Análisis de la distribución geográfica de especies con fotosíntesis C4 en un área mediterránea (este de la Península Ibérica): estudio del caso de Atriplex halimus L.

Se aborda el análisis del área de distribución de una especie con fotosíntesis C4, Atriplex halimus L., a partir de la información corológica existente en el área de Cataluña, Comunidad Valenciana e Islas Baleares, y con la utilización de herramienta SIG, que incluye los factores ambientales considerados como más importantes en la distribución de este tipo de plantas. Este procedimiento representa una alternativa a las investigaciones pasadas en distribución de plantas C4, en este caso se analiza el número de especies C4 en áreas geográficas concretas, a lo largo de gradientes, y es el inicio de una vía más inductiva que puede ser prometedora para entender mejor los factores que afectan a la distribución de estas plantas. Se ha podido obtener un modelo de distribución de A. halimus en base a los factores ambientales actuales que tiene interés porque, aunque el uso de estos métodos predictivos está ya muy extendido, en este caso se aplica por primera vez a una especie que posee una vía de fotosíntesis que ha sido descrita como una adaptación a determinados tipos de clima. En esta especie, la altitud y la precipitación anual, con coeficientes negativos, son las dos variables que al introducirlas, más contribuyen a reducir la desvianza. De las temperaturas consideradas, solo la de enero interviene en el modelo y con un comportamiento diferente por debajo o por encima de los 400 m de altitud. La salinidad del suelo resulta también seleccionada, pero no de forma significativa. La coincidencia entre la distribución real y la resultante de la aplicación del modelo es otro indicador que nos muestra que el modelo es próximo a la realidad, salvo, acaso, en el medio insular. Los resultados son muy coherentes con la información existente sobre los factores que determinan la distribución de las plantas C4 en general, y de las Quenopodiáceas en concreto, que son las temperaturas y el coeficiente de aridez.

C4-saturated bipartite graphs

Let H be a graph. A graph G is said to be H-free if it contains no subgraph isomorphic to H. A graph G is said to be an H-saturated subgraph of a graph K if G is an H-free subgraph of K with the property that for any edge e is an element of E(K)\E(G), G boolean OR {e} is not H-free. We present some general results on K-s,K-t-saturated subgraphs of the complete bipartite graph K-m,K-n and study the problem of finding, for all possible values of q, a C-4-saturated subgraph of K., having precisely q edges. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Relat??rio da IV reuni??o do comit?? gestor do projeto apoio ao desenvolvimento do setor algodoeiro dos pa??ses do C4

O projeto ???Apoio ao Desenvolvimento do Setor Algodoeiro dos Pa??ses do Cotton-4??? objetiva aumentar a produtividade, gerar diversidade gen??tica e aprimorar a qualidade do algod??o cultivado em Benin, Burkina Faso, Chade e Mali, de forma a contribuir para o desenvolvimento e o fortalecimento econ??mico. A IV Reuni??o do Comit?? Gestor do Projeto teve como um de seus objetivos refletir sobre as pr??ticas de implementa????o das a????es previstas no documento do projeto Cotton-4, bem como registrar percep????es e opini??es das equipes dos pa??ses africanos, com o prop??sito de reunir os elementos cr??ticos essenciais para sua posterior avalia????o

Involvement of C4 allotypes in the pathogenesis of human diseases

The complement system is an important humoral defense mechanism that plays a relevant role against microbial agents, inflammatory response control, and immunocomplex clearance. Classical complement pathway activation is antibody-dependent. The C4 component participates in the initial step of activation, and C4 expression is determined by 2 pairs of allotypes: C4A and C4B. Deficiencies in C4 allotypes have been associated with several diseases. The aim of the present review is evaluate the reported data in the literature regarding specific C4A and C4B deficiencies and characterize their clinical relevance. We searched the MEDLINE and LILACS databases. Papers referring to total C4 deficiency without allotype evaluation and case reports of primary C4 deficiency were not included. Deficiencies in C4 allotypes have been associated with Mycobacterium leprae infection, erythema nodosum, systemic sclerosis with anti-topoisomerase I antibodies, intermediate congenital adrenal hyperplasia with DR5 genotype, diabetes mellitus type 1 with DR3,4 genotype, and diabetes mellitus with antibodies against islet cells. C4 allotype deficiency is also related to C4B deficiency and autoimmune-associated diseases, such as systemic lupus erythematosus, or diseases with an autoimmune component, such as autism. Some reports associate C4A with thyroiditis after delivery as well as limited and systemic sclerosis without anti-topoisomerase I antibodies. However, the studies with C4A and C4B have been concentrated in isolated populations, and some of the studies could not be reproduced by other authors.

Distribución de gramíneas C3 y C4 en Argentina y su relación con variables climáticas

Las Gramíneas se caracterizan por la presencia de diferentes mecanismos fotosínteticos. Casi la mitad de sus miembros -unos 5000 - posee la vía fotosintética C4, siendo los restantes C3. Además, dentro de las especies que siguen la vía fotosíntetica C4, pueden reconocerse 3 variantes bioquímicas diferentes (NADP-ME y PCK). En los trópicos y subtrópicos la vía C4 confiere a las Gramíneas ventajes adaptativas que son atribuibles al mecanismo bioquímico de concentración de CO2 que se produce en las hojas. La taxonomía y biología de los pastos indican que la diversificación que experimentaron los mecanismos fotosintéticos fue crucial en la historia evolutiva y radiación adaptativa de la familia; asimismo, puede inferirse que tal diversificación se desencadenó en respuesta a cambios naturales en el pasado, en las mismas variables climáticas que están siendo antropogénicamente alteradas en la actualidad: CO, temperatura y precipitaciones. En el marco aludido, surge la pregunta de cuáles serán las especies capaces de adaptarse -y prosperar- cuando la concentración de CO2 se duplique en la atmósfera y, a la par, cuáles serán aquellas que no sobrevivirán. Mientras que el incremento en los niveles de CO2 puede favorecer el desarrollo de los pastos C3 en un ambiente con "efecto invernadero", el concomitante aumento en la temperatura favorecerá sin duda la implementación de los que exhiban el mecanismo C4; además, los cambios en la cantidad, intensidad y estacionalidad de las precipitaciones también ejercerán su influencia en la distribución relativa de las especies C3 y C4. El análisis empírico de las interrelaciones entre las variables climáticas y la distribución actual de los pastos C3 y C4 -incluidas las 3 variantes conocidas de estos últimos-, junto a modelos de cambio global, permiten predecir la distribución que, en el futuro, pueden llegar a tener los pastos en un escenario que exhiba un cambio climático determinado. Es por ello que, en este proyecto, se propone analizar, en el centro y norte de Argentina, la distribución actual de Gramíneas C3 y C4 y su relación con variables climáticas, con la intención de predecir la posible respuesta de los pastos ante determinados cambios climáticos utilizando modelos globales tales como el GIS o similares.

Evolutionary switch and genetic convergence on rbcL following the evolution of C4 photosynthesis.

Rubisco is responsible for the fixation of CO2 into organic compounds through photosynthesis and thus has a great agronomic importance. It is well established that this enzyme suffers from a slow catalysis, and its low specificity results into photorespiration, which is considered as an energy waste for the plant. However, natural variations exist, and some Rubisco lineages, such as in C4 plants, exhibit higher catalytic efficiencies coupled to lower specificities. These C4 kinetics could have evolved as an adaptation to the higher CO2 concentration present in C4 photosynthetic cells. In this study, using phylogenetic analyses on a large data set of C3 and C4 monocots, we showed that the rbcL gene, which encodes the large subunit of Rubisco, evolved under positive selection in independent C4 lineages. This confirms that selective pressures on Rubisco have been switched in C4 plants by the high CO2 environment prevailing in their photosynthetic cells. Eight rbcL codons evolving under positive selection in C4 clades were involved in parallel changes among the 23 independent monocot C4 lineages included in this study. These amino acids are potentially responsible for the C4 kinetics, and their identification opens new roads for human-directed Rubisco engineering. The introgression of C4-like high-efficiency Rubisco would strongly enhance C3 crop yields in the future CO2-enriched atmosphere.

Oligocene CO2 decline promoted C4 photosynthesis in grasses.

C4 photosynthesis is an adaptation derived from the more common C3 photosynthetic pathway that confers a higher productivity under warm temperature and low atmospheric CO2 concentration [1, 2]. C4 evolution has been seen as a consequence of past atmospheric CO2 decline, such as the abrupt CO2 fall 32-25 million years ago (Mya) [3-6]. This relationship has never been tested rigorously, mainly because of a lack of accurate estimates of divergence times for the different C4 lineages [3]. In this study, we inferred a large phylogenetic tree for the grass family and estimated, through Bayesian molecular dating, the ages of the 17 to 18 independent grass C4 lineages. The first transition from C3 to C4 photosynthesis occurred in the Chloridoideae subfamily, 32.0-25.0 Mya. The link between CO2 decrease and transition to C4 photosynthesis was tested by a novel maximum likelihood approach. We showed that the model incorporating the atmospheric CO2 levels was significantly better than the null model, supporting the importance of CO2 decline on C4 photosynthesis evolvability. This finding is relevant for understanding the origin of C4 photosynthesis in grasses, which is one of the most successful ecological and evolutionary innovations in plant history.

The origins of C4 grasslands: integrating evolutionary and ecosystem science.

The evolution of grasses using C4 photosynthesis and their sudden rise to ecological dominance 3 to 8 million years ago is among the most dramatic examples of biome assembly in the geological record. A growing body of work suggests that the patterns and drivers of C4 grassland expansion were considerably more complex than originally assumed. Previous research has benefited substantially from dialog between geologists and ecologists, but current research must now integrate fully with phylogenetics. A synthesis of grass evolutionary biology with grassland ecosystem science will further our knowledge of the evolution of traits that promote dominance in grassland systems and will provide a new context in which to evaluate the relative importance of C4 photosynthesis in transforming ecosystems across large regions of Earth.

Catabolite repression in Pseudomonas aeruginosa PAO1 regulates the uptake of C4 -dicarboxylates depending on succinate concentration.

In Pseudomonas aeruginosa carbon catabolite repression (CCR) is exerted by the CbrA/B-CrcZ-Crc global regulatory system. Crc is a translational repressor that, in the presence of preferred carbon sources, such as C4 -dicarboxylates, impairs the utilization of less preferred substrates. When non-preferred substrates are present, the CrcZ sRNA levels increase leading to Crc capture, thereby allowing growth of the bacterium at the expense of the non-preferred substrates. The C4 -dicarboxylate transport (Dct) system in P. aeruginosa is composed of two main transporters: DctA, more efficient at mM succinate concentrations, and DctPQM, more important at μM. In this study, we demonstrate that the Dct transporters are differentially regulated by Crc, depending on the concentration of succinate. At high concentrations, Crc positively regulates the expression of the dctA transporter gene and negatively regulates dctPQM post-transcriptionally. The activation of dctA is explained by a Crc-mediated repression of dctR, encoding a transcriptional repressor of dctA. At low succinate concentrations, Crc regulation is impaired. In this condition, CrcZ levels are higher and therefore more Crc proteins are sequestered, decreasing the amount of Crc available to perform CCR on dctR and dctPQM. As a result, expression of dctA is reduced and that of dctPQM is increased.

Levels of complement C3 and C4 components in Amerindians living in an area with high prevalence of tuberculosis

The levels of complement C3 and C4 components were determined in non-indigenous (creoles) and indigenous (Warao) populations, the latter with an extremely high tuberculosis (TB) rate. Serum samples from 209 adults were studied and classified in 4 groups taking into account tuberculin skin tests (TST): (1) the group of Warao patients (58 positive for the TST, WP TST+ and 9 negative for the TST, WP TST-), (2) the group of creole patients (34 positive for the TST, CP TST+ and 9 negative for the TST, CP TST-), (3) the group of healthy Warao controls (38 positive and 14 negative for TST, WC TST+ and WC TST-, respectively), (4) the creole controls (26 positive and 21 negative for the TST, CC TST+ and CC TST-, respectively). With respect to the results concerning the measurement of both complement C3 and C4 components with the exception of the WC TST and the CC groups, the WP TST+ and WP TST- as well as WC TST+ groups showed a significant frequency of individuals with decreased levels of complement C3 component (20.6, 33.3, and 26.3%, respectively) and also C4 component (12.0, 11.1, and 13.3%, respectively) in comparison to both creole patients (CP TST+, 8.82% and CP TST-, 0% and CP TST+, 5.88% and CP TST-, 0%) for C3 and C4, respectively. The study of these parameters carried out in 15 Warao subjects with active infection, before and after anti-TB chemotherapy,statisticallyconfirmedthat the effective chemotherapy did not restore normal levels of the complement C3 and C4 components among Warao patients. Aditional tests for hepatitis B or hepatitis C infection, and the profile of the hepatic proteins were not associated to the deficiency in production of the complement components.In conclusion, the results show that within the Warao population, a high percentage of subjects exhibit decreased levels of both complement C3 and C4 components independent of latent or active infection and the status of TST.

Sensing, uptake and response to c4-dicarboxylic acids in pseudomonas aeruginosa pao1

C4-dicarboxylates are one of the preferred carbon and energy sources for the growth of P. aeruginosa, a ubiquitous and metabolically versatile bacterium. However, despite their importance, C4-dicarboxylates sensing and uptake systems were poorly understood in P. aeruginosa and only little information was available in the literature. In our work, the C4-dicarboxylate transport (Dct) system in P. aeruginosa was found to be composed of a novel two-component system, called DctB/DctD, regulating together with the sigma factor RpoN the expression of two newly identified C4-dicarboxylate transporters: DctA and DctPQM. Inactivation of the dct A, dctB or dctD gene caused a growth defect of the strain in minimal media supplemented with succinate, fumarate or malate, indicating their major role in Dct. However, residual growth of the dctA mutant in these media suggested the presence of redundant C4-dicarboxylate transporter(s). Tn5 insertion mutagenesis of the kdctA mutant, combined with a screening for growth on succinate, led to the identification of a second Dct system, the DctPQM transporter, belonging to the tripartite ATP-independent periplasmic (TRAP) family of carriers. AdctAAdctPQM double mutant showed no growth on malate and fumarate albeit residual growth on succinate suggested that additional transporters for succinate are present. Competition experiments demonstrated that the DctPQM carrier was more efficient than the DctA carrier for the utilization of succinate at μΜ concentrations, whereas DctA was the major transporter at mM concentrations. For the first time, high- and low-affinity uptake systems for succinate (DctA and DctPQM) are reported to function co-ordinately to transport C4- dicarboxylates. Most probably, the presence of redundant uptake systems contributes to the versatility of this bacterium. Next, the regulation of the Dct system was investigated. While performing a parallel study about the carbon catabolite repression (CCR) phenomenon in P. aeruginosa, a link between the CCR cascade (CbrAB/CrcZ/Crc) and the Dct system was observed. Crc is a translational repressor acting when preferred carbon sources (like C4-dicarboxylates) are present. CrcZ is a small RNA acting as a functional antagonist of Crc and induced by the CbrA/CbrB two-component system when non preferred carbon sources (like mannitol) are utilized. Novel targets of the CbrAB/CrcZ/Crc system in P. aeruginosa were identified using transcriptome analysis; among them dctA and dctPQM were detected. CCR is regulating the dct transporter genes expression depending on the succinate concentrations in the medium of growth; this modulation of CCR is possible because, at the same time, succinate concentrations tune CCR. In a medium containing high succinate concentrations, CrcZ levels were low and therefore Crc inhibited the translation of mRNA targets. Whereas in a medium containing low succinate concentrations, the subsequent increase of CrcZ levels sequestered Crc, inhibiting its activity. This model shows for the first time that CCR possesses a feedback-based circuitry, a very important type of regulatory loop that confers the best adaptive response under changing environmental conditions. The expression of the dct transporter genes is also found to be regulated by the RNA chaperone protein Hfq. Hfq has the same post-transcriptional effect than Crc at high concentration of succinate, i.e. inhibiting dctP and dctR and indirectly favouring dctA expression. Moreover, an additional indirect positive regulation of dctP expression by Hfq was found. Finally, a metabolome approach was performed to investigate the internal signals modulating CCR via induction of CbrA activity in P. aeruginosa PAOl and P. putida KT2442. The results of the analysis are currently under study in the laboratory. - Les acides C4-dicarboxyliques font partie des sources de carbone et d'énergie préférés de P. aeruginosa, une bactérie versatile et ubiquitaire. Néanmoins, malgré leur importance, comment la présence des acides C4-dicarboxyliques dans le milieu est sentie par la bactérie et comment ils sont transportés dans la cellule chez P. aeruginosa n'étaient pas connus. De plus, peu d'informations sur ces procédés ont été répertoriées dans la littérature. Grace à notre travail, le système de transport des acides C4-dicarboxyliques (Dct) chez P. aeruginosa a pu être caractérisé. En effet, il est composé d'un nouveau système à deux composants, nommé DctB/DctD, qui régule, en combinaison avec le facteur sigma alternatif RpoN, l'expression des deux nouveaux transporteurs des acides C4-dicarboxyliques: DctA et DctPQM. L'inactivation des gènes dctA, dctB or dctD cause un défaut de croissance des souches mutantes dans un milieu minimum contenant du succinate, fumarate ou malate; confirmation de leur rôle dans le Dct. Cependant, une croissance résiduelle du mutant dctA dans ces milieux suggérerait une redondance des transporteurs d'acides Grdicarboxyliques. Une expérience de mutagenèse dans la souche AdctA, utilisant le transposon Tn5, combiné avec un criblage génétique sur la croissance dans le succinate, nous a permis d'identifier le deuxième transporteur DctPQM. DctPQM appartient à la famille des transporteurs TRAP (tripartite ATP-independent periplasmic). Un double mutant AdctAAdctPQM ne pousse pas dans du malate ou fumarate mais par contre présente une croissance résiduelle dans le succinate suggérant l'existence de transporteurs supplémentaires pour le succinate. En réalisant des expériences de compétitions nous avons démontré que le transporteur DctPQM est plus efficace que le transporteur DctA pour l'utilisation de succinate à une concentration de l'ordre du μΜ. Par contre, DctA est le transporteur le plus important pour une concentration de succinate de l'ordre du raM. Pour la première fois, deux systèmes de transport, un avec une forte- et un avec une faible-affinité (DctA et DctPQM) pour le succinate, sont coordonnés dans leur activité de transport des acides C4- dicarboxyliques, probablement contribuant à la versatilité de la bactérie. Ensuite, nous avons étudié la régulation du system Dct. En effectuant, en parallèle, une étude sur le phénomène de la répression catabolique (RC) chez P. aeruginosa, un lien entre la RC et le système Dct a été observé. La cascade des régulateurs formant la RC est composée de CbrA/CbrB, CrcZ et Crc. Crc est un répresseur traductionnel qui agit quand des sources de carbone préférées (comme les acides C4-dicarboxyliques) sont présentes dans le milieu. CrcZ est un petit ARN non-codant qui agit comme antagoniste de Crc. L'expression de CrcZ est induite par le système à deux composants CbrA/CbrB lorsque une source de carbone non-préférée est utilisée (comme le mannitol). Des nouvelles cibles du système CbrAB/CrcZ/Crc chez P. aeruginosa ont été identifiées grâce à une analyse du transcriptome des souches mutantes des régulateurs de la cascade. Parmi les cibles identifiées, les gènes dctA et dctPQM étaient présents. La RC régule l'expression des transporteurs dct en fonction de la concentration de succinate dans le milieu de croissance. Cette régulation est possible parce que, en même temps, les acides C4- dicarboxyliques régulent la RC. Dans un milieu contenant une grande concentration du succinate, le niveau d'expression de CrcZ est faible, donc Crc peut inhiber l'expression de ces ARN messagers cibles. Par contre, dans un milieu avec une faible concentration de succinate, l'augmentation de l'expression de CrcZ titre Crc et inhibe son activité. Ce modèle de régulation rétroactive est très important pour le phénomène de la RC, parce qu'il permet à la bactérie d'accorder une meilleure réponse à un changement environnemental. L'expression des gènes codant pour les transporteurs dct sont aussi régulés par la protéine chaperonne d'ARN Hfq. Hfq semble avoir le même effet traductionnelle que Crc, lorsqu'il y a une forte concentration de succinate. Nous avons ainsi observé une régulation négative de l'expression du gène dct Ρ et dctR, qui code pour un répresseur de la transcription de dctA. Nous avons aussi observé une régulation positive de la transcription de dctP par Hfq, probablement de façon indirecte. Enfin, une analyse du metabolome a était utilisée pour chercher les signaux internes modulant la RC et, en particulier, l'activité de la protéine senseur CbrA chez P. aeruginosa PAOl et P. putida KT2442. Les résultats de l'analyse sont en cours d'étude dans le laboratoire.

Poblaciones de Fitoplancton, nutrientes y fotosíntesis en aguas costeras peruanas

Se presenta los resultados de producción primaria, nutrientes y fitoplancton en áreas seleccionadas en la Corriente del Perú. Se encontraron dos condiciones diferentes, una de aguas que contenían abundancia de nutrientes con activo crecimiento de fitoplancton y relativamente bajo "standing stock" (aguas azules) y otra con grandes existencias de fitoplancton (aguas marrones). La población planctónica en las aguas azules era menos diversa y el tamaño celular promedio demasiado pequeño como par ser utilizado como alimento por la anchoveta. Se discuten las razones que motivan la existencia de aguas altamente fértiles con bajo "standing stock".

Phylogenetic analyses of C4 photosynthesis evolution in grasses: genetics of convergence and convergence of genes

Summary : During the evolutionary diversification of organisms, similar ecological constraints led to the recurrent appearances of the same traits (phenotypes) in distant lineages, a phenomenon called convergence. In most cases, the genetic origins of the convergent traits remain unknown, but recent studies traced the convergent phenotypes to recurrent alterations of the same gene or, in a few cases, to identical genetic changes. However, these cases remain anecdotal and there is a need for a study system that evolved several times independently and whose genetic determinism is well resolved and straightforward, such as C4 photosynthesis. This adaptation to warm environments, possibly driven by past atmospheric CO2 decreases, consists in a CO2-concentrating pump, created by numerous morphological and biochemical novelties. All genes encoding C4 enzymes already existed in C3 ancestors, and are supposed to have been recruited through gene duplication followed by neo-functionalization, to acquire the cell specific expression pattern and altered kinetic properties that characterize Ca-specific enzymes. These predictions have so far been tested only in species-poor and ecologically marginal C4 dicots. The monocots, and especially the grass family (Poaceae), the most important C4 family in terms of species number, ecological dominance and economical importance, have been largely under-considered as suitable study systems. This thesis aimed at understanding the evolution of the C4 trait in grasses at a molecular level and to use the genetics of C4 photosynthesis to infer the evolutionary history of the C4 phenotype and its driving selective pressures. A molecular phylogeny of grasses and affiliated monocots identified 17 to 18 independent acquisitions of the C4 pathway in the grass family. A relaxed molecular clock was used to date these events and the first C4 evolution was estimated in the Chloridoideae subfamily, between 32-25 million years ago, at a period when atmospheric CO2 abruptly declined. Likelihood models showed that after the COZ decline the probability of evolving the C4 pathway strongly increased, confirming low CO2 as a likely driver of C4 photosynthesis evolution. In order to depict the genetic changes linked to the numerous C4 origins, genes encoding phopshoenolpyruvate carboxylase (PEPC), the key-enzyme responsible for the initial fixation of atmospheric CO2 in the C4 pathway, were isolated from a large sample of C3 and C4 grasses. Phylogenetic analyses were used to reconstruct the evolutionary history of the PEPC multigene family and showed that the evolution of C4-specific PEPC had been driven by positive selection on 21 codons simultaneously in up to eight C4 lineages. These selective pressures led to numerous convergent genetic changes in many different C4 clades, highlighting the repeatability of some evolutionary processes, even at the molecular level. PEPC C4-adaptive changes were traced and used to show multiple appearances of the C, pathway in clades where species tree inferences were unable to differentiate multiple C4 appearances and a single appearance followed by C4 to C3 reversion. Further investigations of genes involved in some of the C4 subtypes only (genes encoding decarboxylating enzymes NADP-malic enzyme and phosphoenolpyruvate carboxykinase) showed that these C4-enzymes also evolved through strong positive selection and underwent parallel genetic changes during the different Ca origins. The adaptive changes on these subtype-specific C4 genes were used to retrace the history of the C4-subtypes phenotypes, which revealed that the evolution of C4-PEPC and C4-decarboxylating enzymes was in several cases disconnected, emphasizing the multiplicity of the C4 trait and the gradual acquisition of the features that create the CO2-pump. Finally, phylogenetic analyses of a gene encoding the Rubisco (the enzyme responsible for the fixation of CO2 into organic compounds in all photosynthetic organisms) showed that C4 evolution switched the selective pressures on this gene. Five codons were recurrently mutated to adapt the enzyme kinetics to the high CO2 concentrations of C4 photosynthetic cells. This knowledge could be used to introgress C4-like Rubisco in C3 crops, which could lead to an increased yield under predicted future high CO2 atmosphere. Globally, the phylogenetic framework adopted during this thesis demonstrated the widespread occurrence of genetic convergence on C4-related enzymes. The genetic traces of C4 photosynthesis evolution allowed reconstructing events that happened during the last 30 million years and proved the usefulness of studying genes directly responsible for phenotype variations when inferring evolutionary history of a given trait. Résumé Durant la diversification évolutive des organismes, des pressions écologiques similaires ont amené à l'apparition récurrente de certains traits (phénotypes) dans des lignées distantes, un phénomène appelé évolution convergente. Dans la plupart des cas, l'origine génétique des traits convergents reste inconnue mais des études récentes ont montré qu'ils étaient dus dans certains cas à des changements répétés du même gène ou, dans de rares cas, à des changements génétiques identiques. Malgré tout, ces cas restent anecdotiques et il y a un réel besoin d'un système d'étude qui ait évolué indépendamment de nombreuses fois et dont le déterminisme génétique soit clairement identifié. La photosynthèse dite en Ça répond à ces critères. Cette adaptation aux environnements chauds, dont l'évolution a pu être encouragé par des baisses passées de la concentration atmosphérique en CO2, est constituée de nombreuses nouveautés morphologiques et biochimiques qui créent une pompe à CO2. La totalité des gènes codant les enzymes Ç4 étaient déjà présents dans les ancêtres C3. Leur recrutement pour la photosynthèse Ç4 est supposé s'être fait par le biais de duplications géniques suivies par une néo-fonctionnalisation pour leur conférer l'expression cellule-spécifique et les propriétés cinétiques qui caractérisent les enzymes C4. Ces prédictions n'ont jusqu'à présent été testées que dans des familles C4 contenant peu d'espèces et ayant un rôle écologique marginal. Les graminées (Poaceae), qui sont la famille C4 la plus importante, tant en termes de nombre d'espèces que de dominance écologique et d'importance économique, ont toujours été considérés comme un système d'étude peu adapté et ont fait le sujet de peu d'investigations évolutives. Le but de cette thèse était de comprendre l'évolution de la photosynthèse en C4 chez les graminées au niveau génétique et d'utiliser les gènes pour inférer l'évolution du phénotype C4 ainsi que les pressions de sélection responsables de son évolution. Une phylogénie moléculaire de la famille des graminées et des monocotylédones apparentés a identifié 17 à 18 acquisitions indépendantes de la photosynthèse chez les graminées. Grâce à une méthode d'horloge moléculaire relâchée, ces évènements ont été datés et la première apparition C4 a été estimée dans la sous-famille des Chloridoideae, il y a 32 à 25 millions d'années, à une période où les concentrations atmosphériques de CO2 ont décliné abruptement. Des modèles de maximum de vraisemblance ont montré qu'à la suite du déclin de CO2, la probabilité d'évoluer la photosynthèse C4 a fortement augmenté, confirmant ainsi qu'une faible concentration de CO2 est une cause potentielle de l'évolution de la photosynthèse C4. Afin d'identifier les mécanismes génétiques responsables des évolutions répétées de la photosynthèse C4, un segment des gènes codant pour la phosphoénolpyruvate carboxylase (PEPC), l'enzyme responsable de la fixation initiale du CO2 atmosphérique chez les plantes C4, ont été séquencés dans une centaine de graminées C3 et C4. Des analyses phylogénétiques ont permis de reconstituer l'histoire évolutive de la famille multigénique des PEPC et ont montré que l'évolution de PEPC spécifiques à la photosynthèse Ça a été causée par de la sélection positive agissant sur 21 codons, et ce simultanément dans huit lignées C4 différentes. Cette sélection positive a conduit à un grand nombre de changements génétiques convergents dans de nombreux clades différents, ce qui illustre la répétabilité de certains phénomènes évolutifs, et ce même au niveau génétique. Les changements sur la PEPC liés au C4 ont été utilisés pour confirmer des évolutions indépendantes du phénotype C4 dans des clades où l'arbre des espèces était incapable de différencier des apparitions indépendantes d'une seule apparition suivie par une réversion de C4 en C3. En considérant des gènes codant des protéines impliquées uniquement dans certains sous-types C4 (deux décarboxylases, l'enzyme malique à NADP et la phosphoénolpyruvate carboxykinase), des études ultérieures ont montré que ces enzymes C4 avaient elles-aussi évolué sous forte sélection positive et subi des changements génétiques parallèles lors des différentes origines de la photosynthèse C4. Les changements adaptatifs sur ces gènes liés seulement à certains sous-types C4 ont été utilisés pour retracer l'histoire des phénotypes de sous-types C4, ce qui a révélé que les caractères formant le trait C4 ont, dans certains cas, évolué de manière déconnectée. Ceci souligne la multiplicité du trait C4 et l'acquisition graduelle de composants participant à la pompe à CO2 qu'est la photosynthèse C4. Finalement, des analyses phylogénétiques des gènes codant pour la Rubisco (l'enzyme responsable de la fixation du CO2 en carbones organiques dans tous les organismes photosynthétiques) ont montré que l'évolution de la photosynthèse Ça a changé les pressions de sélection sur ce gène. Cinq codons ont été mutés de façon répétée afin d'adapter les propriétés cinétiques de la Rubisco aux fortes concentrations de CO2 présentes dans les cellules photosynthétiques des plantes C4. Globalement, l'approche phylogénétique adoptée durant cette thèse de doctorat a permis de démontré des phénomène fréquents de convergence génétique sur les enzymes liées à la photosynthèse C4. Les traces génétiques de l'évolution de la photosynthèse C4 ont permis de reconstituer des évènements qui se sont produits durant les derniers 30 millions d'années et ont prouvé l'utilité d'étudier des gènes directement responsables des variations phénotypiques pour inférer l'histoire évolutive d'un trait donné.

A new infectious mammary tumor virus in the milk of mice implanted with C4 hyperplastic alveolar nodules.

We have previously characterized an infectious mouse mammary tumor virus [(MMTV(SW)] which induces a strong superantigen response in vivo. Here we describe the isolation and characterization of MMTV(C4) which was derived from milk of mice implanted with hyperplastic alveolar nodules. MMTV(C4) stimulates V beta 2 expressing T cells after local injection in vivo. Comparison with known open reading frame (orf) sequences revealed high homology to Mtv-6, an endogenous virus interacting with V beta 3-expressing T cells. The carboxyl-terminal amino acids were, however, altered. High homology including the carboxyl-terminal orf amino acids were found with MMTV(C3H-K). We show here that MMTV(C3H-K) has lost its superantigen function. Sequence comparisons permitted the characterization of few key amino acids which could be important for T cell receptor interaction and superantigen processing.

A phylogenetic study of the phosphoenolpyruvate carboxylase multigene family in Poaceae: understanding the molecular changes linked to C4 photosynthesis evolution

Phylogenetic reconstructions have supported several independent appearances of C₄ photosynthesis within grasses (Poaceae). These recurrent appearances appear to contradict the large number of biochemical and morphological changes required to change from C₃ to C₄, a paradox that leads to questions about the genetic changes underlying C₄ evolution. In this study, we analysed sequences encoding phosphoenolpyruvate carboxylases (PEPCs) in grasses in order to gain insights into the origin of the ppc-C₄ gene, which encodes a key enzyme in the C₄ pathway. We screened databanks for PEPC genes or cDNAs in grasses. A coding sequence of 1130 base pairs was used to build phylogenetic trees that supported the existence of four distinct PEPC gene lineages. Ppc-C₄ present in all C₄ grasses was also found in two C₃ species. The ppc-C₄ clade was congruent with the species tree, suggesting orthologous evolution. This result would imply that ppc-C₄ appeared without any duplication event. Nevertheless, caution is needed since the sampling of our study is still far from comprehensive. Further investigation with an increased sampling is recommended to elucidate the evolutionary changes underlying ppc-C₄ gene evolution in grasses.