Density-dependent pollen limitation and reproductive assurance in a wind-pollinated herb with contrasting sexual systems

1. Wind pollination is thought to have evolved in response to selection for mechanisms to promote pollination success, when animal pollinators become scarce or unreliable. We might thus expect wind-pollinated plants to be less prone to pollen limitation than their insect-pollinated counterparts. Yet, if pollen loads on stigmas of wind-pollinated species decline with distance from pollen donors, seed set might nevertheless be pollen-limited in populations of plants that cannot self-fertilize their progeny, but not in self-compatible hermaphroditic populations.2. Here, we test this hypothesis by comparing pollen limitation between dioecious and hermaphroditic (monoecious) populations of the wind-pollinated herb Mercurialis annua.3. In natural populations, seed set was pollen-limited in low-density patches of dioecious, but not hermaphroditic, M. annua, a finding consistent with patterns of distance-dependent seed set by females in an experimental array. Nevertheless, seed set was incomplete in both dioecious and hermaphroditic populations, even at high local densities. Further, both factors limited the seed set of females and hermaphrodites, after we manipulated pollen and resource availability in a common garden experiment.4. Synthesis. Our results are consistent with the idea that pollen limitation plays a role in the evolution of combined vs. separate sexes in M. annua. Taken together, they point to the potential importance of pollen transfer between flowers on the same plant (geitonogamy) by wind as a mechanism of reproductive assurance and to the dual roles played by pollen and resource availability in limiting seed set. Thus, seed set can be pollen-limited in sparse populations of a wind-pollinated species, where mates are rare or absent, having potentially important demographic and evolutionary implications.

Extracció del mapa de profunditat a partir d'una seqüència d'imatges

Aquest projecte resol les fases inicials d'un altre projecte més gran que té com a objectiu la conversió automàtica de seqüències d'imatges a 3D. El projecte s'ha centrat en la reconstrucció calibrada de col·leccions d'imatges mitjançant la tècnica anomenada structure from motion. Aquesta tècnica forma part de l'àmbit de la visió per computador i s'utilitza per obtenir la posició i l'orientació de les diferents càmeres juntament amb una reconstrucció 3D de l'escena en forma de núvol de punts.

Desarrollo de software para el procesado numérico en tarjetas gráficas

Debido al gran número de transistores por mm2 que hoy en día podemos encontrar en las GPU convencionales, en los últimos años éstas se vienen utilizando para propósitos generales gracias a que ofrecen un mayor rendimiento para computación paralela. Este proyecto implementa el producto sparse matrix-vector sobre OpenCL. En los primeros capítulos hacemos una revisión de la base teórica necesaria para comprender el problema. Después veremos los fundamentos de OpenCL y del hardware sobre el que se ejecutarán las librerías desarrolladas. En el siguiente capítulo seguiremos con una descripción del código de los kernels y de su flujo de datos. Finalmente, el software es evaluado basándose en comparativas con la CPU.

Compositional Constraints in the Extremely GC-poor Genome of Plasmodium falciparum

We have analyzed the compositional properties of coding (protein encoding) and non-coding sequences of Plasmodium falciparum, a unicellular parasite characterized by an extremely AT-rich genome. GC% levels, base and dinucleotide frequencies were studied. We found that among the various factors that contribute to the properties of the sequences analyzed, the most relevant are the compositional constraints which operate on the whole genome

Genes and Chromosomes of Leishmania infantum

During recent years, several Leishmania infantum genes have been cloned and characterized. Here, we have summarized the available information on the gene organization and expression in this protozoan parasite. From a comparative analysis, the following outstanding features were found to be common to most of the genes characterized: tandemly organized genes with conserved coding regions and divergent untranslated regions, polycistronic transcription and post-transcriptional regulation of gene expression. The analysis of chromosomes of L. infantum by pulsed-field electrophoresis showed the existence of both size and number polymorphisms such that each strain has a distinctive molecular karyotype. Despite this variability, highly conserved physical linkage groups exists among different strains of L. infantum and even among Old World Leishmania species. Gene mapping on the L. infantum molecular karyotype evidenced a bias in chromosomal distribution of, at least, the evolutionary conserved genes

Analysis and optimization of the satellite-to-plane link of an aeronautical global system

En aquest projecte s’ha analitzat i optimitzat l’enllaç satèl·lit amb avió per a un sistema aeronàutic global. Aquest nou sistema anomenat ANTARES està dissenyat per a comunicar avions amb estacions base mitjançant un satèl·lit. Aquesta és una iniciativa on hi participen institucions oficials en l’aviació com ara l’ECAC i que és desenvolupat en una col·laboració europea d’universitats i empreses. El treball dut a terme en el projecte compren bàsicament tres aspectes. El disseny i anàlisi de la gestió de recursos. La idoneïtat d’utilitzar correcció d’errors en la capa d’enllaç i en cas que sigui necessària dissenyar una opció de codificació preliminar. Finalment, estudiar i analitzar l’efecte de la interferència co-canal en sistemes multifeix. Tots aquests temes són considerats només per al “forward link”. L’estructura que segueix el projecte és primer presentar les característiques globals del sistema, després centrar-se i analitzar els temes mencionats per a poder donar resultats i extreure conclusions.

Molecular and Antigenic Characterization of the Leishmania (Viannia) panamensis Kinetoplastid Membrane Protein-11

The kinetoplastid membrane protein 11 (KMP-11) has been recently described in Leishmania (Leishmania) donovani as a major component of the promastigote membrane. Two oligonucleotide primers were synthesized to PCR-amplify the entire coding region of New World Leishmania species. The Leishmania (Viannia) panamensis amplification product was cloned, sequenced and the putative amino acid sequence determined. A remarkably high degree of sequence homology was observed with the corresponding molecule of L. (L) donovani and L. (L) infantum (97% and 96%, respectively). Southern blot analysis showed that the KMP-11 locus is conformed by three copies of the gene. The L. (V) panamensis ORF was subsequently cloned in a high expression vector and the recombinant protein was induced and purified from Escherichia coli cultures. Immunoblot analysis showed that 80%, 77% and 100% sera from cutaneous, mucocutaneous and visceral leishmaniasis patients, respectively, recognized the recombinant KMP-11 protein. In a similar assay, 86% of asymptomatic Leishmania-infected individuals showed IgG antibodies against the rKMP-11. We propose that KMP-11 could be used as a serologic marker for infection and disease caused by Leishmania in America.

Selection, Recombination and History in a Parasitic Flatworm (Echinococcus) Inferred from Nucleotide Sequences

Three species of flatworms from the genus Echinococcus (E. granulosus, E. multilocularis and E. vogeli) and four strains of E. granulosus (cattle, horse, pig and sheep strains) were analysed by the PCR-SSCP method followed by sequencing, using as targets two non-coding and two coding (one nuclear and one mitochondrial) genomic regions. The sequencing data was used to evaluate hypothesis about the parasite breeding system and the causes of genetic diversification. The calculated recombination parameters suggested that cross-fertilisation was rare in the history of the group. However, the relative rates of substitution in the coding sequences showed that positive selection (instead of purifying selection) drove the evolution of an elastase and neutrophil chemotaxis inhibitor gene (AgB/1). The phylogenetic analyses revealed several ambiguities, indicating that the taxonomic status of the E. granulosus horse strain should be revised

1

Non-coding small RNAs (sRNAs) have important regulatory functions in bacteria. In Pseudomonas spp., about 40 sRNAs have been reported until the end of 2008, a number that almost certainly is an underestimate. We provide a summary of the coding regions for these sRNAs is Pseudomonas aeruginosa. The functions of some Pseudomonas sRNAs can be deduced from those of homologous well-characterized sRNAs of Escherichia coli, e.g. 6S RNA (a stationary phase regulator of RNA polymerase) and tmRNA (a component of a machinery serving to eliminate truncated polypeptides). Two sRNAs of P. aeruginosa, PrrF1 and PrrF2, whose expression is repressed by the Fur repressor in the presence of iron, inhibit translation initiation of mRNAs specifying superoxide dismutase (sodB), succinate dehydrogenase (sdhABCD) and anthranilate degradation (antABC), via a base-paring mechanism. As a consequence, these mRNAs are poorly expressed under conditions of iron limitation. Two further sRNAs of P. aeruginosa, RsmY and RsmZ, whose expression is positively controlled by the GacS/GacA two-component system in response to unknown signals, act as scavengers of the RNA-binding protein RsmA. In this way, translational repression exerted by RsmA on target mRNAs can be relieved. The Gac/Rsm signal transduction pathway globally regulates motility and the formation of extracellular products in pseudomonas spp.

Long-term follow-up of four patients with Langer-Giedion syndrome: clinical course and complications.

Long-term observations of individuals with the so-called Langer-Giedion (LGS) or tricho-rhino-phalangeal type II (TRPS2) are scarce. We report here a on follow-up of four LGS individuals, including one first described by Andres Giedion in 1969, and review the sparse publications on adults with this syndrome which comprises ectodermal dysplasia, multiple cone-shaped epiphyses prior to puberty, multiple cartilaginous exostoses, and mostly mild intellectual impairment. LGS is caused by deletion of the chromosomal segment 8q24.11-q24.13 containing among others the genes EXT1 and TRPS1. Most patients with TRPS2 are only borderline or mildly cognitively delayed, and few are of normal intelligence. Their practical skills are better than their intellectual capability, and, for this reason and because of their low self-esteem, they are often underestimated. Some patients develop seizures at variable age. Osteomas on processes of cervical vertebrae may cause pressure on cervical nerves or dissection of cerebral arteries. Joint stiffness is observed during childhood and changes later to joint laxity causing instability and proneness to trauma. Perthes disease is not rare. Almost all males become bald at or soon after puberty, and some develop (pseudo) gynecomastia. Growth hormone deficiency was found in a few patients, TSH deficiency so far only in one. Puberty and fertility are diminished, and no instance of transmission of the deletion from a non-mosaic parent to a child has been observed so far. Several affected females had vaginal atresia with consequent hydrometrocolpos.

Systems biology of plants : from intraspecific genome variation to computational morphodynamics

Recently, the introduction of second generation sequencing and further advance-ments in confocal microscopy have enabled system-level studies for the functional characterization of genes. The degree of complexity intrinsic to these approaches needs the development of bioinformatics methodologies and computational models for extracting meaningful biological knowledge from the enormous amount of experi¬mental data which is continuously generated. This PhD thesis presents several novel bioinformatics methods and computational models to address specific biological questions in Plant Biology by using the plant Arabidopsis thaliana as a model system. First, a spatio-temporal qualitative analysis of quantitative transcript and protein profiles is applied to show the role of the BREVIS RADIX (BRX) protein in the auxin- cytokinin crosstalk for root meristem growth. Core of this PhD work is the functional characterization of the interplay between the BRX protein and the plant hormone auxin in the root meristem by using a computational model based on experimental evidence. Hyphotesis generated by the modelled to the discovery of a differential endocytosis pattern in the root meristem that splits the auxin transcriptional response via the plasma membrane to nucleus partitioning of BRX. This positional information system creates an auxin transcriptional pattern that deviates from the canonical auxin response and is necessary to sustain the expression of a subset of BRX-dependent auxin-responsive genes to drive root meristem growth. In the second part of this PhD thesis, we characterized the genome-wide impact of large scale deletions on four divergent Arabidopsis natural strains, through the integration of Ultra-High Throughput Sequencing data with data from genomic hybridizations on tiling arrays. Analysis of the identified deletions revealed a considerable portion of protein coding genes affected and supported a history of genomic rearrangements shaped by evolution. In the last part of the thesis, we showed that VIP3 gene in Arabidopsis has an evo-lutionary conserved role in the 3' to 5' mRNA degradation machinery, by applying a novel approach for the analysis of mRNA-Seq data from random-primed mRNA. Altogether, this PhD research contains major advancements in the study of natural genomic variation in plants and in the application of computational morphodynamics models for the functional characterization of biological pathways essential for the plant. - Récemment, l'introduction du séquençage de seconde génération et les avancées dans la microscopie confocale ont permis des études à l'échelle des différents systèmes cellulaires pour la caractérisation fonctionnelle de gènes. Le degrés de complexité intrinsèque à ces approches ont requis le développement de méthodologies bioinformatiques et de modèles mathématiques afin d'extraire de la masse de données expérimentale générée, des information biologiques significatives. Ce doctorat présente à la fois des méthodes bioinformatiques originales et des modèles mathématiques pour répondre à certaines questions spécifiques de Biologie Végétale en utilisant la plante Arabidopsis thaliana comme modèle. Premièrement, une analyse qualitative spatio-temporelle de profiles quantitatifs de transcripts et de protéines est utilisée pour montrer le rôle de la protéine BREVIS RADIX (BRX) dans le dialogue entre l'auxine et les cytokinines, des phytohormones, dans la croissance du méristème racinaire. Le noyau de ce travail de thèse est la caractérisation fonctionnelle de l'interaction entre la protéine BRX et la phytohormone auxine dans le méristème de la racine en utilisant des modèles informatiques basés sur des preuves expérimentales. Les hypothèses produites par le modèle ont mené à la découverte d'un schéma différentiel d'endocytose dans le méristème racinaire qui divise la réponse transcriptionnelle à l'auxine par le partitionnement de BRX de la membrane plasmique au noyau de la cellule. Cette information positionnelle crée une réponse transcriptionnelle à l'auxine qui dévie de la réponse canonique à l'auxine et est nécessaire pour soutenir l'expression d'un sous ensemble de gènes répondant à l'auxine et dépendant de BRX pour conduire la croissance du méristème. Dans la seconde partie de cette thèse de doctorat, nous avons caractérisé l'impact sur l'ensemble du génome des délétions à grande échelle sur quatre souches divergentes naturelles d'Arabidopsis, à travers l'intégration du séquençage à ultra-haut-débit avec l'hybridation génomique sur puces ADN. L'analyse des délétions identifiées a révélé qu'une proportion considérable de gènes codant était affectée, supportant l'idée d'un historique de réarrangement génomique modelé durant l'évolution. Dans la dernière partie de cette thèse, nous avons montré que le gène VÏP3 dans Arabidopsis a conservé un rôle évolutif dans la machinerie de dégradation des ARNm dans le sens 3' à 5', en appliquant une nouvelle approche pour l'analyse des données de séquençage d'ARNm issue de transcripts amplifiés aléatoirement. Dans son ensemble, cette recherche de doctorat contient des avancées majeures dans l'étude des variations génomiques naturelles des plantes et dans l'application de modèles morphodynamiques informatiques pour la caractérisation de réseaux biologiques essentiels à la plante. - Le développement des plantes est écrit dans leurs codes génétiques. Pour comprendre comment les plantes sont capables de s'adapter aux changements environnementaux, il est essentiel d'étudier comment leurs gènes gouvernent leur formation. Plus nous essayons de comprendre le fonctionnement d'une plante, plus nous réalisons la complexité des mécanismes biologiques, à tel point que l'utilisation d'outils et de modèles mathématiques devient indispensable. Dans ce travail, avec l'utilisation de la plante modèle Arabidopsis thalicinci nous avons résolu des problèmes biologiques spécifiques à travers le développement et l'application de méthodes informatiques concrètes. Dans un premier temps, nous avons investigué comment le gène BREVIS RADIX (BRX) régule le développement de la racine en contrôlant la réponse à deux hormones : l'auxine et la cytokinine. Nous avons employé une analyse statistique sur des mesures quantitatives de transcripts et de produits de gènes afin de démontrer que BRX joue un rôle antagonisant dans le dialogue entre ces deux hormones. Lorsque ce-dialogue moléculaire est perturbé, la racine primaire voit sa longueur dramatiquement réduite. Pour comprendre comment BRX répond à l'auxine, nous avons développé un modèle informatique basé sur des résultats expérimentaux. Les simulations successives ont mené à la découverte d'un signal positionnel qui contrôle la réponse de la racine à l'auxine par la régulation du mouvement intracellulaire de BRX. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons analysé le génome entier de quatre souches naturelles d'Arabidopsis et nous avons trouvé qu'une grande partie de leurs gènes étaient manquant par rapport à la souche de référence. Ce résultat indique que l'historique des modifications génomiques conduites par l'évolution détermine une disponibilité différentielle des gènes fonctionnels dans ces plantes. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons analysé les données du transcriptome de la plante où le gène VIP3 était non fonctionnel. Ceci nous a permis de découvrir le rôle double de VIP3 dans la régulation de l'initiation de la transcription et dans la dégradation des transcripts. Ce rôle double n'avait jusqu'alors été démontrée que chez l'homme. Ce travail de doctorat supporte le développement et l'application de méthodologies informatiques comme outils inestimables pour résoudre la complexité des problèmes biologiques dans la recherche végétale. L'intégration de la biologie végétale et l'informatique est devenue de plus en plus importante pour l'avancée de nos connaissances sur le fonctionnement et le développement des plantes.

TGFBI (BIGH3) gene mutations in German families: two novel mutations associated with unique clinical and histopathological findings.

BACKGROUND: To report the clinical, histopathological and immunohistochemical findings of two novel mutations within the TGFBI gene. METHODS: The genotype of 41 affected members of 16 families and nine sporadic cases was investigated by direct sequencing of the TGFBI gene. Clinical, histological and immunohistochemical characteristics of corneal opacification were reported and compared with the coding region changes in the TGFBI gene. RESULTS: A novel mutation Leu509Pro was detected in one family with a geographic pattern-like clinical phenotype. Histopathologically we found amyloid together with non-amyloid deposits and immunohistochemical staining of Keratoepithelin (KE) KE2 and KE15 antibodies. In two families and one sporadic case the novel mutation Gly623Arg with a late-onset, map-like corneal dystrophy was identified. Here amyloid and immunohistochemical staining of only KE2 antibodies occurred. Further, five already known mutations are reported: Arg124Cys Arg555Trp Arg124His His626Arg, Ala546Asp in 13 families and five sporadic cases of German origin. The underlying gene defect within the TBFBI gene was not identified in any of the four probands with Thiel-Behnke corneal dystrophy. CONCLUSIONS: The two novel mutations within the TGFBI gene add another two phenotypes with atypical immunohistochemical and histopathological features to those so far reported.

Antifungal resistance and new strategies to control fungal infections.

Despite improvement of antifungal therapies over the last 30 years, the phenomenon of antifungal resistance is still of major concern in clinical practice. In the last 10 years the molecular mechanisms underlying this phenomenon were extensively unraveled. In this paper, after a brief overview of currently available antifungals, molecular mechanisms of antifungal resistance will be detailed. It appears that major mechanisms of resistance are essential due to the deregulation of antifungal resistance effector genes. This deregulation is a consequence of point mutations occurring in transcriptional regulators of these effector genes. Resistance can also follow the emergence of point mutations directly in the genes coding antifungal targets. In addition we further describe new strategies currently undertaken to discover alternative therapy targets and antifungals. Identification of new antifungals is essentially achieved by the screening of natural or synthetic chemical compound collections. Discovery of new putative antifungal targets is performed through genome-wide approaches for a better understanding of the human pathogenic fungi biology.

Clinical manifestations in patients with SOS1 mutations range from Noonan syndrome to CFC syndrome.

Noonan syndrome (NS) and cardio-facio-cutaneous (CFC) syndrome are autosomal dominant disorders characterized by heart defects, facial dysmorphism, ectodermal abnormalities, and mental retardation. There is a significant clinical overlap between NS and CFC syndrome, but ectodermal abnormalities and mental retardation are more frequent in CFC syndrome. Mutations in PTPN11 and KRAS have been identified in patients with NS and those in KRAS, BRAF and MAP2K1/2 have been identified in patients with CFC syndrome, establishing a new role of the RAS/MAPK pathway in human development. Recently, mutations in the son of sevenless gene (SOS1) have also been identified in patients with NS. To clarify the clinical spectrum of patients with SOS1 mutations, we analyzed 24 patients with NS, including 3 patients in a three-generation family, and 30 patients with CFC syndrome without PTPN11, KRAS, HRAS, BRAF, and MAP2K1/2 (MEK1/2) mutations. We identified two SOS1 mutations in four NS patients, including three patients in the above-mentioned three-generation family. In the patients with a CFC phenotype, three mutations, including a novel three amino-acid insertion, were identified in one CFC patient and two patients with both NS and CFC phenotypes. These three patients exhibited ectodermal abnormalities, such as curly hair, sparse eyebrows, and dry skin, and two of them showed mental retardation. Our results suggest that patients with SOS1 mutations range from NS to CFC syndrome.

Quantitative integration of geophysical and hydraulic data : from the local towards the regional scale range

Des progrès significatifs ont été réalisés dans le domaine de l'intégration quantitative des données géophysique et hydrologique l'échelle locale. Cependant, l'extension à de plus grandes échelles des approches correspondantes constitue encore un défi majeur. Il est néanmoins extrêmement important de relever ce défi pour développer des modèles fiables de flux des eaux souterraines et de transport de contaminant. Pour résoudre ce problème, j'ai développé une technique d'intégration des données hydrogéophysiques basée sur une procédure bayésienne de simulation séquentielle en deux étapes. Cette procédure vise des problèmes à plus grande échelle. L'objectif est de simuler la distribution d'un paramètre hydraulique cible à partir, d'une part, de mesures d'un paramètre géophysique pertinent qui couvrent l'espace de manière exhaustive, mais avec une faible résolution (spatiale) et, d'autre part, de mesures locales de très haute résolution des mêmes paramètres géophysique et hydraulique. Pour cela, mon algorithme lie dans un premier temps les données géophysiques de faible et de haute résolution à travers une procédure de réduction déchelle. Les données géophysiques régionales réduites sont ensuite reliées au champ du paramètre hydraulique à haute résolution. J'illustre d'abord l'application de cette nouvelle approche dintégration des données à une base de données synthétiques réaliste. Celle-ci est constituée de mesures de conductivité hydraulique et électrique de haute résolution réalisées dans les mêmes forages ainsi que destimations des conductivités électriques obtenues à partir de mesures de tomographic de résistivité électrique (ERT) sur l'ensemble de l'espace. Ces dernières mesures ont une faible résolution spatiale. La viabilité globale de cette méthode est testée en effectuant les simulations de flux et de transport au travers du modèle original du champ de conductivité hydraulique ainsi que du modèle simulé. Les simulations sont alors comparées. Les résultats obtenus indiquent que la procédure dintégration des données proposée permet d'obtenir des estimations de la conductivité en adéquation avec la structure à grande échelle ainsi que des predictions fiables des caractéristiques de transports sur des distances de moyenne à grande échelle. Les résultats correspondant au scénario de terrain indiquent que l'approche d'intégration des données nouvellement mise au point est capable d'appréhender correctement les hétérogénéitées à petite échelle aussi bien que les tendances à gande échelle du champ hydraulique prévalent. Les résultats montrent également une flexibilté remarquable et une robustesse de cette nouvelle approche dintégration des données. De ce fait, elle est susceptible d'être appliquée à un large éventail de données géophysiques et hydrologiques, à toutes les gammes déchelles. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'évalue en détail la viabilité du réechantillonnage geostatique séquentiel comme mécanisme de proposition pour les méthodes Markov Chain Monte Carlo (MCMC) appliquées à des probmes inverses géophysiques et hydrologiques de grande dimension . L'objectif est de permettre une quantification plus précise et plus réaliste des incertitudes associées aux modèles obtenus. En considérant une série dexemples de tomographic radar puits à puits, j'étudie deux classes de stratégies de rééchantillonnage spatial en considérant leur habilité à générer efficacement et précisément des réalisations de la distribution postérieure bayésienne. Les résultats obtenus montrent que, malgré sa popularité, le réechantillonnage séquentiel est plutôt inefficace à générer des échantillons postérieurs indépendants pour des études de cas synthétiques réalistes, notamment pour le cas assez communs et importants où il existe de fortes corrélations spatiales entre le modèle et les paramètres. Pour résoudre ce problème, j'ai développé un nouvelle approche de perturbation basée sur une déformation progressive. Cette approche est flexible en ce qui concerne le nombre de paramètres du modèle et lintensité de la perturbation. Par rapport au rééchantillonage séquentiel, cette nouvelle approche s'avère être très efficace pour diminuer le nombre requis d'itérations pour générer des échantillons indépendants à partir de la distribution postérieure bayésienne. - Significant progress has been made with regard to the quantitative integration of geophysical and hydrological data at the local scale. However, extending corresponding approaches beyond the local scale still represents a major challenge, yet is critically important for the development of reliable groundwater flow and contaminant transport models. To address this issue, I have developed a hydrogeophysical data integration technique based on a two-step Bayesian sequential simulation procedure that is specifically targeted towards larger-scale problems. The objective is to simulate the distribution of a target hydraulic parameter based on spatially exhaustive, but poorly resolved, measurements of a pertinent geophysical parameter and locally highly resolved, but spatially sparse, measurements of the considered geophysical and hydraulic parameters. To this end, my algorithm links the low- and high-resolution geophysical data via a downscaling procedure before relating the downscaled regional-scale geophysical data to the high-resolution hydraulic parameter field. I first illustrate the application of this novel data integration approach to a realistic synthetic database consisting of collocated high-resolution borehole measurements of the hydraulic and electrical conductivities and spatially exhaustive, low-resolution electrical conductivity estimates obtained from electrical resistivity tomography (ERT). The overall viability of this method is tested and verified by performing and comparing flow and transport simulations through the original and simulated hydraulic conductivity fields. The corresponding results indicate that the proposed data integration procedure does indeed allow for obtaining faithful estimates of the larger-scale hydraulic conductivity structure and reliable predictions of the transport characteristics over medium- to regional-scale distances. The approach is then applied to a corresponding field scenario consisting of collocated high- resolution measurements of the electrical conductivity, as measured using a cone penetrometer testing (CPT) system, and the hydraulic conductivity, as estimated from electromagnetic flowmeter and slug test measurements, in combination with spatially exhaustive low-resolution electrical conductivity estimates obtained from surface-based electrical resistivity tomography (ERT). The corresponding results indicate that the newly developed data integration approach is indeed capable of adequately capturing both the small-scale heterogeneity as well as the larger-scale trend of the prevailing hydraulic conductivity field. The results also indicate that this novel data integration approach is remarkably flexible and robust and hence can be expected to be applicable to a wide range of geophysical and hydrological data at all scale ranges. In the second part of my thesis, I evaluate in detail the viability of sequential geostatistical resampling as a proposal mechanism for Markov Chain Monte Carlo (MCMC) methods applied to high-dimensional geophysical and hydrological inverse problems in order to allow for a more accurate and realistic quantification of the uncertainty associated with the thus inferred models. Focusing on a series of pertinent crosshole georadar tomographic examples, I investigated two classes of geostatistical resampling strategies with regard to their ability to efficiently and accurately generate independent realizations from the Bayesian posterior distribution. The corresponding results indicate that, despite its popularity, sequential resampling is rather inefficient at drawing independent posterior samples for realistic synthetic case studies, notably for the practically common and important scenario of pronounced spatial correlation between model parameters. To address this issue, I have developed a new gradual-deformation-based perturbation approach, which is flexible with regard to the number of model parameters as well as the perturbation strength. Compared to sequential resampling, this newly proposed approach was proven to be highly effective in decreasing the number of iterations required for drawing independent samples from the Bayesian posterior distribution.