Adaptive evolution of a candidate gene for aging in Drosophila

Examination of the phenotypic effects of specific mutations has been extensively used to identify candidate genes affecting traits of interest. However, such analyses do not reveal anything about the evolutionary forces acting at these loci, or whether standing allelic variation contributes to phenotypic variance in natural populations. The Drosophila gene methuselah (mth) has been proposed as having major effects on organismal stress response and longevity phenotype. Here, we examine patterns of polymorphism and divergence at mth in population level samples of Drosophila melanogaster, D. simulans, and D. yakuba. Mth has experienced an unusually high level of adaptive amino acid divergence concentrated in the intra- and extracellular loop domains of the receptor protein, suggesting the historical action of positive selection on those regions of the molecule that modulate signal transduction. Further analysis of single nucleotide polymorphisms (SNPs) in D. melanogaster provided evidence for contemporary and spatially variable selection at the mth locus. In ten surveyed populations, the most common mth haplotype exhibited a 40% cline in frequency that coincided with population level differences in multiple life-history traits including lifespan. This clinal pattern was not associated with any particular SNP in the coding region, indicating that selection is operating at a closely linked site that may be involved in gene expression. Together, these consistently nonneutral patterns of inter- and intraspecific variation suggest adaptive evolution of a signal transduction pathway that may modulate lifespan in nature.

Temporal dynamics of verbal object comprehension

Knowledge of the stage composition and the temporal dynamics of human cognitive operations is critical for building theories of higher mental activity. This information has been difficult to acquire, even with different combinations of techniques such as refined behavioral testing, electrical recording/interference, and metabolic imaging studies. Verbal object comprehension was studied herein in a single individual, by using three tasks (object naming, auditory word comprehension, and visual word comprehension), two languages (English and Farsi), and four techniques (stimulus manipulation, direct cortical electrical interference, electrocorticography, and a variation of the technique of direct cortical electrical interference to produce time-delimited effects, called timeslicing), in a subject in whom indwelling subdural electrode arrays had been placed for clinical purposes. Electrical interference at a pair of electrodes on the left lateral occipitotemporal gyrus interfered with naming in both languages and with comprehension in the language tested (English). The naming and comprehension deficit resulted from interference with processing of verbal object meaning. Electrocorticography indices of cortical activation at this site during naming started 250–300 msec after visual stimulus presentation. By using the timeslicing technique, which varies the onset of electrical interference relative to the behavioral task, we found that completion of processing for verbal object meaning varied from 450 to 750 msec after current onset. This variability was found to be a function of the subject’s familiarity with the objects.

Spectral karyotyping suggests additional subsets of colorectal cancers characterized by pattern of chromosome rearrangement

The abundant chromosome abnormalities in most carcinomas are probably a reflection of genomic instability present in the tumor, so the pattern and variability of chromosome abnormalities will reflect the mechanism of instability combined with the effects of selection. Chromosome rearrangement was investigated in 17 colorectal carcinoma-derived cell lines. Comparative genomic hybridization showed that the chromosome changes were representative of those found in primary tumors. Spectral karyotyping (SKY) showed that translocations were very varied and mostly unbalanced, with no translocation occurring in more than three lines. At least three karyotype patterns could be distinguished. Some lines had few chromosome abnormalities: they all showed microsatellite instability, the replication error (RER)+ phenotype. Most lines had many chromosome abnormalities: at least seven showed a surprisingly consistent pattern, characterized by multiple unbalanced translocations and intermetaphase variation, with chromosome numbers around triploid, 6–16 structural aberrations, and similarities in gains and losses. Almost all of these were RER−, but one, LS411, was RER+. The line HCA7 showed a novel pattern, suggesting a third kind of genomic instability: multiple reciprocal translocations, with little numerical change or variability. This line was also RER+. The coexistence in one tumor of two kinds of genomic instability is to be expected if the underlying defects are selected for in tumor evolution.

Histone H1 overexpressed to high level in tobacco affects certain developmental programs but has limited effect on basal cellular functions.

Histone H1, a major structural component of chromatin fiber, is believed to act as a general repressor of transcription. To investigate in vivo the role of this protein in transcription regulation during development of a multicellular organism, we made transgenic tobacco plants that overexpress the gene for Arabidopsis histone H1. In all plants that overexpressed H1 the total H1-to-DNA ratio in chromatin increased 2.3-2.8 times compared with the physiological level. This was accompanied by 50-100% decrease of native tobacco H1. The phenotypic changes in H1-overexpressing plants ranged from mild to severe perturbations in morphological appearance and flowering. No correlation was observed between the extent of phenotypic change and the variation in the amount of overexpressed H1 or the presence or absence of the native tobacco H1. However, the severe phenotypic changes were correlated with early occurrence during plant growth of cells with abnormally heterochromatinized nuclei. Such cells occurred considerably later in plants with milder changes. Surprisingly, the ability of cells with highly heterochromatinized nuclei to fulfill basic physiological functions, including differentiation, was not markedly hampered. The results support the suggestion that chromatin structural changes dependent on H1 stoichiometry and on the profile of major H1 variants have limited regulatory effect on the activity of genes that control basal cellular functions. However, the H1-mediated chromatin changes can be of much greater importance for the regulation of genes involved in control of specific developmental programs.

Molecular evidence that the asexual industrial fungus Trichoderma reesei is a clonal derivative of the ascomycete Hypocrea jecorina.

The relationship of the important cellulase producing asexual fungus Trichoderma reesei to its putative teleomorphic (sexual) ancestor Hypocrea jecorina and other species of the Trichoderma sect. Longibrachiatum was studied by PCR-fingerprinting and sequence analyses of the nuclear ribosomal DNA region containing the internal transcribed spacers (ITS-1 and ITS-2) and the 5.8S rRNA gene. The differences in the corresponding ITS sequences allowed a grouping of anamorphic (asexual) species of Trichoderma sect. Longibrachiatum into Trichoderma longibrachiatum, Trichoderma pseudokoningii, and Trichoderma reesei. The sexual species Hypocrea schweinitzii and H. jecorina were also clearly separated from each other. H. jecorina and T. reesei exhibited identical sequences, suggesting close relatedness or even species identity. Intraspecific and interspecific variation in the PCR-fingerprinting patterns supported the differentiation of species based on ITS sequences, the grouping of the strains, and the assignment of these strains to individual species. The variations between T. reesei and H. jecorina were at the same order of magnitude as found between all strains of H. jecorina, but much lower than the observed interspecific variations. Identical ITS sequences and the high similarity of PCR-fingerprinting patterns indicate a very close relationship between T. reesei and H. jecorina, whereas differences of the ITS sequences and the PCR-fingerprinting patterns show a clear phylogenetic distance between T. reesei/H. jecorina and T. longibrachiatum. T. reesei is considered to be an asexual, clonal line derived from a population of the tropical ascomycete H. jecorina.

On the magnitude of the electrostatic contribution to ligand-DNA interactions.

A model based on the nonlinear Poisson-Boltzmann equation is used to study the electrostatic contribution to the binding free energy of a simple intercalating ligand, 3,8-diamino-6-phenylphenanthridine, to DNA. We find that the nonlinear Poisson-Boltzmann model accurately describes both the absolute magnitude of the pKa shift of 3,8-diamino-6-phenylphenanthridine observed upon intercalation and its variation with bulk salt concentration. Since the pKa shift is directly related to the total electrostatic binding free energy of the charged and neutral forms of the ligand, the accuracy of the calculations implies that the electrostatic contributions to binding are accurately predicted as well. Based on our results, we have developed a general physical description of the electrostatic contribution to ligand-DNA binding in which the electrostatic binding free energy is described as a balance between the coulombic attraction of a ligand to DNA and the disruption of solvent upon binding. Long-range coulombic forces associated with highly charged nucleic acids provide a strong driving force for the interaction of cationic ligands with DNA. These favorable electrostatic interactions are, however, largely compensated for by unfavorable changes in the solvation of both the ligand and the DNA upon binding. The formation of a ligand-DNA complex removes both charged and polar groups at the binding interface from pure solvent while it displaces salt from around the nucleic acid. As a result, the total electrostatic binding free energy is quite small. Consequently, nonpolar interactions, such as tight packing and hydrophobic forces, must play a significant role in ligand-DNA stability.

Preparação e caracterização de nanopartículas de prata para aplicação no desenvolvimento de imunoensaio para imunoglobulina G humana

Neste trabalho, anticorpos anti-IgGh foram conjugados às nanopartículas de prata (NPAg) para detectar imunoglobulina G humana (IgGh). Um imunoensaio colorimétrico baseado na diminuição da agregação devido ao aumento da repulsão eletrostática após a interação ligante-alvo. A agregação é induzida pela variação da força iônica e uma mudança da coloração da suspensão coloidal de amarelo para vermelho pode ser observada. Na presença de IgGh, a agregação é inibida e a coloração da suspensão coloidal não se altera. As nanopartículas foram obtidas por meio de cinco procedimentos diferentes e caracterizadas por espectroscopia UV-Vis, espalhamento dinâmico de luz, difração de raios-X e microscopia eletrônica. Glicose e borohidreto de sódio foram utilizados como agentes redutores, enquanto CTAB e β-ciclodextrina foram utilizados como estabilizantes. Citrato de sódio foi utilizado como agente redutor e/ou estabilizante. Nanoesferas de carbono foram obtidas por tratamento hidrotérmico de uma solução aquosa de glicose e também foram utilizadas no preparo das nanopartículas. As nanopartículas foram funcionalizadas com ácido mercaptossuccínico e a conjugação ocorreu devido à interação entre grupos aminas e grupos carboxílicos ionizados, presentes no anticorpo e agente de acoplamento, respectivamente. A estabilidade dos conjugados e o efeito da adição de IgGh foram avaliados para todos os sistemas preparados. As nanopartículas de prata preparadas com borohidreto de sódio e citrato de sódio foram selecionadas para serem aplicadas no desenvolvimento do imunoensaio e as condições experimentais foram avaliadas. Em condições ótimas, observou-se uma correlação linear entre a diminuição da agregação do sistema (NPAg-anti-IgGh) e a concentração de IgGh (0 a 200 ng mL-1). O limite de detecção foi estimado em 25 ng mL-1. O método colorimétrico apresentou boa seletividade para a detecção de IgGh. Além disso, foi obtido um resultado satisfatório ao aplicar o método para determinação do fator IX de coagulação. Foi desenvolvido também um método para determinação de ATP baseado na agregação de nanopartículas de ouro. Aptâmeros foram utilizados como elemento de reconhecimento. Em princípio, o método pode ser aplicável à determinação de outros analitos, por meio da substituição do aptâmero utilizado neste trabalho pelo oligonucleotídeo específico para o alvo de interesse.

Avaliação de massa e rugosidade superficial de pastilhas de Ti-6Al-4V com aplicação de nanopartículas de prata submetidos ao teste de escovação

Este estudo teve por objetivo avaliar a variação da massa e rugosidade de pastilhas de Ti-6Al-4V com e sem aplicação superficial de nanopartículas de prata coloidal (BSafe®) de dimensões 1,5 cm; 0,5 cm e 0,2 cm, submetidas à teste de escovação e imersão pelo período experimental de 10 anos. No teste de escovação, quinze espécimes de Ti-6Al-4V (TE), quinze com B-Safe® (BE) e quinze de PMMA (PE) como controle foram subdivididos em três condições de escovação: dentifrício comum (DC), dentifrício experimental (DE) e controle com água destilada (H2O) por 200 mil ciclos em máquina de escovação. Os resultados foram submetidos ao teste ANOVA a 2 critérios (condição de escovação e ciclos) e teste de Tukey (α=0,05) para comparações múltiplas. Foi observada variação de massa apenas quando a condição de escovação foi DC nos espécimes do grupo PE e TE. Houve diferença estatisticamente significante nos valores da variação de rugosidade no grupo TE e PE quando a condição de escovação foi DC; no grupo BE, houve diferença quando a condição foi DC e DE, porém em DE houve redução dos valores médios. No teste de imersão, objetivando analisar a ação dos dentifrícios sem o atrito das cerdas, seis espécimes de Ti-6Al-4V (TI) e seis com B-Safe® (BI) foram subdivididos em três condições de imersão: DC, DE e H2O pelo período de 244 horas. Os resultados foram submetidos ao teste t de student pareado. Não foi observada diferença estatística entre as variações de massa e rugosidade de nenhum dos corpos de prova após o teste. Complementar aos ensaios, foi realizado um protocolo de desinfecção com terapia fotodinâmica com azul de metileno pelo período de 4 semanas nos espécimes escovados. Após todos os testes, foi realizada espectrometria de energia dispersiva de raios-X (EDS) para caracterização dos elementos químicos presentes nos espécimes, onde não se observou variações. Os resultados sugerem que o DE é mais indicado para utilização com implantes, enquanto DC apresenta um poder abrasivo capaz de danificar a superfície do Ti-6Al- 4V. Não foi observado nenhum indício de corrosão em nenhum grupo testado.

Integração morfológica e modularidade em crânios das espécies do grupo Rhinella granulosa

Os conceitos e métodos provindos das teorias de integração morfológica e de genética quantitativa formam o arcabouço teórico para o estudo da evolução de estruturas complexas, compostas de múltiplos caracteres que interagem entre si. Nesse trabalho, utilizamos o crânio como modelo de estrutura complexa e estudamos sua diversificação nas espécies de sapo do grupo Rhinella granulosa. As perguntas do trabalho foram: (1) A organização da (co)variação é similar entre as espécies?; (2) A organização da (co)variação é modular nas espécies, conforme expectativas baseadas em desenvolvimento ou função?; (3) Fatores externos, como filogenia e clima, estruturam a similaridade no padrão de covariação entre as espécies?; (4) A diversificação da morfologia média do crânio se deu por deriva ou seleção natural?; (5) A divergência na morfologia média do crânio está associada à variação climática entre as espécies?; e finalmente (6) Restrições evolutivas atuaram na divergência entre as espécies? Os espécimes foram escaneados e validamos o uso de imagens 3D para a mensuração de 21 distâncias lineares. Os crânios das espécies foram representados como matrizes fenotípicas (P) de covariância e de correlação entre as distâncias. A similaridade entre as P das espécies é alta. As P de todas as espécies se conformam a um padrão modular compatível com interações funcionais entre ossos. As diferenças entre as P concentram-se no rostro e são associadas a diferenças no clima entre as espécies. Detectamos sinal de seleção natural nos nós mais basais da filogenia e variação local no crânio está associada à variação na sazonalidade da chuva entre as espécies. Restrições evolutivas atuaram na diversificação do crânio das espécies, defletindo as respostas evolutivas para tamanho. Concluímos que tanto seleção estabilizadora e direcional, conectadas à variação climática, quanto restrições evolutivas atuaram na diversificação do crânio das espécies

Heterogeneidade espacial e variabilidade temporal de dois reservatórios com diferentes graus de trofia, no Estado de São Paulo

O entendimento da comunidade fitoplanctônica em sistemas instáveis, como por exemplo reservatórios, necessita conhecimento de escalas de variabilidade. Com base nisso, um estudo sobre a heterogeneidade espacial e variabilidade temporal de dois reservatórios com diferentes graus de trofia, no Estado de São Paulo foi realizado em 20 estações no reservatório de Salto Grande e em 19 no reservatório do Lobo, em 3 dias consecutivos, em quatro períodos: outubro de 1999, janeiro, abril e junho e julho de 2000. Para tanto foram determinadas as concentrações de nutrientes totais e dissolvidos, material em suspensão, carbono inorgânico, clorofila a, biomassa, densidade, composição e produtividade primária da comunidade fitoplanctônica e os perfis de oxigênio dissolvido, temperatura, pH e condutividade. Os dois reservatórios tiveram estruturas espaciais semelhantes com a formação de três zonas distintas. A zona de rio, misturada, com menor penetração de luz e maior concentração de nutrientes, a zona de transição, e a zona lacustre, mais estratificada, com maior penetração de luz e menor concentração de nutrientes. Apesar dessa compartimentalização a heterogeneidade espacial no reservatório de Salto Grande foi maior que no reservatório do Lobo, sobretudo em função do gradiente longitudinal de nutrientes e luz. A variabilidade diária (3 dias) nos dois reservatórios não foi significativa na determinação da comunidade fitoplanctônica. A escala de variabilidade sazonal, nos dois reservatórios, foi determinada, principalmente pela variação nos padrões de estratificação e mistura sendo, assim, determinante na composição da comunidade fitoplanctônica. Essa influência foi mais evidente no reservatório do Lobo. A variação temporal e heterogeneidade espacial das mais abundantes espécies e grupos taxonômicos da comunidade fitoplanctônica, (Microcystis aeruginosa, Anabaena crassa e Anabaena circinalis em Salto Grande e Aphanocapsa delicatissima, Coelastrum reticulatum e Aulacoseira granulata no Lobo) nos dois reservatórios foram determinados pelos complexos processos de estratificação e mistura e da disponibilidade de luz. Os resultados obtidos são importantes para o entendimento da variabilidade ambiental de reservatórios tropicais e no planejamento de amostragens que visem o gerenciamento desses sistemas.

Stretching dependence of the vibration modes of a single-molecule Pt-H2-Pt bridge

A conducting bridge of a single hydrogen molecule between Pt electrodes is formed in a break junction experiment. It has a conductance near the quantum unit, G0=2e2∕h, carried by a single channel. Using point-contact spectroscopy three vibration modes are observed and their variation upon isotope substitution is obtained. The stretching dependence for each of the modes allows uniquely classifying them as longitudinal or transversal modes. The interpretation of the experiment in terms of a Pt-H2-Pt bridge is verified by density-functional theory calculations for the stability, vibrational modes, and conductance of the structure.

Jugar a extinguir ensambles: importancia de las oquedades de los árboles para la biodiversidad de insectos saproxílicos

The assessment of the relation between species diversity, species interactions and stability is a major goal for conservation strategies of saproxylic insects in Iberian Mediterranean woodlands. In these woodlands, tree hollows in standing living trees are key microhabitats for saproxylic biodiversity. We assess the variation in the tree hollow-saproxylic insect network among three woodland sites in the Cabañeros National Park (Spain), and evaluate their implications for saproxylic assemblages’ persistence, through simulations of three possible scenarios of loss of tree hollow microhabitats. The composition of tree hollows is closely related to biotic and ecological complexity of saproxylic networks, and together exhibit positive effects on network stability. By other side, different scenarios entail different reorganizations of saproxylic diversity of species and interactions, and the variation of the main interacting attributes. Woodlands providing higher proportion of large tree hollows are less sensitive to microhabitat loss. Conservation strategies for saproxylic insects in Iberian Mediterranean woodlands should consider woodland composition and configuration as key factors in the selection of priority conservation areas.

Regulador linear de tensão em tecnologia HV-CMOS

Atualmente, assiste-se na nossa sociedade a um recurso e uso massivo de equipamentos eletrónicos portáteis. Este facto, aliado à competitividade de mercado, exigiu o desenvolvimento desses equipamentos com o intuito de melhorar a sua gestão de potência e, obter, consequentemente, maior autonomia e rendimento. Assim, na gestão de potência de um SoC são os reguladores de tensão que assumem um papel de extrema importância. O trabalho realizado ao longo da presente dissertação pressupõe o projeto de um regulador linear de tensão do tipo LDO em tecnologia HV-CMOS, capaz de suportar tensões de entrada de 12V com vista à alimentação de blocos funcionais RF-CMOS com 3,3V e uma corrente de 100mA. Foi implementado através do processo CMOS de 0.35μm de 50V da Austria Micro Systems. A corrente de quiescente do regulador linear de tensão que determina a eficiência de corrente é de 120,22μA. Possui uma eficiência de corrente de 99,88% e um rendimento de 82,46% quando a tensão mínima de entrada é utilizada. O regulador linear de tensão possui uma tensão de dropout de 707mV. A estabilidade do sistema é mantida mesmo com transições de carga de 10μA para 100mA. O regulador possui um tempo de estabelecimento inferior a 2,4μs e uma variação da tensão de saída relativamente ao seu valor nominal inferior a 18mV, ambos para o pior caso. Porém, este regulador possui um undershoot e um overshoot de +- 1,85V.