% (with 80 mM) and 65% (with 200 mM). At the end of the experiment, salinity in the soil irrigated with 0 mM, 80 mM or 200 mM NaCl was, on average of all varieties, 0,2 mS, 1,0 mS or 2,0 mS, respectively. Soil salinity was quite similar in Arbequina and Galega vulgar but about 35% lower in the pots of Cobrançosa, on average of all salt-irrigation levels. Plants of Cobrançosa had higher stomatal conductance, however they showed higher water potential and lower salinity in the soil. These apparently contradictory results seem to suggest that Cobrançosa responds to salt differently from the other two varieties. This issue needs further investigation.

Methodologies for a sustainable development of estuarine ecosystems

As zonas costeiras, estuarinas e lagunares são consideradas áreas muito produtivas e dotadas de grande biodiversidade sendo, por isso, consideradas de elevado valor ecológico e económico. No entanto, nas últimas décadas tem vindo a verificar-se um aumento da contaminação destes ecossistemas como resultado de diversas actividades antrópicas. As abordagens actualmente disponíveis para avaliação do impacto da poluição em ecossistemas estuarinos e lagunares apresentam diversos tipos de lacunas, pelo que é importante desenvolver metodologias mais eficazes com organismos autóctones. Neste contexto, o objectivo central desta dissertação consistiu em desenvolver e validar métodos ecologicamente relevantes para avaliação da contaminação estuarina e dos seus efeitos, utilizando o góbio-comum (Pomatoschistus microps), quer como organismo-teste quer como espécie sentinela, devido à importante função que desempenha nas cadeias tróficas de diversos estuários da costa Portuguesa. A Ria de Aveiro foi seleccionada como área de estudo principalmente pelo facto de possuir zonas com diferentes tipos de contaminação predominante e de haver conhecimento científico de base abundante e de elevada qualidade sobre este ecosistema. Na primeira fase do estudo, foram investigados os efeitos agudos de dois hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs) (benzo[a]pireno e antraceno), de um fuel-óleo e de dois metais (cobre e mercúrio) em P. microps, utilizando ensaios laboratoriais baseados em biomarcadores e em parâmetros comportamentais, os quais foram avaliados utilizando um dispositivo expressamente desenvolvido para o efeito, designado por speed performance device (SPEDE). Como biomarcadores foram utilizados parâmetros envolvidos em funções fisiológicas determinantes para a sobrevivência e desempenho dos animais (neurotransmissão, obtenção de energia, destoxificação e defesas anti-oxidantes), nomeadamente a actividade das enzimas acetilcolinesterase, lactato desidrogenase, CYP1A1, glutationa S-transferases, glutationa reductase, glutationa peroxidase, superóxido dismutase, catalase, tendo ainda sido determinados os níveis de peroxidação lipídica como indicador de danos oxidativos. De forma global, os resultados indicaram que os agentes e a mistura testados têm a capacidade de interferir com a função neurológica, de alterar as vias utilizadas para obtenção de energia celular, induzir as defesas antioxidantes e, no caso do cobre e do mercúrio, de causarem peroxidação lipídica. Foram ainda obtidas relações concentração-resposta a nível dos parâmetros comportamentais testados, nomeadamente a capacidade de nadar contra a corrente e a distância percorrida a nadar contra o fluxo de água, sugerindo que os agentes testados podem, por exemplo, diminuir a capacidade de fuga aos predadores, as probabilidades de captura de presas e o sucesso reprodutivo. Na segunda fase, tendo sido já adaptadas técnicas para determinação de vários biomarcadores em P. microps e estudada a sua resposta a dois grupos de poluentes particularmente relevantes em ecossistemas estuarinos e lagunares (metais e HAPs), foi efectuado um estudo de monitorização utilizando P. microps como bioindicador e que incluiu diversos parâmetros ecológicos e ecotoxicológicos, nomedamente: 20 parâmetros indicativos da qualidade da água e do sedimento, concentração de 9 metais em sedimentos e no corpo de P. microps, 8 biomarcadores e 2 índices de condição na espécie seleccionada. A amostragem foi efectuada em quatro locais da Ria de Aveiro, um considerado como referência (Barra) e três com diferentes tipos predominantes de contaminação (Vagueira, Porto de Aveiro e Cais do Bico), sazonalmente, durante um ano. Os resultados obtidos permitiram uma caracterização ecotoxicológica dos locais, incluindo informação sobre a qualidade da água, concentrações de contaminantes ambientais prioritários nos sedimentos e nos tecidos de P. microps, capacidade desta espécie para bioacumular metais, efeitos exercidos pelas complexas misturas de poluentes presentes em cada uma das zonas de amostragem nesta espécie e possíveis consequências para a população. A análise multivariada permitiu analisar de forma integrada todos os resultados, proporcionando informação que não poderia ser obtida analisando os dados de forma compartimentalizada. Em conclusão, os resultados obtidos no âmbito desta dissertação indicam que P. microps possui características adequadas para ser utilizado como organismoteste em ensaios laboratoriais (e.g. abundância, fácil manutenção, permite a determinação de diferentes tipos de critérios de efeito utilizando um número relativamente reduzido de animais, entre outras) e como organismo sentinela em estudos de monitorização da poluição e da qualidade ambiental, estando portanto de acordo com estudos de menor dimensão previamente efectuados. O trabalho desenvolvido permitiu ainda adaptar a P. microps diversas técnicas bioquímicas vulgarmente utilizadas como biomarcadores em Ecotoxicologia e validá-las quer no laboratório quer em cenários reais; desenvolver um novo bioensaio, utilizando um dispositivo de teste especialmente concebido para peixes epibentónicos baseado na performance natatória de uma espécie autóctone e em biomarcadores; relacionar os efeitos a nível bioquímico com parâmetros comportamentais que ao serem afectados podem reduzir de forma drástica e diversificada (e.g. aumento da mortalidade, diminuição do sucesso reprodutivo, redução do crescimento) a contribuição individual para a população. Finalmente, foi validada uma abordagem multidisciplinar, combinando metodologias ecológicas, ecotoxicológicas e químicas que, quando considerada de forma integrada utilizando análises de estatística multivariada, fornece informação científica da maior relevância susceptível de ser utilizada como suporte a medidas de conservação e gestão em estuários e sistemas lagunares.

Synthesis and functionalization of hydroxyapatite nanoparticles

Graças aos desenvolvimentos na área da síntese de nanomaterais e às potentes técnicas de caracterização à nanoescala conseguimos hoje visualizar uma nanopartícula (NP) como um dispositivo de elevado potencial terapêutico. A melhoria da sua efectividade terapêutica requer no entanto o aprofundamento e sistematização de conhecimentos, ainda muito incipientes, sobre toxicidade, selectividade, efeitos colaterais e sua dependência das próprias características físico-químicas da NP em análise. O presente trabalho, elegendo como alvo de estudo uma substância considerada biocompatível e não tóxica, a hidroxiapatite (Hap), pretende dar um contributo para esta área do conhecimento. Definiram-se como metas orientadoras deste trabalho (i) estudar a síntese de nanoparticulas de Hap (Hap NP), e a modificação das características físico-químicas e morfológicas das mesmas através da manipulação das condições de síntese; (ii) estudar a funcionalização das Hap NP com nanoestruturas de ouro e com ácido fólico, para lhes conferir capacidades acrescidas de imagiologia e terapêuticas, particularmente interessantes em aplicações como o tratamento do cancro (iii) estudar a resposta celular a materiais nanométricos, com propriedades físico-químicas diversificadas. No que se refere à síntese de Hap NP, comparam-se dois métodos de síntese química distintos, a precipitação química a temperatura fisiológica (WCS) e a síntese hidrotérmica (HS), em meios aditivados com ião citrato. A síntese WCS originou partículas de tamanho nanométrico, com uma morfologia de agulha, pouco cristalinas e elevada área superficial especifica. A síntese HS à temperatura de 180ºC permitiu obter partículas de dimensões também nanométricas mas com área específica inferior, com morfologia de bastonete prismático com secção recta hexagonal e elevada cristalinidade. Com o objectivo de aprofundar o papel de algumas variáveis experimentais na definição das características finais das partículas de hidroxiapatite, designadamente o papel do ião citrato (Cit), variou-se a razão molar [Cit/Ca] da solução reagente e o tempo de síntese. Demonstrou-se que o ião citrato e outras espécies químicas resultantes da sua decomposição nas condições térmicas (180ºC) de síntese tem um papel preponderante na velocidade de nucleação e de crescimento dessas mesmas partículas e por conseguinte nas características físico-químicas das mesmas. Elevadas razões [Cit/Ca] originam partículas de dimensão micrométrica cuja morfologia é discutida no contexto do crescimento com agregação. Com o objectivo de avaliar a citotoxicidade in vitro das nanopartículas sintetizadas procedeu-se à esterilização das mesmas. O método de esterilização escolhido foi a autoclavagem a 121º C. Avaliou-se o impacto do processo de esterilização nas características das partículas, verificando-se contrariamente às partículas WCS, que as partículas HS não sofrem alterações significativas de morfologia, o que se coaduna com as condições de síntese das mesmas, que são mais severas do que as de esterilização. As partículas WCS sofrem processos de dissolução e recristalização que se reflectem em alterações significativas de morfologia. Este estudo demonstrou que a etapa de esterilização de nanopartículas para aplicações biomédicas, por autoclavagem, pode alterar substancialmente as propriedades das mesmas, sendo pois criticamente importante caracterizar os materiais após esterilização. Os estudos citotoxicológicos para dois tipos de partículas esterilizadas (HSster e WCSster) revelaram que ambas apresentam baixa toxicidade e possuem potencial para a modelação do comportamento de células osteoblásticas. Tendo em vista a funcionalização da superfície das Hap NP para multifunções de diagnóstico e terapia exploraram-se condições experimentais que viabilizassem o acoplamento de nanopartículas de ouro à superfície das nanopartículas de Hidroxiapatite (Hap-AuNP). Tirando partido da presença de grupos carboxílicos adsorvidos na superfície das nanopartículas de Hap foi possível precipitar partículas nanométricas de ouro (1,5 a 2,5 nm) na superfície das mesmas adaptando o método descrito por Turkevich. No presente trabalho as nanopartículas de Hap funcionaram assim como um template redutor do ouro iónico de solução, propiciando localmente, na superfície das próprias nanopartículas de Hap, a sua redução a ouro metálico. A nucleação do ouro é assim contextualizada pelo papel redutor das espécies químicas adsorvidas, designadamente os grupos carboxílicos derivados de grupos citratos que presidiram à síntese das próprias nanopartículas de Hap. Estudou-se também a funcionalização das Hap NP com ácido fólico (FA), uma molécula biologicamente interessante por ser de fácil reconhecimento pelos receptores existentes em células cancerígenas. Os resultados confirmaram a ligação do ácido fólico à superfície das diferentes partículas produzidas HS e Hap-AuNPs. Graças às propriedades ópticas do ouro nanométrico (efeito plasmão) avaliadas por espectroscopia vis-UV e às potencialidades de hipertermia local por conversão fototérmica, as nanoestruturas Hap-AuNPs produzidas apresentam-se com elevado interesse enquanto nanodispositivos capazes de integrar funções de quimio e terapia térmica do cancro e imagiologia. O estudo da resposta celular aos diversos materiais sintetizados no presente trabalho foi alvo de análise na tentativa de se caracterizar a toxicidade dos mesmos bem como avaliar o seu desempenho em aplicações terapêuticas. Demonstrou-se que as Hap NP não afectam a proliferação das células para concentrações até 500 g/ml, observando-se um aumento na expressão genética da BMP-2 e da fosfatase alcalina. Verificou-se também que as Hap NP são susceptíveis de internalização por células osteoblásticas MG63, apresentando uma velocidade de dissolução intracelular relativamente reduzida. A resposta celular às Hap-AuNP confirmou a não citotoxicidade destas partículas e revelou que a presença do ouro na superfície das Hap NP aumenta a taxa proliferação celular, bem como a expressão de parâmetros osteogénicos. No seu conjunto os resultados sugerem que os vários tipos de partículas sintetizadas no presente estudo apresentam também comportamentos interessantes para aplicações em engenharia de tecido ósseo.

Effects of environmental factors on the toxicity of pesticides to zebrafish embryos

During the last century mean global temperatures have been increasing. According to the predictions, the temperature change is expected to exceed 1.5ºC in this century and the warming is likely to continue. Freshwater ecosystems are among the most sensitive mainly due to changes in the hydrologic cycle and consequently changes in several physico-chemical parameters (e.g. pH, dissolved oxygen). Alterations in environmental parameters of freshwater systems are likely to affect distribution, morphology, physiology and richness of a wide range of species leading to important changes in ecosystem biodiversity and function. Moreover, they can also work as co-stressors in environments where organisms have already to cope with chemical contamination (such as pesticides), increasing the environmental risk due to potential interactions. Therefore, the objective of this work was to evaluate the effects of climate change related environmental parameters on the toxicity of pesticides to zebrafish embryos. The following environmental factors were studied: pH (3.0-12.0), dissolved oxygen level (0-8 mg/L) and UV radiation (0-500 mW/m2). The pesticides studied were the carbamate insecticide carbaryl and the benzimidazole fungicide carbendazim. Stressors were firstly tested separately in order to derive concentration- or intensity-response curves to further study the effects of binary combinations (environmental factors x pesticides) by applying mixture models. Characterization of zebrafish embryos response to environmental stress revealed that pH effects were fully established after 24 h of exposure and survival was only affected at pH values below 5 and above 10. Low oxygen levels also affected embryos development at concentrations below 4 mg/L (delay, heart rate decrease and edema), and at concentrations below 0.5 mg/L the survival was drastically reduced. Continuous exposure to UV radiation showed a strong time-dependent impact on embryos survival leading to 100% of mortality after 72 hours of exposure. The toxicity of pesticides carbaryl and carbendazim was characterized at several levels of biological organization including developmental, biochemical and behavioural allowing a mechanistic understanding of the effects and highlighting the usefulness of behavioural responses (locomotion) as a sensitive endpoint in ecotoxicology. Once the individual concentration response relationship of each stressor was established, a combined toxicity study was conducted to evaluate the effects of pH on the toxicity of carbaryl. We have shown that pH can modify the toxicity of the pesticide carbaryl. The conceptual model concentration addition allowed a precise prediction of the toxicity of the jointeffects of acid pH and carbaryl. Nevertheless, for alkaline condition both concepts failed in predicting the effects. Deviations to the model were however easy to explain as high pH values favour the hydrolysis of carbaryl with the consequent formation of the more toxic degradation product 1- naphtol. Although in the present study such explanatory process was easy to establish, for many other combinations the “interactive” nature is not so evident. In the context of the climate change few scenarios predict such increase in the pH of aquatic systems, however this was a first approach focused in the lethal effects only. In a second tier assessment effects at sublethal level would be sought and it is expectable that more subtle pH changes (more realistic in terms of climate changes scenarios) may have an effect at physiological and biochemical levels with possible long term consequences for the population fitness.

Condition monitoring and diagnostics of power transformers

This paper addresses the subject of condition monitoring and diagnostics of power transformers. The main results of two reliability surveys, carried out under the auspices of CIGRE and IEEE in order to assemble objective data on the performance of transformers in service, are presented, providing useful information on the main causes of transformer failures, the most likely affected components and the related outages times. A survey of the most important methods, actually in use, for condition monitoring and diagnostics of power transformers is also given, which stresses the need for the development of new diagnostic methods, that can be applied without taking the transformers out of service, and that can also provide a fault severity criteria, in particular for determining transformers windings integrity. Preliminary results, concerning the on-going research activity on the development of a new approach for inter-turn winding fault diagnosis in three-phase transformers, are also reported in the paper.

Condition monitoring and diagnostics of power transformers

This paper addresses the subject of condition monitoring and diagnostics of power transformers. The main results of two reliability surveys, carried out under the auspices of CIGRE and IEEE in order to assemble objective data on the performance of transformers in service, are presented, providing useful information on the main causes of transformer failures, the most likely affected components and the related outages times. A survey of the most important methods, actually in use, for condition monitoring and diagnostics of power transformers is also given, which stresses the need for the development of new diagnostic methods, that can be applied without taking the transformers out of service, and that can also provide a fault severity criteria, in particular for determining transformers windings integrity. Preliminary results, concerning the on-going research activity on the development of a new approach for inter-turn winding fault diagnosis in three-phase transformers, are also reported in the paper.