Towards an assessment of character interdependence in avian RNA phylogenetics: A general secondary structure model for the avian mitochondrial 16S rRNA

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Xylella fastidiosa comparative genomic database is an information resource to explore the annotation, genomic features, and biology of different strains

The Xylella fastidiosa comparative genomic database is a scientific resource with the aim to provide a user-friendly interface for accessing high-quality manually curated genomic annotation and comparative sequence analysis, as well as for identifying and mapping prophage-like elements, a marked feature of Xylella genomes. Here we describe a database and tools for exploring the biology of this important plant pathogen. The hallmarks of this database are the high quality genomic annotation, the functional and comparative genomic analysis and the identification and mapping of prophage-like elements. It is available from web site http://www.xylella.lncc.br.

Functional proteomics and biochemistry: working together to unravel mitochondrial phenomena of African trypanosomes

Eukaryotic cells are compartmentalized into membrane-bound organelles in order to provide sheltered reaction rooms for various specific processes. Organelles are not randomly distributed in a cell or operate isolated from each other. At the contrary — some organelles are closely linked and their functions are tightly orchestrated. The most well-known example of two such organelles acting in concert are the ER and the mitochondrion that work together in order to coordinate cellular lipid biosynthesis, maintain Ca2+-homeostasis, regulate mitochondrial division and control mitochondrial/ER shape as well as to synchronize the movement of these organelles within a cell. To study the mitochondrion and its interface to the ER requires a simplified mitochondrial system. African trypanosomes represent such a system. The unicellular parasite that causes devastating diseases in humans and animals has only one large mitochondrion that does not undergo fission/fusion events except for the context of cell division. Moreover, mitochondrial functions and morphology are highly regulated throughout the life cycle of the protozoan. Central to the understanding of how mitochondria control their morphology, communicate with their surroundings and manage exchange of metabolites and transport of biopolymers (proteins, RNAs) is the mitochondrial outer membrane (MOM), as the MOM defines the boundary of the organelle. Recently, we have purified the MOM of T. brucei and characterized its proteome using label-free quantitative mass spectrometry for protein abundance profiling in combination with statistical analysis. Our results show that the trypanosomal MOM proteome consists of 82 proteins, two thirds of which have never been associated with mitochondria before. Among these, we identified novel factors required to regulate mitochondrial morphology and the long-elusive protein import machinery of T. brucei. A comparison with the MOM proteome of yeast defines a set of 17 common proteins that are likely present in the mitochondrial outer membrane of all eukaryotes. One of these is the Miro-GTPase Gem1. In yeast, this Ca2+-EF-Hand containing polypeptide is thought to be involved in a protein complex that physically tethers the mitochondrion to the ER. Interestingly, a putative tethering complex in mammalian cells was linked to the mitochondrial fusion/fission machinery. Thus, the concept of a protein complex-mediated connection seems to be a general and conserved feature. We are currently investigating, if such a protein complex exists in T. brucei and if the trypanosomal Gem1 protein is involved. This ER-subdomain associated with mitochondria has been termed mitochondria-associated ER-membranes or MAM. The MAM has recently been implicated to play a key role in Alzheimer’s disease. It is therefore of broad and general interest to establish other eukaryotic model systems in order to investigate the MAM-MOM connection in more detail.

Gene admixture in the Silk Road region of China: Evidence from mtDNA and melanocortin 1 receptor polymorphism

Mitochondrial DNA control region segment I sequences and melanocortin 1 receptor (MC1R) gene polymorphism were examined in ethnic populations in the silk road region of China. Both the frequencies of the MC1R variants and the results of mtDNA data in this region presented intermediate values between those of Europe and East and Southeast Asia, which suggested extensive gene admixture in this area and was in general agreement with previous studies. Phylogenetic analysis of the ethnic populations in the Silk Road region that based on mtDNA data didn't show expected cluster pattern according to their ethnogenesis. We suspect that a high migration rate in female among these closely related populations and other three demographic events might account for it.

The period gene: High conservation of the region coding for Thr-Gly dipeptides in the Drosophila nasuta species subgroup

In this study, the region corresponding to the Thr-Gly region of the period (per) gene in the Drosophila nasuta subgroup of species was sequenced. The results showed, that this region was highly conserved in the D. nasuta subgroup. There were only nine variable sites found in this 300-bp-long region, all located in two small regions highly variable among Drosophila species. No length variation was observed either within this subgroup or in the Yunnan (YN) population of D. albomicans. The deduced amino acid sequences were identical for all 14 taxa in the D. nasuta subgroup, and a stretch of alternating Thr-Gly pairs was not observed in this subgroup. A phylogenetic tree was constructed. The clustering of some species was in general agreement with previous works, but it also raised some question on the phylogenetic relationship between the nasuta species. The data did not implicate the Thr-Gly region playing a role in behavioral isolation in this subgroup of Drosophila.

Cloning and sequencing of the growth hormone gene of large yellow croaker and its phylogenetic significance

Using conserved primers and the PCR reaction, the growth hormone (GH) gene and the 3'-UTR of the large yellow croaker (Pseudosciaena crocea) were amplified and sequenced. The gene structure was analyzed and compared to the GH genes of 5 other percoid fish downloaded from Genbank. Also the GH gene of the large yellow croaker and the genes from 14 Percoidei and 2 Labroidei species were aligned using Clustal X. A matrix of 564 bp was used to construct the phylogenetic tree using maximum parsimony and neighbor-joining methods. Phylogenetic trees by the two methods are identical in most of the clades with high bootstrap support. The results are also identical to those from morphological data. In general, this analysis does not support the monophyly of the families Centropomidae and Carangidae. But our GH gene tree indicates that the representative species of the families Sparidae and Sciaenidae are a monophyletic group.

Geography and Genetics of Ecological Speciation in Pea Aphids

During ecological speciation, divergent natural selection drives evolution of ecological specialization and genetic differentiation of populations on alternate environments. Populations diverging onto the same alternate environments may be geographically widespread, so that divergence may occur at an array of locations simultaneously. Spatial variation in the process of divergence may produce a pattern of differences in divergence among locations called the Geographic Mosaic of Divergence. Diverging populations may vary in their degree of genetic differentiation and ecological specialization among locations. My dissertation examines the pattern and evolutionary processes of divergence in pea aphids (Acyrthosiphon pisum) on alfalfa (Medicago sativa) and clover (Trifolium pretense). In Chapter One, I examined differences among North American aphid populations in genetic differentiation at nuclear, sequence-based markers and in ecological specialization, measured as aphid fecundity on each host plant. In the East, aphids showed high host-plant associated ecological specialization and high genetic differentiation. In the West, aphids from clover were genetically indistinguishable from aphids on alfalfa, and aphids from clover were less specialized. Thus, the pattern of divergence differed among locations, suggesting a Geographic Mosaic of Divergence. In Chapter Two, I examined genomic heterogeneity in divergence in aphids on alfalfa and clover across North America using amplified fragment length polymorphisms (AFLPs). The degree of genetic differentiation varied greatly among markers, suggesting that divergent natural selection drives aphid divergence in all geographic locations. Three of the same genetic markers were identified as evolving under divergent selection in the eastern and western regions, and additional divergent markers were identified in the East. In Chapter Three, I investigated population structure of aphids in North America, France, and Sweden using AFLPs. Aphids on the same host plant were genetically similar across many parts of their range, so the evolution of host plant specialization does not appear to have occurred independently in every location. While aphids on alfalfa and clover were genetically differentiated in most locations, aphids from alfalfa and clover were genetically similar in both western North America and Sweden. High gene flow from alfalfa onto clover may constrain divergence in these locations.

Metagenomic systems biology: frameworks for modeling and characterizing the gut microbiome

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2014

Mutagénèse semi-aléatoire au site actif de la DHFR humaine : création et caractérisation de variantes hautement résistantes au MTX.

La dihydrofolate réductase humaine (DHFRh) est une enzyme essentielle à la prolifération cellulaire. Elle réduit le dihydrofolate en tétrahydrofolate, un co-facteur impliqué dans la biosynthèse des purines et du thymidylate. La DHFRh est une cible de choix pour des agents de chimiothérapie comme le méthotrexate (MTX), inhibant spécifiquement l’enzyme ce qui mène à un arrêt de la prolifération et ultimement à la mort cellulaire. Le MTX est utilisé pour le traitement de plusieurs maladies prolifératives, incluant le cancer. La grande utilisation du MTX dans le milieu clinique a mené au développement de mécanismes de résistance, qui réduisent l’efficacité de traitement. La présente étude se penche sur l’un des mécanismes de résistance, soit des mutations dans la DHFRh qui réduisent son affinité pour le MTX, dans le but de mieux comprendre les éléments moléculaires requis pour la reconnaissance de l’inhibiteur au site actif de l’enzyme. En parallèle, nous visons à identifier des variantes plus résistantes au MTX pour leur utilisation en tant que marqueurs de sélection en culture cellulaire pour des systèmes particuliers, tel que la culture de cellules hématopoïétiques souches (CHS), qui offrent des possibilités intéressantes dans le domaine de la thérapie cellulaire. Pour étudier le rôle des différentes régions du site actif, et pour vérifier la présence d’une corrélation entre des mutations à ces régions et une augmentation de la résistance au MTX, une stratégie combinatoire a été dévelopée pour la création de plusieurs banques de variantes à des résidus du site actif à proximité du MTX lié. Les banques ont été sélectionnées in vivo dans un système bactérien en utilisant des milieux de croissance contenant des hautes concentrations de MTX. La banque DHFRh 31/34/35 généra un nombre considérable de variantes combinatoires de la DHFRh hautement résistantes au MTX. Les variantes les plus intéressantes ont été testées pour leur potentiel en tant que marqueur de sélection dans plusieurs lignées cellulaires, dont les cellules hématopoïétiques transduites. Une protection complète contre les effets cytotoxiques du MTX a été observée chez ces cellules suite à leur infection avec les variantes combinatoires. Pour mieux comprendre les causes moléculaires reliées à la résistance au MTX, des études de structure tridimensionnelle de variantes liées au MTX ont été entreprises. La résolution de la structure de la double variante F31R/Q35E lié au MTX a révélé que le phénotype de résistance était attribuable à d’importantes différences entre le site actif de la double variante et de l’enzyme native, possiblement dû à un phénomème dynamique. Une compréhension plus générale de la reconnaissance et la résistance aux antifolates a été réalisée en comparant des séquences et des structures de variantes de la DHFR résistants aux antifolates et provenant de différentes espèces. En somme, ces travaux apportent de nouveaux éléments pour la comprehension des intéractions importantes entre une enzyme et un ligand, pouvant aider au développement de nouveaux antifolates plus efficaces pour le traitement de diverses maladies. De plus, ces travaux ont généré de nouveaux gènes de résistance pouvant être utilisés en tant que marqueurs de sélection en biologie cellulaire.

Comparative mitochondrial genomics toward understanding genetics and evolution of arbuscular mycorrhizal fungi

Les champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA) sont très répandus dans le sol où ils forment des associations symbiotiques avec la majorité des plantes appelées mycorhizes arbusculaires. Le développement des CMA dépend fortement de la plante hôte, de telle sorte qu'ils ne peuvent vivre à l'état saprotrophique, par conséquent ils sont considérés comme des biotrophes obligatoires. Les CMA forment une lignée évolutive basale des champignons et ils appartiennent au phylum Glomeromycota. Leurs mycélia sont formés d’un réseau d’hyphes cénocytiques dans lesquelles les noyaux et les organites cellulaires peuvent se déplacer librement d’un compartiment à l’autre. Les CMA permettent à la plante hôte de bénéficier d'une meilleure nutrition minérale, grâce au réseau d'hyphes extraradiculaires, qui s'étend au-delà de la zone du sol explorée par les racines. Ces hyphes possèdent une grande capacité d'absorption d’éléments nutritifs qui vont être transportés par ceux-ci jusqu’aux racines. De ce fait, les CMA améliorent la croissance des plantes tout en les protégeant des stresses biotiques et abiotiques. Malgré l’importance des CMA, leurs génétique et évolution demeurent peu connues. Leurs études sont ardues à cause de leur mode de vie qui empêche leur culture en absence des plantes hôtes. En plus leur diversité génétique intra-isolat des génomes nucléaires, complique d’avantage ces études, en particulier le développement des marqueurs moléculaires pour des études biologiques, écologiques ainsi que les fonctions des CMA. C’est pour ces raisons que les génomes mitochondriaux offrent des opportunités et alternatives intéressantes pour étudier les CMA. En effet, les génomes mitochondriaux (mt) publiés à date, ne montrent pas de polymorphismes génétique intra-isolats. Cependant, des exceptions peuvent exister. Pour aller de l’avant avec la génomique mitochondriale, nous avons besoin de générer beaucoup de données de séquençages de l’ADN mitochondrial (ADNmt) afin d’étudier les méchanismes évolutifs, la génétique des population, l’écologie des communautés et la fonction des CMA. Dans ce contexte, l’objectif de mon projet de doctorat consiste à: 1) étudier l’évolution des génomes mt en utilisant l’approche de la génomique comparative au niveau des espèces proches, des isolats ainsi que des espèces phylogénétiquement éloignées chez les CMA; 2) étudier l’hérédité génétique des génomes mt au sein des isolats de l’espèce modèle Rhizophagus irregularis par le biais des anastomoses ; 3) étudier l’organisation des ADNmt et les gènes mt pour le développement des marqueurs moléculaires pour des études phylogénétiques. Nous avons utilisé l’approche dite ‘whole genome shotgun’ en pyroséquençage 454 et Illumina HiSeq pour séquencer plusieurs taxons de CMA sélectionnés selon leur importance et leur disponibilité. Les assemblages de novo, le séquençage conventionnel Sanger, l’annotation et la génomique comparative ont été réalisés pour caractériser des ADNmt complets. Nous avons découvert plusieurs mécanismes évolutifs intéressant chez l’espèce Gigaspora rosea dans laquelle le génome mt est complètement remanié en comparaison avec Rhizophagus irregularis isolat DAOM 197198. En plus nous avons mis en évidence que deux gènes cox1 et rns sont fragmentés en deux morceaux. Nous avons démontré que les ARN transcrits les deux fragments de cox1 se relient entre eux par épissage en trans ‘Trans-splicing’ à l’aide de l’ARN du gene nad5 I3 qui met ensemble les deux ARN cox1.1 et cox1.2 en formant un ARN complet et fonctionnel. Nous avons aussi trouvé une organisation de l’ADNmt très particulière chez l’espèce Rhizophagus sp. Isolat DAOM 213198 dont le génome mt est constitué par deux chromosomes circulaires. En plus nous avons trouvé une quantité considérable des séquences apparentées aux plasmides ‘plasmid-related sequences’ chez les Glomeraceae par rapport aux Gigasporaceae, contribuant ainsi à une évolution rapide des ADNmt chez les Glomeromycota. Nous avons aussi séquencé plusieurs isolats de l’espèces R. irregularis et Rhizophagus sp. pour décortiquer leur position phylogénéque et inférer des relations évolutives entre celles-ci. La comparaison génomique mt nous montré l’existence de plusieurs éléments mobiles comme : des cadres de lecture ‘open reading frames (mORFs)’, des séquences courtes inversées ‘short inverted repeats (SIRs)’, et des séquences apparentées aux plasimdes ‘plasmid-related sequences (dpo)’ qui impactent l’ordre des gènes mt et permettent le remaniement chromosomiques des ADNmt. Tous ces divers mécanismes évolutifs observés au niveau des isolats, nous permettent de développer des marqueurs moléculaires spécifiques à chaque isolat ou espèce de CMA. Les données générées dans mon projet de doctorat ont permis d’avancer les connaissances fondamentales des génomes mitochondriaux non seulement chez les Glomeromycètes, mais aussi de chez le règne des Fungi et les eucaryotes en général. Les trousses moléculaires développées dans ce projet peuvent servir à des études de la génétique des populations, des échanges génétiques et l’écologie des CMA ce qui va contribuer à la compréhension du rôle primorial des CMA en agriculture et environnement.

Studies on the Biology of the Clam Marcia opima Gmelin from kayamkulam Lake

Division of Marine Biology, Microbiology and Biochemistry, School of Marine Sciences, Cochin University of Science and Technology

STUDIES ON THE BIOLOGY OF THE WEDGE CLAM DONAX INCARNATUS (GMELIN) FROM THE MALIPPURAM BEACH OF KERALA

The present investigations have considerably enhanced the existing knowledge on the biology and distribution/availability pattern of D.incarnatus in the Malippuram region. The species occurs in good concentration during October - March/April, and disappears from the area during late premonsoon and monsoon months. Recolonising the area in September, it grows fast in the subsequent months. The life span of the species is estimated to be about an year. Studies on the reproductive biology of the species have revealed that there are two spawning peaks, the major peak in February - March and minor peak, in December. The salinity regime of the area influences the reproductive activity. These observations form the original contribution in the thesis. The information on variation in water content, protein,glycogen and lipid levels in relation to reproductive cycle has helped to a better understanding of the gametogenic activity and spawning of the species. Similarly, the findings on salinity tolerance and filtration rate have shown that small sized clams exhibit greater tolerance range than larger clams, and grow at a faster rate with active metabolism. It is hoped that these information would considerably add to the present knowledge of the basic facts which are relevant to the improvement and management of the clam fishery of this region.

Biology of Flat Toadfish,Colletteichthys dussumieri(Valenciennes,1837) of Cochin Estuary

Dept.of Marine Biology,Microbiology and Biochemistry,Cochin University of Science and Technology

Biology, population characteristics and fishery of the speckled shrimp Metapenaeus monoceros (Fabricius, 1798) along the Kerala coast

Crustaceans comprising numerous edible species of prawns, lobsters and crabs inhabiting different ecosystem form significant portion of the aquatic food resources of the world. Among the crustaceans, prawns are the most commercially exploited group and hold premier rank by virtue of their importance as an esteemed food of gourmet and on account of their high export value. Met-ape-naeus manoceras (Fabricius, 1798) which is known IS,Speckled shrimp’ (FAD name) and ‘Brown shrimp’ ( common nameused in the industry) is one of the commercially important marine penaeid prawns of India. During 1995, M. monaceros catch constituted 7.5 Z of the all India marine penaeid prawn landings. M. monoceros attains a maximum length of about 200 mm and has high export potential.Thus realising the growing importance of M. monoceros in the capture fisheries, it was felt, that it would be ideal to carry out detailed study on this species for rational exploitation and management of its fishery. Hence, the present work entitled, “Biology, population characteristics and fishery of the speckled shrimp Hetapenaeus monoceros (Fabricius, 1798) along Kerala coast“ was undertaken by the author. The thesis is laid out in seven chapters comprising TAXONOMY, FOOD AND FEEDING HABITS, AGE AND GROWTH, REPRODUCTION,LENGTH-WEIGHT RELATIONSHIP, FISHERY and POPULATION DYNAMICS

EVOLUTIONARY BIOLOGY IN BIODIVERSITY SCIENCE, CONSERVATION, AND POLICY: A CALL TO ACTION

Evolutionary biologists have long endeavored to document how many species exist on Earth, to understand the processes by which biodiversity waxes and wanes, to document and interpret spatial patterns of biodiversity, and to infer evolutionary relationships. Despite the great potential of this knowledge to improve biodiversity science, conservation, and policy, evolutionary biologists have generally devoted limited attention to these broader implications. Likewise, many workers in biodiversity science have underappreciated the fundamental relevance of evolutionary biology. The aim of this article is to summarize and illustrate some ways in which evolutionary biology is directly relevant We do so in the context of four broad areas: (1) discovering and documenting biodiversity, (2) understanding the causes of diversification, (3) evaluating evolutionary responses to human disturbances, and (4) implications for ecological communities, ecosystems, and humans We also introduce bioGENESIS, a new project within DIVERSITAS launched to explore the potential practical contributions of evolutionary biology In addition to fostering the integration of evolutionary thinking into biodiversity science, bioGENESIS provides practical recommendations to policy makers for incorporating evolutionary perspectives into biodiversity agendas and conservation. We solicit your involvement in developing innovative ways of using evolutionary biology to better comprehend and stem the loss of biodiversity.