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

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

Concurrent multi-scale modeling of civil infrastructures for analyses on structural deterioration—Part I : Modeling methodology and strategy

This paper aims to develop the methodology and strategy for concurrent finite element modeling of civil infrastructures at the different scale levels for the purposes of analyses of structural deteriorating. The modeling strategy and method were investigated to develop the concurrent multi-scale model of structural behavior (CMSM-of-SB) in which the global structural behavior and nonlinear damage features of local details in a large complicated structure could be concurrently analyzed in order to meet the needs of structural-state evaluation as well as structural deteriorating. In the proposed method, the “large-scale” modeling is adopted for the global structure with linear responses between stress and strain and the “small-scale” modeling is available for nonlinear damage analyses of the local welded details. A longitudinal truss in steel bridge decks was selected as a case to study how a CMSM-of-SB was developed. The reduced-scale specimen of the longitudinal truss was studied in the laboratory to measure its dynamic and static behavior in global truss and local welded details, while the multi-scale models using constraint equations and substructuring were developed for numerical simulation. The comparison of dynamic and static response between the calculated results by different models indicated that the proposed multi-scale model was found to be the most efficient and accurate. The verification of the model with results from the tested truss under the specific loading showed that, responses at the material scale in the vicinity of local details as well as structural global behaviors could be obtained and fit well with the measured results. The proposed concurrent multi-scale modeling strategy and implementation procedures were applied to Runyang cable-stayed bridge (RYCB) and the CMSM-of-SB of the bridge deck system was accordingly constructed as a practical application.

Concurrent multi-scale modeling of civil infrastructures for analyses on structural deteriorating—Part II : Model updating and verification

This paper is a continuation of the paper titled “Concurrent multi-scale modeling of civil infrastructure for analyses on structural deteriorating—Part I: Modeling methodology and strategy” with the emphasis on model updating and verification for the developed concurrent multi-scale model. The sensitivity-based parameter updating method was applied and some important issues such as selection of reference data and model parameters, and model updating procedures on the multi-scale model were investigated based on the sensitivity analysis of the selected model parameters. The experimental modal data as well as static response in terms of component nominal stresses and hot-spot stresses at the concerned locations were used for dynamic response- and static response-oriented model updating, respectively. The updated multi-scale model was further verified to act as the baseline model which is assumed to be finite-element model closest to the real situation of the structure available for the subsequent arbitrary numerical simulation. The comparison of dynamic and static responses between the calculated results by the final model and measured data indicated the updating and verification methods applied in this paper are reliable and accurate for the multi-scale model of frame-like structure. The general procedures of multi-scale model updating and verification were finally proposed for nonlinear physical-based modeling of large civil infrastructure, and it was applied to the model verification of a long-span bridge as an actual engineering practice of the proposed procedures.

Integrating hardware and software information flow analyses

Security-critical communications devices must be evaluated to the highest possible standards before they can be deployed. This process includes tracing potential information flow through the device's electronic circuitry, for each of the device's operating modes. Increasingly, however, security functionality is being entrusted to embedded software running on microprocessors within such devices, so new strategies are needed for integrating information flow analyses of embedded program code with hardware analyses. Here we show how standard compiler principles can augment high-integrity security evaluations to allow seamless tracing of information flow through both the hardware and software of embedded systems. This is done by unifying input/output statements in embedded program execution paths with the hardware pins they access, and by associating significant software states with corresponding operating modes of the surrounding electronic circuitry.

Numerical analyses of crack spacing due to shrinkage in reinforced concrete slabs

Shrinkage cracking is commonly observed in concrete flat structures such as highway pavements, slabs, and bridge decks. Crack spacing due to shrinkage has received considerable attention for many years [1-3]. However, some aspects concerning the mechanism of crack spacing still remain un-clear. Though it is well known that the interval of the cracks generally falls with a range, no satisfactory explanation has been put forward as to why the minimum spacing exists.

Demographic and clinical correlates of comorbid substance use disorders in psychosis : multivariate analyses from an epidemiological sample

Background: While there has been substantial research examining the correlates of comorbid substance abuse in psychotic disorders, it has been difficult to tease apart the relative importance of individual variables. Multivariate analyses are required, in which the relative contributions of risk factors to specific forms of substance misuse are examined, while taking into account the effects of other important correlates. Methods: This study used multivariate correlates of several forms of comorbid substance misuse in a large epidemiological sample of 852 Australians with DSMIII- R-diagnosed psychoses. Results: Multiple substance use was common and equally prevalent in nonaffective and affective psychoses. The most consistent correlate across the substance use disorders was male sex. Younger age groups were more likely to report the use of illegal drugs, while alcohol misuse was not associated with age. Side effects secondary to medication were associated with the misuse of cannabis and multiple substances, but not alcohol. Lower educational attainment was associated with cannabis misuse but not other forms of substance abuse. Conclusion: The profile of substance misuse in psychosis shows clinical and demographic gradients that can inform treatment and preventive research.