Alkyl radical geometry controls geminate cage recombination in alkylcobalamins

Abstract: The radical pair that results from photolysis of adenosylcob(II1)alamin (AdoCbl"') undergoes primary geminate recombination with a first-order rate constant of 1 x lo9 s-l. In contrast, methylcob(II1)alamin (CH3Cbl"') and aristeromicylcob(II1)alamin (AriCblII', the carbocyclic analogue of AdoCbl"' in which the ribofuranose ring oxygen has been replaced with a methylene group) does not undergo primary geminate recombination. The ribofwanose group enables a high rate of geminate recombination in the [Ado' Cbl"'] radical pair. This may be due to a stereoelectronic (p-anomeric) effect that maintains a pyramidal geometry at the 5'-carbon of the 5'-deoxyadenosyl radical, or it may be due to hindered rotation about the C4t-C5, bond such that /?-elimination to the olefin is prevented. Recombination in the geminate singlet radical pair is in competition with diffusive escape to form a solvent-separated radical pair. Hyperfine coupling from Co" promotes intersystem crossing to the triplet radical pair (Chagovetz, A. M.; Grissom, C. B. J. Am. Chem. SOC. 1993, 115, 12152). Recombination of the [CH3' Cbl"] radical pair is not prevented by a lack of intersystem crossing, as neither unlabeled or I3C-labeled CH3Cbl"' undergoes geminate recombination. There is only a small difference in the rate of diffusive recombination in the solvent cage for AdoCbl"', AriCbl"', and CH3Cbl"' following photolysis: 2.01 x 10" s-l, 2.20 x lo4 s-l, and 1.16 x lo4 s-l. The rate of diffusive recombination is limited by productive collisions and not by radical geometry or intersystem crossing. The CF3' radical that results from photolysis of (trifluoromethyl)cob(III)alamin (CF3Cbl"') maintains its pyramidal geometry and undergoes faster diffusive recombination in the solvent cage at 51 x lo4 s-l. The C-Co bond dissociation enthalpy in AriCbl"' is 37 f 1.4 kcaymol. The profound difference in geminate recombination rates for AdoCbl"' and CH3Cbl"' is consistent with their different biological roles as enzymatic cofactors: AdoCbl"' is an initiator of radical chain chemistry in the active site, whereas CH3Cbl"' is a methyl group donor in an S~2-type process.

Charge generation, transport and recombination in organic solar cells

This thesis presents a study of the charge generation, transport, and recombination processes in organic solar cells performed with time-resolved experimental techniques. Organic solar cells based on polymers can be solution-processed on large areas and thus promise to become an inexpensive source of renewable energy. Despite significant improvements of the power conversion efficiency over the last decade, the fundamental working principles of organic solar cells are still not fully understood. It is the aim of this thesis to clarify the role of different performance limiting processes in organic solar cells and to correlate them with the molecular structure of the studied materials, i.e. poly(3-hexylthiophene) (P3HT) and [6,6]-phenyl C61 butyric acid methyl ester (PCBM). By combining time-of-flight charge transport measurements, transient absorption spectroscopy, a newly developed experimental technique called time delayed double pulse experiment and drift-diffusion simulations a comprehensive analysis of the working principles of P3HT:PCBM solar cells could be performed. It was found that the molecular structure of P3HT (i.e. the regioregularity) has a pronounced influence on the morphology of thin films of pristine P3HT and of blends of P3HT with PCBM. This morphology in turn affected the charge transport properties as well as the charge generation and recombination kinetics. Well-ordered regioregular P3HT was found to be characterized by a high charge carrier mobility, efficient charge generation and low but field-dependent (non-geminate) recombination. Importantly, the charge generation yield was found to be independent of temperature and applied electric field as opposed to the expectations of the Onsager-Braun model that is commonly applied to describe the temperature and field dependence of charge generation in organic solar cells. These properties resulted in a reasonably good power conversion efficiency. In contrast to this, amorphous regiorandom P3HT was found to show poor charge generation, transport and recombination properties that combine to a much lower power conversion efficiency.

Charge separation and recombination in novel polymeric absorber materials for organic solar cells : a photophysical study

In dieser Dissertation wird die Ladungsträgergeneration und -rekombination in neuen polymeren Absorbermaterialien für organische Solarzellen untersucht. Das Verständnis dieser Prozesse ist wesentlich für die Entwicklung neuer photoaktiver Materialsysteme, die hohe Effizienzen erzielen und organische Solarzellen konkurrenzfähig im Bereich der erneuerbaren Energien machen. Experimentell verwendet diese Arbeit hauptsächlich die Methode der transienten Absorptionsspektroskopie, die sich für die Untersuchung photophysikalischer Prozesse auf einer Zeitskala von 100 fs bis 1 ms als sehr leistungsfähig erweist. Des Weiteren wird eine soft-modeling Methode vorgestellt, die es ermöglicht, photophysikalische Prozesse aus einer gemessenen transienten Absorptions-Datenmatrix zu bestimmen, wenn wenig a priori Kenntnisse der Reaktionskinetiken vorhanden sind. Drei unterschiedliche Donor:Akzeptor-Systeme werden untersucht; jedes dieser Systeme stellt eine andere Herangehensweise zur Optimierung der Materialien dar in Bezug auf Lichtabsorption über einen breiten Wellenlängenbereich, effiziente Ladungstrennung und schnellen Ladungstransport. Zuerst wird ein Terpolymer untersucht, das aus unterschiedlichen Einheiten für die Lichtabsorption und den Ladungstransport besteht. Es wird gezeigt, dass es möglich ist, den Fluss angeregter Zustände vom Chromophor auf die Transporteinheit zu leiten. Im zweiten Teil wird der Einfluss von Kristallinität auf die freie Ladungsträgergeneration mit einer Folge von ternären Mischungen, die unterschiedliche Anteile an amorphem und semi-kristallinem Polymer enthalten, untersucht. Dabei zeigt es sich, dass mit steigendem amorphen Polymeranteil sowohl der Anteil der geminalen Ladungsträgerrekombination erhöht als auch die nicht-geminale Rekombination schneller ist. Schlussendlich wird ein System untersucht, in dem sowohl Donor als auch Akzeptor Polymere sind, was zu verbesserten Absorptionseigenschaften führt. Die Rekombination von Ladungstransferzuständen auf der unter 100 ps Zeitskala stellt hier den hauptsächliche Verlustkanal dar, da freie Ladungsträger nur an Grenzflächen erzeugt werden können, an denen Donor und Akzeptor face-to-face zueinander orientiert sind. Darüber hinaus wird festgestellt, dass weitere 40-50% der Ladungsträger durch die Rekombination von Grenzflächenzuständen verloren gehen, die aus mobilen Ladungsträgern geminal gebildet werden.

Dynamics of charge transfer in the excited amine complexes of the fullerenes C60 and C70.: A picosecond laser flash photolysis study

In benzene solution, C60 and C70 interact weakly in the ground state with amines having favourable oxidation potentials. Picosecond time-resolved absorption measurements show that on photoexcilation, the weak complexes undergo charge separation to produce ion pairs which in turn undergo fast geminate recombination either to produce the triplet state of the fullerenes or give back the ground slate of the complex, depending on the oxidation potential of the amine. Free-ion yield is generally negligible.

Picosecond Dynamics of Proton Transfer of a 7-Hydroxyflavylium Salt in Aqueous-Organic Solvent Mixtures

The intermediacy of the geminate base proton pair (A*center dot center dot center dot H(+)) in excited-state proton-transfer (ESPT) reactions (two-step mechanism) has been investigated employing the synthetic flavylium salt 7-hydroxy-4-methyl-flavylium chloride (HMF). In aqueous solution, the ESPT mechanism involves solely the excited acid AH* and base A* forms of HMF as indicated by the fluorescence spectra and double-exponential fluorescence decays (two species, two decay times). However, upon addition of either 1,4-dioxane or 1,2-propylene glycol, the decays become triple-exponential with a term consistent with the presence of the geminate base proton pair A*center dot center dot center dot H(+). The geminate pair becomes detectable because of the increase in the recombination rate constant, k(rec), of (A*center dot center dot center dot H(+)) with increasing the mole fraction of added organic cosolvent. Because the two-step ESPT mechanism splits the intrinsic prototropic reaction rates (deprotonation of AH(+)*, k(d), and recombination, k(rec) of A*center dot center dot center dot H(+)) from the diffusion controlled rates (dissociation, k(diss) and formation, k(diff)[H(+)], of A*center dot center dot center dot H+), the experimental detection of the geminate pair provides a wealth of information on the proton-transfer reaction (k(d) and k(rec)) as well as on proton diffusion/migration (k(diss) and k(diff)).

A photophysical study of excited state dynamics in donor-acceptor copolymer photovoltaic blends

This thesis deals with the investigation of charge generation and recombination processes in three different polymer:fullerene photovoltaic blends by means of ultrafast time-resolved optical spectroscopy. The first donor polymer, namely poly[N-11"-henicosanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)] (PCDTBT), is a mid-bandgap polymer, the other two materials are the low-bandgap donor polymers poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b']-dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-benzothiadiazole) (PCPDTBT) and poly[(4,4'-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2',3'-d]silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl] (PSBTBT). Despite their broader absorption, the low-bandgap polymers do not show enhanced photovoltaic efficiencies compared to the mid-bandgap system.rnrnTransient absorption spectroscopy revealed that energetic disorder plays an important role in the photophysics of PCDTBT, and that in a blend with PCBM geminate losses are small. The photophysics of the low-bandgap system PCPDTBT were strongly altered by adding a high boiling point cosolvent to the polymer:fullerene blend due to a partial demixing of the materials. We observed an increase in device performance together with a reduction of geminate recombination upon addition of the cosolvent. By applying model-free multi-variate curve resolution to the spectroscopic data, we found that fast non-geminate recombination due to polymer triplet state formation is a limiting loss channel in the low-bandgap material system PCPDTBT, whereas in PSBTBT triplet formation has a smaller impact on device performance, and thus higher efficiencies are obtained.rn

Unraveling efficiency-limiting processes in organic solar cells by ultrafast spectroscopy - impact of chemical structure and morphology on photophysics and efficiency

Diese Arbeit widmet sich der Untersuchung der photophysikalischen Prozesse, die in Mischungen von Elektronendonoren mit Elektronenakzeptoren zur Anwendung in organischen Solarzellen auftreten. Als Elektronendonoren werden das Copolymer PBDTTT-C, das aus Benzodithiophen- und Thienothiophene-Einheiten besteht, und das kleine Molekül p-DTS(FBTTh2)2, welches Silizium-überbrücktes Dithiophen, sowie fluoriertes Benzothiadiazol und Dithiophen beinhaltet, verwendet. Als Elektronenakzeptor finden ein planares 3,4:9,10-Perylentetracarbonsäurediimid-(PDI)-Derivat und verschiedene Fullerenderivate Anwendung. PDI-Derivate gelten als vielversprechende Alternativen zu Fullerenen aufgrund der durch chemische Synthese abstimmbaren strukturellen, optischen und elektronischen Eigenschaften. Das gewichtigste Argument für PDI-Derivate ist deren Absorption im sichtbaren Bereich des Sonnenspektrums was den Photostrom verbessern kann. Fulleren-basierte Mischungen übertreffen jedoch für gewöhnlich die Effizienz von Donor-PDI-Mischungen.rnUm den Nachteil der PDI-basierten Mischungen im Vergleich zu den entsprechenden Fulleren-basierten Mischungen zu identifizieren, werden die verschiedenen Donor-Akzeptor-Kombinationen auf ihre optischen, elektronischen und strukturellen Eigenschaften untersucht. Zeitaufgelöste Spektroskopie, vor allem transiente Absorptionsspektroskopie (TA), wird zur Analyse der Ladungsgeneration angewendet und der Vergleich der Donor-PDI Mischfilme mit den Donor-Fulleren Mischfilmen zeigt, dass die Bildung von Ladungstransferzuständen einen der Hauptverlustkanäle darstellt.rnWeiterhin werden Mischungen aus PBDTTT-C und [6,6]-Phenyl-C61-buttersäuremethylesther (PC61BM) mittels TA-Spektroskopie auf einer Zeitskala von ps bis µs untersucht und es kann gezeigt werden, dass der Triplettzustand des Polymers über die nicht-geminale Rekombination freier Ladungen auf einer sub-ns Zeitskala bevölkert wird. Hochentwickelte Methoden zur Datenanalyse, wie multivariate curve resolution (MCR), werden angewendet um überlagernde Datensignale zu trennen. Zusätzlich kann die Regeneration von Ladungsträgern durch Triplett-Triplett-Annihilation auf einer ns-µs Zeitskala gezeigt werden. Darüber hinaus wird der Einfluss des Lösungsmitteladditivs 1,8-Diiodooctan (DIO) auf die Leistungsfähigkeit von p-DTS(FBTTh2)2:PDI Solarzellen untersucht. Die Erkenntnisse von morphologischen und photophysikalischen Experimenten werden kombiniert, um die strukturellen Eigenschaften und die Photophysik mit den relevanten Kenngrößen des Bauteils in Verbindung zu setzen. Zeitaufgelöste Photolumineszenzmessungen (time-resolved photoluminescence, TRPL) zeigen, dass der Einsatz von DIO zu einer geringeren Reduzierung der Photolumineszenz führt, was auf eine größere Phasentrennung zurückgeführt werden kann. Außerdem kann mittels TA Spektroskopie gezeigt werden, dass die Verwendung von DIO zu einer verbesserten Kristallinität der aktiven Schicht führt und die Generation freier Ladungen fördert. Zur genauen Analyse des Signalzerfalls wird ein Modell angewendet, das den gleichzeitigen Zerfall gebundener CT-Zustände und freier Ladungen berücksichtigt und optimierte Donor-Akzeptor-Mischungen zeigen einen größeren Anteil an nicht-geminaler Rekombination freier Ladungsträger.rnIn einer weiteren Fallstudie wird der Einfluss des Fullerenderivats, namentlich IC60BA und PC71BM, auf die Leistungsfähigkeit und Photophysik der Solarzellen untersucht. Eine Kombination aus einer Untersuchung der Struktur des Dünnfilms sowie zeitaufgelöster Spektroskopie ergibt, dass Mischungen, die ICBA als Elektronenakzeptor verwenden, eine schlechtere Trennung von Ladungstransferzuständen zeigen und unter einer stärkeren geminalen Rekombination im Vergleich zu PCBM-basierten Mischungen leiden. Dies kann auf die kleinere Triebkraft zur Ladungstrennung sowie auf die höhere Unordnung der ICBA-basierten Mischungen, die die Ladungstrennung hemmen, zurückgeführt werden. Außerdem wird der Einfluss reiner Fullerendomänen auf die Funktionsfähigkeit organischer Solarzellen, die aus Mischungen des Thienothienophen-basierenden Polymers pBTTT-C14 und PC61BM bestehen, untersucht. Aus diesem Grund wird die Photophysik von Filmen mit einem Donor-Akzeptor-Mischungsverhältnis von 1:1 sowie 1:4 verglichen. Während 1:1-Mischungen lediglich eine co-kristalline Phase, in der Fullerene zwischen den Seitenketten von pBTTT interkalieren, zeigen, resultiert der Überschuss an Fulleren in den 1:4-Proben in der Ausbildung reiner Fullerendomänen zusätzlich zu der co kristallinen Phase. Transiente Absorptionsspektroskopie verdeutlicht, dass Ladungstransferzustände in 1:1-Mischungen hauptsächlich über geminale Rekombination zerfallen, während in 1:4 Mischungen ein beträchtlicher Anteil an Ladungen ihre wechselseitige Coulombanziehung überwinden und freie Ladungsträger bilden kann, die schließlich nicht-geminal rekombinieren.

Excited-state dynamics in donor-acceptor systems for energy conversion

In dieser Arbeit werden die Dynamiken angeregter Zustände in Donor-Akzeptorsystemen für Energieumwandlungsprozesse mit ultraschneller zeitaufgelöster optischer Spektroskopie behandelt. Der Hauptteil dieser Arbeit legt den Fokus auf die Erforschung der Photophysik organischer Solarzellen, deren aktive Schichten aus diketopyrrolopyrrole (DPP) basierten Polymeren mit kleiner Bandlücke als Elektronendonatoren und Fullerenen als Elektronenakzeptoren bestehen. rnEin zweiter Teil widmet sich der Erforschung von künstlichen primären Photosynthesereaktionszentren, basierend auf Porphyrinen, Quinonen und Ferrocenen, die jeweils als Lichtsammeleinheit, Elektronenakzeptor beziehungsweise als Elektronendonatoren eingesetzt werden, um langlebige ladungsgetrennte Zustände zu erzeugen.rnrnZeitaufgelöste Photolumineszenzspektroskopie und transiente Absorptionsspektroskopie haben gezeigt, dass Singulettexzitonenlebenszeiten in den Polymeren PTDPP-TT und PFDPP-TT Polymeren kurz sind (< 20 ps) und dass in Mischungen der Polymere mit PC71BM geminale Rekombination von gebundenen Ladungstransferzuständen ein Hauptverlustkanal ist. Zudem wurde in beiden Systemen schnelle nichtgeminale Rekombination freier Ladungen zu Triplettzuständen auf dem Polymer beobachtet. Für das Donor-Akzeptor System PDPP5T:PC71BM wurde nachgewiesen, dass die Zugabe eines Lösungsmittels mit hohem Siedepunkt, und zwar ortho-Dichlorbenzol, die Morphologie der aktiven Schicht stark beeinflusst und die Solarzelleneffizienz verbessert. Der Grund hierfür ist, dass die Donator- und Akzeptormaterialien besser durchmischt sind und sich Perkolationswege zu den Elektroden ausgebildet haben, was zu einer verbesserten Ladungsträgergeneration und Extraktion führt. Schnelle Bildung des Triplettzustands wurde in beiden PDPP5T:PC71BM Systemen beobachtet, da der Triplettzustand des Polymers über Laungstransferzustände mit Triplettcharakter populiert werden kann. "Multivariate curve resolution" (MCR) Analyse hat eine starke Intensitätsabhängigkeit gezeigt, was auf nichtgeminale Ladungsträgerrekombination in den Triplettzustand hinweist.rnrnIn den künstlichen primären Photosynthesereaktionszentren hat transiente Absorptionsspektroskopie bestätigt, dass photoinduzierter Ladungstransfer in Quinon-Porphyrin (Q-P) und Porphyrin-Ferrocen (P-Fc) Diaden sowie in Quinon-Porphyrin-Ferrocen (Q-P-Fc) Triaden effizient ist. Es wurde jedoch auch gezeigt, dass in den P-Fc unf Q-P-Fc Systemen die ladungsgetrennten Zustände in den Triplettzustand der jeweiligen Porphyrine rekombinieren. Der ladungsgetrennte Zustand konnte in der Q-P Diade durch Zugabe einer Lewissäure signifikant stabilisiert werden.

Femtosecond resolution of ligand-heme interactions in the high-affinity quinol oxidase bd: A di-heme active site?

Interaction of the two high-spin hemes in the oxygen reduction site of the bd-type quinol oxidase from Escherichia coli has been studied by femtosecond multicolor transient absorption spectroscopy. The previously unidentified Soret band of ferrous heme b595 was determined to be centered around 440 nm by selective excitation of the fully reduced unliganded or CO-bound cytochrome bd in the α-band of heme b595. The redox state of the b-type hemes strongly affects both the line shape and the kinetics of the absorption changes induced by photodissociation of CO from heme d. In the reduced enzyme, CO photodissociation from heme d perturbs the spectrum of ferrous cytochrome b595 within a few ps, pointing to a direct interaction between hemes b595 and d. Whereas in the reduced enzyme no heme d-CO geminate recombination is observed, in the mixed-valence CO-liganded complex with heme b595 initially oxidized, a significant part of photodissociated CO does not leave the protein and recombines with heme d within a few hundred ps. This caging effect may indicate that ferrous heme b595 provides a transient binding site for carbon monoxide within one of the routes by which the dissociated ligand leaves the protein. Taken together, the data indicate physical proximity of the hemes d and b595 and corroborate the possibility of a functional cooperation between the two hemes in the dioxygen-reducing center of cytochrome bd.

Phosphorylation of Exo1 modulates homologous recombination repair of DNA double-strand breaks

DNA double-strand break (DSB) repair via the homologous recombination pathway is a multi-stage process, which results in repair of the DSB without loss of genetic information or fidelity. One essential step in this process is the generation of extended single-stranded DNA (ssDNA) regions at the break site. This ssDNA serves to induce cell cycle checkpoints and is required for Rad51 mediated strand invasion of the sister chromatid. Here, we show that human Exonuclease 1 (Exo1) is required for the normal repair of DSBs by HR. Cells depleted of Exo1 show chromosomal instability and hypersensitivity to ionising radiation (IR) exposure. We find that Exo1 accumulates rapidly at DSBs and is required for the recruitment of RPA and Rad51 to sites of DSBs, suggesting a role for Exo1 in ssDNA generation. Interestingly, the phosphorylation of Exo1 by ATM appears to regulate the activity of Exo1 following resection, allowing optimal Rad51 loading and the completion of HR repair. These data establish a role for Exo1 in resection of DSBs in human cells, highlighting the critical requirement of Exo1 for DSB repair via HR and thus the maintenance of genomic stability.

Electron diffusion and back reaction in dye-sensitized solar cells : the effect of nonlinear recombination kinetics

The electron collection efficiency in dye-sensitized solar cells (DSCs) is usually related to the electron diffusion length, L = (Dτ)^1/2, where D is the diffusion coefficient of mobile electrons and τ is their lifetime, which is determined by electron transfer to the redox electrolyte. Analysis of incident photon-to-current efficiency (IPCE) spectra for front and rear illumination consistently gives smaller values of L than those derived from small amplitude methods. We show that the IPCE analysis is incorrect if recombination is not first-order in free electron concentration, and we demonstrate that the intensity dependence of the apparent L derived by first-order analysis of IPCE measurements and the voltage dependence of L derived from perturbation experiments can be fitted using the same reaction order, γ ≈ 0.8. The new analysis presented in this letter resolves the controversy over why L values derived from small amplitude methods are larger than those obtained from IPCE data.

Kinetics of electron recombination of dye-senitized solar cells based on TiO2 nanorod arrays sensitized with different dyes

The performance and electron recombination kinetics of dye-sensitized solar cells based on TiO2 films consisting of one-dimensional nanorod arrays (NR-DSSCs) which are sensitized with dye N719, C218 and D205 respectively have been studied. It has been found that the best efficiency is obtained with the dye C218 based NR-DSSCs, benefiting from a 40% higher short-circuit photocurrent density. However, the open circuit photovoltage of the N719 based cell is 40 mV higher than that of the organic dye C218 and D205 based devices. Investigation of the electron recombination kinetics of the NR-DSSCs has revealed that the effective electron lifetime, τn, of the N719 based NR-DSSC is the lowest whereas the τn of the C218 based NR-DSSC is the highest among the three dyes. The higher Voc with the N719 based NR-DSSC is originated from the more negative energy level of the conduction band of the TiO2 film. In addition, in comparison to the DSSCs with conventional nanocrystalline particles based TiO2 films, the NR-DSSCs have shown over two orders of magnitude higher τn when employing N719 as the sensitizer. Nevertheless, the τn of the DSSCs with the C218 based nanorod arrays is only ten-fold higher than the that of the nanoparticles based devices. The remarkable characteristic of the dye C218 in suppressing the electron recombination of DSSCs is discussed.

Reduced electron recombination of dye-sensitized solar cells based on TiO 2 spheres consisting of ultrathin nanosheets with [001] facet exposed

An anatase TiO 2 material with hierarchically structured spheres consisting of ultrathin nanosheets with 100% of the [001] facet exposed was employed to fabricate dye-sensitized solar cells (DSC s). Investigation of the electron transport and back reaction of the DSCs by electrochemical impedance spectroscopy showed that the spheres had a threefold lower electron recombination rate compared to the conventional TiO 2 nanoparticles. In contrast, the effective electron diffusion coefficient, D n, was not sensitive to the variation of the TiO 2 morphology. The TiO 2 spheres showed the same Dn as that of the nanoparticles. The influence of TiCl 4 post-treatment on the conduction band of the TiO 2 spheres and on the kinetics of electron transport and back reactions was also investigated. It was found that the TiCl 4 post-treatment caused a downward shift of the TiO 2 conduction band edge by 30 meV. Meanwhile, a fourfold increase of the effective electron lifetime of the DSC was also observed after TiCl4 treatment. The synergistic effect of the variation of the TiO 2 conduction band and the electron recombination determined the open-circuit voltage of the DSC. © 2012 Wang et al.

Recombination, decreased host specificity and increased mobility may have driven the emergence of maize streak virus as an agricultural pathogen

Maize streak virus (MSV; family Geminiviridae, genus Mastrevirus), the causal agent of maize streak disease, ranks amongst the most serious biological threats to food security in subSaharan Africa. Although five distinct MSV strains have been currently described, only one of these - MSV-A - causes severe disease in maize. Due primarily to their not being an obvious threat to agriculture, very little is known about the 'grass-adapted' MSV strains, MSV-B, -C, -D and -E. Since comparing the genetic diversities, geographical distributions and natural host ranges of MSV-A with the other MSV strains could provide valuable information on the epidemiology, evolution and emergence of MSV-A, we carried out a phylogeographical analysis of MSVs found in uncultivated indigenous African grasses. Amongst the 83 new MSV genomes presented here, we report the discovery of six new MSV strains (MSV-F to -K). The non-random recombination breakpoint distributions detectable with these and other available mastrevirus sequences partially mirror those seen in begomoviruses, implying that the forces shaping these breakpoint patterns have been largely conserved since the earliest geminivirus ancestors. We present evidence that the ancestor of all MSV-A variants was the recombinant progeny of ancestral MSV-B and MSV-G/-F variants. While it remains unknown whether recombination influenced the emergence of MSV-A in maize, our discovery that MSV-A variants may both move between and become established in different regions of Africa with greater ease, and infect more grass species than other MSV strains, goes some way towards explaining why MSV-A is such a successful maize pathogen. © 2008 SGM.

Evidence of ancient papillomavirus recombination

An open question amongst papillomavirus taxonomists is whether recombination has featured in the evolutionary history of these viruses. Since the onset of the global AIDS epidemic, the question is somewhat less academic, because immune-compromised human immunodeficiency virus patients are often co-infected with extraordinarily diverse mixtures of human papillomavirus (HPV) types. It is expected that these conditions may facilitate the emergence of HPV recombinants, some of which might have novel pathogenic properties. Here, a range of rigorous analyses is applied to full-genome sequences of papillomaviruses to provide convincing statistical and phylogenetic evidence that evolutionarily relevant papillomavirus recombination can occur. © 2006 SGM.