Informatie

Barcode-uitwisseling tussen aangrenzende cellen


Ik ben momenteel geïnteresseerd in het uitrusten van dierlijke cellen in een weefsel met individuele barcodes. Deze streepjescodes zouden in de cellen moeten worden versterkt (uiteraard niet in een celvernederende mate), en ook naar aangrenzende cellen worden verzonden.

De vraag is nu, hoe plaats ik a) deze barcodes in de cellen en b) hoe verzend ik ze naar de aangrenzende cellen.

In de Zador et al. paper "Sequencing the connectome" (http://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.1001411), werd voorgesteld om een ​​transsynaptisch virus te gebruiken, zoals hondsdolheid of pseudorabiës, om die uitwisseling uit te voeren mogelijk tussen neuronen die synaptisch met elkaar verbonden zijn. Hier ben ik echter geïnteresseerd in de direct aangrenzende cellen en ik weet niet zeker of het zin heeft om hier transsynaptisch virus te gebruiken.

Als dat zo is, zou het geweldig zijn, maar zo niet, weet u enkele alternatieven?


Cel-cel interactie

Cel-cel interactie verwijst naar de directe interacties tussen celoppervlakken die een cruciale rol spelen in de ontwikkeling en functie van meercellige organismen. Door deze interacties kunnen cellen met elkaar communiceren als reactie op veranderingen in hun micro-omgeving. Dit vermogen om signalen te verzenden en te ontvangen is essentieel voor het voortbestaan ​​van de cel. Interacties tussen cellen kunnen stabiel zijn, zoals die gemaakt worden via celverbindingen. Deze verbindingen zijn betrokken bij de communicatie en organisatie van cellen in een bepaald weefsel. Andere zijn van voorbijgaande aard of tijdelijk, zoals die tussen cellen van het immuunsysteem of de interacties die betrokken zijn bij weefselontsteking. Deze typen intercellulaire interacties worden onderscheiden van andere typen, zoals die tussen cellen en de extracellulaire matrix. Het verlies van communicatie tussen cellen kan leiden tot oncontroleerbare celgroei en kanker.


Invoering

Geboorte, leven en dood omvatten de integratie van een complexe reeks biosignalen die levende cellen voelen en verwerken om te reageren en zich aan te passen aan veranderingen in hun omgeving.

De signalen die gedurende hun hele bestaan ​​door cellen worden verzonden en ontvangen, zijn essentieel voor de harmonieuze ontwikkeling van weefsels, organen en lichamen. Ze regelen ook beweging, denken en gedrag.

Het is nu algemeen bekend dat cellen zich niet gedragen als egoïstische entiteiten, maar eerder de neiging hebben om «microsamenlevingen» te vormen waarvan de goede werking een nauwkeurige coördinatie van de emissie en ontvangst van signalen vereist. Disfunctioneren van de netwerken wordt geassocieerd met pathologische situaties die kunnen variëren van abnormale proliferatie tot overlijden.

Het ontcijferen van de moleculaire basis voor de gecoördineerde behandeling van biologische signalen is een uitdaging van het grootste belang. Het zal een beter inzicht verschaffen in de processen die fundamentele biologische activiteiten beheersen, zoals groei, differentiatie en rust. Het zal ook de weg openen naar nieuwe therapieën om ziekten te bestrijden die het gevolg zijn van onjuiste signalering.


Wat is celpolariteit?

Celpolariteit verwijst naar de intrinsieke asymmetrie die in cellen wordt waargenomen, hetzij in hun vorm, structuur of organisatie van cellulaire componenten. De meeste epitheelcellen, migrerende cellen en zich ontwikkelende cellen vereisen enige vorm van celpolariteit voor hun functie. Deze cellen ontvangen informatie over hun omgeving via extracellulaire biochemische en mechanische signalen en vertalen die informatie in polariteit van het plasmamembraan, de bijbehorende eiwitten en de organisatie van het cytoskelet. Eenmaal vastgesteld, wordt de celpolariteit gehandhaafd door transcytose, waarbij blaasjes onjuist gelokaliseerde membraaneiwitten naar de juiste regio's in het plasmamembraan transporteren. Bovendien houden tight junctions, die fungeren als &lsquofences&rsquo tegen transmembraandiffusie, de asymmetrie op zijn plaats. Daarom speelt mechanobiologie een essentiële regulerende rol bij zowel het vaststellen als het handhaven van celpolariteit.

Epitheelcellen worden gepolariseerd langs de apicaal-basale as. Het apicale membraan is gericht naar het lumen en is rijk aan PAR- en Crumbs-eiwitcomplexen. Het basolaterale membraan bevat het Scribble-complex en ligt tegenover de extracellulaire matrix.

Epitheelcellen vestigen een apicaal-basale polariteit, die het gevolg is van de differentiële verdeling van fosfolipiden, eiwitcomplexen en cytoskeletcomponenten tussen de verschillende plasmamembraandomeinen, wat hun gespecialiseerde functies weerspiegelt. Het membraan dat naar het lumen of het vrije oppervlak is gericht, staat bekend als het apicale membraan, terwijl het membraan dat van het lumen af ​​is gericht en contact maakt met de extracellulaire matrix, bekend staat als het basale membraan en de zijkanten van de cel die in contact komen met de naburige cellen vormen het laterale membraan [ 1] . Het is bekend dat de apico-basale polarisatie van epitheelcellen een voorwaarde is voor hun fundamentele biologische rol. Deze omvatten het reguleren van het vectoriële transport van ionen door celplaten tijdens hun barrièrefunctie en het verzekeren van directionaliteit tijdens hun secretoire en absorberende functies [2].

Ontwikkelingspolariteit wordt waargenomen langs drie assen anterieur-posterieur, dorsaal-ventraal en links-rechts. Deze polariteit kan worden vastgesteld door concentratiegradiënten van uitgescheiden eiwitten, of door asymmetrische organisatie van cellulaire componenten, zoals het cytoskelet.

In andere gespecialiseerde cellen, zoals immuuncellen en neuronen, maakt celpolariteit de overdracht op korte en lange afstand van verschillende elektrische en biochemische signalen mogelijk. Een typisch unipolair neuron heeft bijvoorbeeld een zeer onderscheidende vorm en structuur, met één uiteinde aangepast om signalen te ontvangen via sterk vertakte dendrieten. Dit signaal wordt vervolgens door een axon verzonden, dat de lengte van het lichaam kan uitrekken. Aan het andere uiteinde van de cel bevindt zich het axon-uiteinde, waar de synapsen zich bevinden. Deze synapsen kunnen chemische neurotransmitters afgeven om het signaal te verspreiden of een actie uit te voeren zoals spiercontractie.


Wanneer COI-barcodes bedriegen: volledige genomen onthullen introgressie in haarstrepen

Twee soorten haarstreepvlinders van het geslacht Calycopis zijn bekend in de Verenigde Staten: C. cecrops en C. isobeon. Analyse van mitochondriale COI-barcodes van Calycopis onthuld cecrops-achtige exemplaren uit het oosten van de VS met atypische streepjescodes die 2,6% verschilden van beide soorten in de VS, maar vergelijkbaar met Midden-Amerikaans Calycopis soort. Om de mogelijkheid aan te pakken dat de exemplaren met atypische streepjescodes een onbeschreven cryptische soort vertegenwoordigen, hebben we de volledige genomen van 27 Calycopis exemplaren van vier soorten: C. cecrops, C. isobeon, C. quintana en C. bactra. Sommige van deze exemplaren werden tot 60 jaar geleden verzameld en droog bewaard in museumcollecties, maar produceerden niettemin genomen zo compleet als verse monsters. Fylogenetische bomen gereconstrueerd met behulp van de hele mitochondriale en nucleaire genomen waren incongruent. Terwijl de VS Calycopis met atypische streepjescodes gegroepeerd met Midden-Amerikaanse soorten C. quintana door mitochondriën plaatsten nucleaire genoombomen ze in de typische VS C. cecrops in overeenstemming met de morfologie, wat mitochondriale introgressie suggereert. Nucleaire genomen vertonen ook introgressie, vooral tussen C. cecrops en C. isobeon. Ongeveer 2,3% van elk C. cecrops genoom heeft waarschijnlijk (P-waarde < 0,01, FDR < 0,1) introgressie van C. isobeon en ongeveer 3,4% van elk C. isobeon genoom kan afkomstig zijn van C. cecro's. De introgressiegebieden zijn verrijkt met genen die coderen voor transmembraaneiwitten, mitochondria-targeting-eiwitten en componenten van de larvale cuticula. Deze studie biedt het eerste voorbeeld van mitochondriale introgressie in Lepidoptera ondersteund door volledige genoomsequencing. Onze resultaten waarschuwen voor het uitsluitend vertrouwen op COI-barcodes en mitochondriaal DNA voor identificatie of ontdekking van soorten.

1. Inleiding

Een segment van 654 basenparen van mitochondriaal DNA dat codeert voor de N-terminale helft van cytochroom C-oxidase-subeenheid 1 is voorgesteld als een streepjescode om diersoorten te identificeren [1]. Deze DNA-barcode is inderdaad zeer effectief in het onderscheiden van nauw verwante en vaak cryptische soorten [2-4]. Barcodeverschillen van meer dan 2% komen doorgaans overeen met verschillende biologische soorten [1,5], hoewel er veel uitzonderingen zijn gemeld [6]. Er is een grote bibliotheek samengesteld van meer dan 5 miljoen streepjescodereeksen die bijna 260.000 soorten dekken [7]. Naast soortidentificatie zijn deze barcodes met succes gebruikt voor het ontdekken van soorten [8-10] en voor associatie van mannetjes en vrouwtjes van dieren met duidelijk seksueel dimorfisme [11]. Het is echter duidelijk geworden dat als gevolg van de uitwisseling van mitochondriën tussen soorten [12], het vertrouwen op de COI-barcode als enige soortidentificatie misleidend kan zijn [13-15]. Bij vlinders wordt een van de meest opvallende voorbeelden van mitochondriale introgressie onthuld in het geslacht Erynnis (familie Hesperiidae), waar streepjescodes van één soort uit het oosten van de VS worden gevonden in sommige exemplaren van een allopatrische soort in het westen van de VS die niet eens zijn naaste verwant is [16]. Hoewel zeer inzichtelijk, de Erynnis studie was gebaseerd op DNA-sequenties van een enkel nucleair gen.

Hier demonstreren we met behulp van complete genomen mitochondriale introgressie in Calycopis soorten (familie Lycaenidae). Omdat het soortenrijk is in de Neotropen, Calycopis in de Verenigde Staten wordt vertegenwoordigd door twee soorten: roodgestreepte grondstreep (C. cecrops) en schemerblauwe grondstreep (C. isobeon). Calycopis cecrops is een algemene soort in de oostelijke helft van de VS van Michigan en New York tot Florida. In Texas en aangrenzende staten, C. cecrops overlapt in distributie met C. isobeon, die zich zuidwaarts uitstrekt tot in Mexico en in het zuiden tot Panama [17]. Analyse van mitochondriaal DNA COI-barcodes van de VS Calycopis onthulde verschillende exemplaren met atypische sequenties die 2,6% verschilden van een van de twee soorten. Hun streepjescodes leken meer op Midden-Amerikaans Calycopis soorten, maar hun vleugelpatronen en mannelijke genitaliën leken op C. cecrops. Dit verhoogt de mogelijkheid dat deze exemplaren met atypische streepjescodes een onbeschreven cryptisch . vertegenwoordigen Calycopis soorten in de VS. Nucleaire genomen suggereren echter dat de incongruentie tussen morfologie en barcodesequenties waarschijnlijk het gevolg was van mitochondriën introgressie.

2. Resultaten en discussie

(een) Calycopis COI barcode raadsels

Vergelijking van COI-barcodes van Calycopis cecrops, een veel voorkomende haarstrook in het oosten van de VS [18], onthulde dat verschillende exemplaren uit vele staten, waaronder Florida, Ohio, West Virginia, New Jersey, Maryland, Alabama en Louisiana, niet samenkwamen met de rest van C. cecrops en C. isobeon (figuur 1) vanwege een sequentieverschil van 2,6%. Deze atypische streepjescodes leken meer (binnen 1%) op streepjescodes van andere Calycopis soorten uit Mexico en Costa Rica. Om te onderzoeken of de cecrops-zoals exemplaren met atypische streepjescodes vertegenwoordigen een derde soort van Calycopis in de Verenigde Staten hebben we COI-barcodes of streepjescodegebieden (ID-tags) van 128 . bepaald Calycopis monsters uit heel Noord- en Midden-Amerika en haalden twee extra sequenties op van GenBank. De meerderheid van de gesequenced barcodes waren van de cecrops/isobeon type, maar 16 exemplaren (ca. 17% van C. cecrops) van meerdere locaties in het oosten van de VS hadden atypische streepjescodes (elektronisch aanvullend materiaal, tabel S1). In de meeste van deze plaatsen, Calycopis met typische en atypische streepjescodes bestonden naast elkaar, en sommige werden op dezelfde dag verzameld.

Figuur 1. Plaatsen van exemplaren en hun COI-barcodes. Plaatsen worden weergegeven voor alle monsters met streepjescode van C. cecrops (cirkels) en C. isobeon (vierkanten), en exemplaren van C. quintana en C. bactra met volledige genomen (ster, dezelfde plaats voor beide). Plaatsen waar exemplaren met atypische streepjescodes (voor cecrops/isobeon) aanwezig waren, worden in het rood weergegeven. Een afstandsdendrogram opgebouwd uit de streepjescodes wordt in het midden getoond en de uitlijning van streepjescodes met verwijderde invariante posities is aan de rechterkant. De meest voorkomende nucleotiden op elke positie zijn niet gearceerd, de volgende meest voorkomende is rood gearceerd en de derde is groen gearceerd. Posities zijn genummerd boven de uitlijning. De laatste regel geeft de positie in een codon aan. Eiwitsequentie met verwijderde invariante posities wordt rechts weergegeven na '|'. Specimens met 'NVG-'-nummers worden in deze studie gesequenced en GenBank-toetreding wordt voor anderen gegeven. Exemplaren met volledige genomen zijn gemarkeerd met een stip rechts van de naam en een nummer (1 t/m 27) dat verwijst naar de locatie van het specimen op de kaart. (Online versie in kleur.)

Vergelijking van vleugelpatronen van C. cecrops met typische en atypische streepjescodes lieten geen duidelijke verschillen zien (figuur 2een elektronisch aanvullend materiaal, figuur S1): beide hadden brede rode schijfbanden op hun ventrale vleugeloppervlak en mannetjes hadden verminderde blauwe gebieden op hun dorsale achtervleugels. Bovendien vertoonden mannelijke genitaliën van exemplaren met atypische streepjescodes geen significante verschillen met C. cecrops met typische barcodes (figuur 2B elektronisch aanvullend materiaal, figuur S2). We hebben dus geen morfologische ondersteuning gevonden voor het onderscheiden van Calycopis met atypische barcodes, in tegenstelling tot onze Hermeuptiekia werk [9]. Het bleef echter mogelijk dat deze Calycopis zijn een cryptische soort, die kunnen verschillen van C. cecrops in andere aspecten dan vleugelpatronen en genitaliën, zoals rupsmorfologie en voedselbron, vergelijkbaar met Astraptes [8]. Als alternatief kunnen streepjescodes van Calycopis mogelijk introgressie hebben ervaren.

Figuur 2. Vleugels en mannelijke genitaliën van C. cecrops exemplaren met typische en atypische streepjescodes. (een) Geslachts- en verzamelingsafkortingen worden weergegeven door respectievelijk de dorsale en ventrale afbeeldingen, de plaats en de monster-ID hieronder en ertussen. (B) Het linker zijaanzicht wordt hierboven getoond en het ventrale aanzicht wordt hieronder getoond, de soortnaam staat tussen de aanzichten en de plaats met vouchercode staat hieronder. Aanvullende informatie voor deze monsters is in elektronisch aanvullend materiaal, tabel S1. (Online versie in kleur.)

Bovendien, geen van beide C. cecrops noch C. isobeon fenetisch geclusterd in het barcodeafstanddendrogram (figuur 1B), en hun streepjescodes onthulden verschillende haplotypes, die allemaal erg op elkaar leken (figuur 1C). In alle barcodes C. isobeon exemplaren, positie 84 was C, terwijl de meerderheid van de C. cecrops had 84T. Op positie 561, de meeste C. cecrops exemplaren hebben A en de meeste C. isobeon exemplaren tonen C. Er waren echter verschillende C. cecrops-achtige exemplaren, meestal uit Florida en Texas, met 84C en 561C, vergelijkbaar met C. isobeon. Het is een uitdaging om onderscheid te maken C. cecrops en C. isobeon door vleugelpatronen en genitaliën [17] (elektronisch aanvullend materiaal, figuren S2 en S3). Daarom is het mogelijk dat sommige van de C. cecrops-zoals exemplaren hadden kunnen zijn C. isobeon, wat het bekende distributiebereik aanzienlijk zou uitbreiden.

(b) Volledige genomen van Calycopis

Vergelijking van nucleaire genen zou waargenomen onregelmatigheden in mitochondriën kunnen verklaren. Voorheen werden slechts een paar nucleaire genen gebruikt in dergelijke vergelijkingen [16,19]. De meeste nucleaire genen hebben echter niet het fylogenetische signaal om nabije soorten te scheiden [20,21] en ze kunnen net als mitochondriën tussen soorten uitwisselen [22]. Een klein aantal nucleaire genen kan onvoldoende zijn om onderscheid te maken tussen introgressie en echte opkomst van een nieuwe soort. Daarom hebben we de volledige genomen van 27 . gesequenced Calycopis exemplaren (gemarkeerd met stippen en genummerd in figuur 1B) van vier soorten (elektronisch aanvullend materiaal, figuur S3). Twee soorten komen uit de Verenigde Staten: C. cecrops en C. isobeon. Voor C. isobeon, naast zeven exemplaren uit de VS, hebben we ook een exemplaar uit Mexico en twee exemplaren uit Costa Rica (typeplaats) gesequenced. Onder 15 gesequenced C. cecrops exemplaren, twee (uit Ohio en West Virginia) bezaten atypische streepjescodes. Twee andere onderzochte soorten waren: C. quintana en C. bactra, één exemplaar van elk, beide uit Belize. De streepjescodes van C. quintana verschillen slechts 0,5-1% van de atypische streepjescode van C. cecrops, maar ongeveer 3% verschilt van C. cecrops typische streepjescode. Calycopis bactra is een veel voorkomende Midden-Amerikaanse soort met streepjescodes die meer dan 2,5% verschillen van de andere drie gesequeneerde soorten van Calycopis.

De statistieken voor deze genomen zijn in elektronisch aanvullend materiaal, tabel S2. De aflezingen van elk monster bestrijken het genoom ongeveer 12,6 ± 2,1 keer, met twee uitzonderingen: monster NVG-3306 werd gebruikt om het referentiegenoom van Calycopis en werd gesequenced met een veel hogere dekking (80,2-voudig) specimen NVG-1872, ondanks dat het vrij recentelijk was verzameld (1980), bevatte slechts korte DNA-fragmenten en slaagde er niet in voldoende gegevens te produceren (de uiteindelijke dekking van 0,33-voudig). De genomen voor de rest van de C. cecrops specimens verkregen door mapping zijn 88,7 ± 1,8% voltooid en de genomen voor C. isobeon exemplaren zijn 83,1 ± 2,7% compleet. De genomen van C. quintana en C. bactra, die verder verwant zijn aan de referentiesoort C. cecrops, verkregen door mapping en SNP-oproepen, zijn minder volledig (respectievelijk 81% en 79%). Het deel van de genomische regio's dat niet op deze manier kan worden verkregen, houdt verband met de divergentie tussen exemplaren en tussen soorten, wat leidt tot het niet goed afstemmen van de uitlezingen op het referentiegenoom. Daarentegen zijn de coderende gebieden meer geconserveerd tussen individuen en tussen soorten, en dus zijn de coderende gebieden (totaal 20 533 236 bp bestaande uit 15 456 genen) verkregen met deze strategie vrij compleet (96,7 ± 1,6%) voor alle soorten.

In 2015 werden zeven exemplaren verzameld en binnen enkele minuten na vangst bewaard in RNAlater, ideaal voor genomics-werk.Andere varieerden van droog bewaard in een vriezer van -20 °C (drie exemplaren uit 2014) en bij kamertemperatuur in pergamijn enveloppen (twee exemplaren uit 2013) tot verzameld van 1959 tot 2004 en vastgemaakt in museumcollecties. Hoewel de kwaliteit van het genoom over het algemeen verslechtert met de leeftijd van het specimen, leverde zelfs het oudste exemplaar dat in november 1959 werd verzameld (NVG-3034 uit Costa Rica) een genoom van goede kwaliteit op (75,6% compleet over het gehele genoom en 91,3% compleet voor de coderende regio's).

Volledige mitochondriale genomen van deze exemplaren onthulden een afbeelding die leek op die van COI-barcodes. Calycopis isobeon en C. cecrops met typische barcodes verschilden niet sterk van elkaar, hoewel alle typische C. cecrops mitochondriën geclusterd in de boom (figuur 3B). Net als bij COI-barcodes, C. isobeon sequenties waren niet monofyletisch. Mitochondriën van de twee exemplaren met atypische streepjescodes (rood in figuur 3B) geclusterd met de C. quintana.

Figuur 3. Fylogenetische bomen van nucleaire en mitochondriale genomen van Calycopis. De bomen zijn geconstrueerd op de aaneengeschakelde uitlijningen van de eiwitcoderende genen in de (een) nucleair en (B) mitochondriale genomen. Beide bomen zijn ontworteld. Elk exemplaar wordt vertegenwoordigd door twee takken in de nucleaire boom: vader- en moederkopieën van het genoom (de kopieën zijn niet gefaseerd en SNP's worden willekeurig toegewezen vanwege de zeer slechte dekking van specimen NVG-1872, veel SNP's zijn onmogelijk met vertrouwen te bellen en de eindtakken zijn erg kort). Naam, vouchernummer en algemene locatie worden voor elk exemplaar weergegeven. Een nummer (1 t/m 27) wijst naar de plaats van het specimen op de kaart in figuur 1. Aanvullende informatie over de specimens staat in elektronisch aanvullend materiaal, tabel S1. Bootstrap-ondersteuningswaarden boven 70% worden weergegeven door de knooppunten, boomtakken die leiden naar C. cecrops specimens met atypische streepjescodes worden in rood weergegeven en hun namen zijn geel gemarkeerd. Gekleurde balken laten zien hoe soorten in de bomen zijn gegroepeerd. (Online versie in kleur.)

Een boom opgebouwd uit alle coderende regio's in nucleaire genomen was echter anders (figuur 3 .).een). Eerst beide C. cecrops en C. isobeon waren monofyletisch met een grote afwijking tussen hen (respectievelijk blauwe en groene takken): (i) de lengte van de interne takken die de clades van C. cecrops en C. isobeon in de fylogenetische boom is 0,00885, wat suggereert dat ongeveer negen van de 1000 posities zijn veranderd tussen de voorouders van C. isobeon en C. cecrops, respectievelijk (deze afstand is groter dan de waarden die we hebben waargenomen in paren van andere zustersoorten [23,24]) (ii) de interspecifieke divergentie tussen C. cecrops en C. isobeon (1,46 ± 0,13%) is veel hoger dan de intraspecifieke divergentie binnen C. cecrops en C. isobeon (respectievelijk 0,87 ± 0,12% en 1,05 ± 0,19%). Ten tweede, de twee C. cecrops exemplaren met atypische streepjescodes diep geclusterd binnen C. cecrops clade (rood in figuur 3een) en gegroepeerd met het exemplaar van de dichtstbijzijnde plaats (VS: Delaware). De C. quintana tak is goed gescheiden van de cecrops/isobeon clade. Samenvattend komt de nucleaire genoomboom overeen met de verwachtingen van de specimenmorfologie, terwijl de mitochondriale boom dat niet doet. Deze resultaten suggereren sterk dat, in plaats van een aparte soort te zijn, Calycopis specimens met atypische COI-barcodes behoren tot: C. cecrops, wat in overeenstemming is met hun genitaliënmorfologie en vleugelpatronen.

(c) Mogelijke scenario's van mitochondriën-introgressie

Om te testen of de verschillen in mitochondriaal DNA kunnen worden verklaard door de verschillen in mutatiesnelheden in plaats van introgressie, hebben we de waarschijnlijkheid berekend van het observeren van de huidige mitogenomen uitgaande van alleen verticale afdaling (d.w.z. alle soorten beperken tot monofyletische RAxML, model: GTRGAMMA). De kans op deze boom is aanzienlijk kleiner (P-waarde < 0,0001) dan de waarschijnlijkheid dat de boom wordt verkregen zonder beperkingen op monofylie van soorten. Behoud van mogelijk voorouderlijk mitogenoomdimorfisme (typische en atypische mitogenomes) in C. cecrops is onwaarschijnlijk vanwege de zeer sterke (binnen 1%) overeenkomst tussen atypische mitogenomes van C. cecrops en mitogenen van C. quintana, een soort die niet erg nauw verwant is aan C. cecrops.

Het ontbreken van verwachte mitochondriale DNA-verschillen tussen goed gedifferentieerde soorten C. isobeon en C. cecrops en lagere variabiliteit van C. cecrops mitochondriën (figuur 3B) suggereren introgressie van mitochondriën uit C. isobeon naar binnen C. cecrops gevolgd door de vervanging van de C. cecrops oorspronkelijke mitochondriën, mogelijk vanwege een selectief voordeel. Als alternatief kan de meerderheid van C. cecrops exemplaren kunnen de oorspronkelijke mitochondriën van deze soort dragen, en het gebrek aan afwijking van C. isobeon mitogenomes kunnen worden verklaard door een langzame evolutionaire snelheid of ernstige populatieknelpunten die de genetische diversiteit verminderden.

De atypische mitochondriën zijn mogelijk geïntrogresseerd in C. cecrops populaties van C. quintana of andere C. quintana-achtige soorten. Bredere bemonstering van specimens om alle Calycopis soorten en grote populaties zullen nodig zijn om de exacte oorsprong van deze atypische mitochondriën op te helderen. Interessant is dat de huidige geografische bereiken van C. cecrops en C. quintana niet overlappen. Zo ook de twee Erynnis soorten die introgressie hebben ervaren, zijn ook allopatrisch [16]. Het is denkbaar dat de atypische mitochondriën van C. cecrops kan vertegenwoordigen resterende echte voorouderlijke mitochondriën van C. cecrops, en ze gingen in op C. quintana. Dit scenario is echter niet waarschijnlijk omdat de evolutionaire afstanden tussen mitogenomes van C. isobeon en atypische mitogenomes van C. cecrops groter zijn dan de afstanden van een van beide tot mitogenomes van C. bactra, een soort die verder van hen beiden verwijderd is. Toekomstige studies op genoomschaal van aanvullende Calycopis soorten en outgroups zijn in ontwikkeling om ons begrip van introgressiescenario's te vergroten.

Als de waargenomen C. cecrops mitochondriën vertegenwoordigen introgressie van C. isobeon (typisch) en van C. quintana-achtige soort (atypisch), het origineel C. cecrops mitochondriën werden uit de bevolking weggevaagd. Selectieve sweeps van mitochondriën werden bestudeerd bij andere soorten [25-27]. De best gedocumenteerde gevallen worden vaak geassocieerd met: Wolbachia infectie [25,26]. Wolbachia is een door de moeder overgedragen symbiont die cytoplasmatische incompatibiliteit veroorzaakt. Niet-geïnfecteerde vrouwtjes produceren geen levensvatbare nakomelingen met Wolbachia-geïnfecteerde mannen, terwijl geïnfecteerde vrouwen compatibel zijn met alle mannen [28,29]. Dus de Wolbachia-geïnfecteerde vrouwtjes vertonen selectief voordeel en verspreiden beide Wolbachia en hun mitochondriën door de hele bevolking.

Sequentielezingen verkregen van Calycopis monsters onthulden niet voor de hand liggend Wolbachia-achtige sequenties. Echter, veel C. cecrops exemplaren bevatten overvloedige sequenties van bacteriën in de Lactobacillaceae-familie. Verschillende soorten in de Lactobacillaceae-familie zijn bekende darmsymbionten [30,31]. De detritus-voeding Calycopis hebben mogelijk bepaalde darmsymbionten nodig voor de spijsvertering of ontgifting. Daarom zouden nuttige darmsymbionten die van een andere soort zijn binnengekomen selectief voordeel opleveren. Veel symbionten, zoals de goed bestudeerde Wolbachia, worden via de moeder overgedragen. De introgressieve gunstige darmsymbionten zullen een sterke koppeling vertonen met de maternale overgeërfde mitochondriën, waardoor de introgressieve mitochondriën zich door de populatie kunnen verspreiden.

(d) Introgressie in nucleaire genomen van Calycopis

Met volledige genomen kunnen we zoeken naar de tekenen van introgressie tussen de soorten waarvan de sequentie is bepaald in hun nucleaire genomen. In elk van de 24 specimens (specimen NVG-1872 werd uitgesloten van deze analyse vanwege de slechte volledigheid) van C. cecrops en C. isobeon, we hebben genomische regio's gedetecteerd met een aanzienlijke waarschijnlijkheid (valse ontdekkingssnelheid ≤ 0,1, P-waarde ≤0,01 en lengte ≥500 bp) van introgressie van andere Calycopis soort. Over het algemeen is de fractie introgressieve regio's klein, minder dan 5% (tabel 1). Introgressie is meestal tussen C. cecrops en C. isobeon, vooral van het eerste naar het laatste. Gemiddeld 2,3% van elk C. cecrops genoom is van C. isobeon, terwijl 3,4% van elk C. isobeon genoom komt van C. cecrops (tafel 1). Deze getallen vertegenwoordigen waarschijnlijk ondergrenzen vanwege onze conservatieve criteria voor introgressiedetectie en hoge gelijkenis tussen genomen van de twee soorten. Vanwege deze grote overeenkomst is het onmogelijk om introgressie te vinden in genomische regio's die bijna identiek zijn (9,8%) tussen C. cecrops en C. isobeon, maar had kunnen worden uitgewisseld tussen de twee soorten.

Tabel 1. Percentages genoom die waarschijnlijk het gevolg zijn van introgressie in Calycopis genomen.


Plasmodesmata

Hoewel elke plantencel is ingekapseld in een doosachtige celwand, blijkt dat communicatie tussen cellen net zo gemakkelijk, zo niet gemakkelijker, is dan tussen dierlijke cellen. Fijne strengen van cytoplasma, genaamd plasmodesmata, strekken zich uit door poriën in de celwand die het cytoplasma van elke cel verbinden met dat van zijn buren.

Plasmodesmata bieden een gemakkelijke route voor de beweging van ionen, kleine moleculen zoals suikers en aminozuren, en zelfs macromoleculen zoals RNA en eiwitten, tussen cellen. De grotere moleculen passeren met behulp van actinefilamenten.

Plasmodesmata worden omhuld door een plasmamembraan dat eenvoudig een verlenging is van het plasmamembraan van de aangrenzende cellen. Dit roept de intrigerende vraag op of een plantenweefsel echt uit afzonderlijke cellen bestaat of in plaats daarvan een syncytium is: een enkele, meerkernige cel verdeeld over honderden kleine compartimenten!


Barcode-uitwisseling tussen aangrenzende cellen - Biologie

Matthias Falk, Ph.D.
Professor

Onderzoeksinteresse:
Cellenbiologie

Iacocca-zaal
111 Onderzoeksstation, D218
Bethlehem, PA 18015

Cellen van meercellige organismen zijn autonome eenheden, maar zijn voortdurend afhankelijk van signalen uit hun omgeving. Signalen kunnen ofwel worden overgedragen tussen cellen en het extracellulaire milieu, of rechtstreeks van cel naar cel. Informatie-uitwisseling wordt gemedieerd door membraaneiwitten die samenkomen in gelokaliseerde, ruimtelijke en temporeel georganiseerde multi-unit transmembraaneiwitcomplexen, zoals tight junctions, adhesieve junctions, desmosomen, focale adhesies, hemi-desmosomen, chemische synapsen, immunologische synapsen en gap junctions. We zijn geïnteresseerd in het begrijpen hoe dergelijke complexe signaalstructuren worden gebiosynthetiseerd, hoe ze zijn gestructureerd en hoe hun functie wordt gereguleerd.

Gap junctions zijn de enige bekende cellulaire structuren die een directe overdracht van signaalmoleculen van cel naar cel mogelijk maken door hydrofiele kanalen te vormen die de tegenoverliggende plasmamembranen van naburige cellen overbruggen. De cruciale rol van gap junction-gemedieerde intercellulaire communicatie (GJIC) voor de coördinatie van ontwikkeling, weefselfunctie en celhomeostase is nu goed gedocumenteerd en mutaties in genen die coderen voor het gap junction-kanaaleiwit kunnen leiden tot een aantal ziekten, waaronder doofheid, staar , ernstige dermatologische aandoeningen en kanker. Bovendien geven recente bevindingen aan dat GJIC ook een belangrijke rol speelt bij voorbijgaande cel-celcontacten, en dat gap junction hemi-kanalen (connexons) op zichzelf kunnen functioneren bij intra-/extracellulaire signalering.

Biosynthese van deze kanalen is een ingewikkeld, sterk gereguleerd proces. In de afgelopen tien jaar hebben we onderzocht waar en hoe de gap junction-kanaaleiwitten (connexins) worden gesynthetiseerd, hebben we de compatibiliteit van gap junction-kanaalsubeenheden opgehelderd, signalen gekarakteriseerd die subeenheidinteractie reguleren, cellulaire componenten die bij deze processen betrokken zijn bepaald, gekarakteriseerd hoe nieuw gesynthetiseerde gap junction-kanalen worden verhandeld naar het plasmamembraan, en hebben onderzocht hoe gap junctions worden geassembleerd.

Ons onderzoeksplan is gebaseerd op een geïntegreerde benadering die nieuwe beeldvormingstechnieken met hoge resolutie en levende cellen combineert met moleculaire biologie, biochemie, immunologische en functionele testen. Eiwitten worden geanalyseerd in celvrije expressiesystemen, in weefsels en vooral in gekweekte levende cellen. Vier aspecten van de structuur en functie van spleetovergangen zijn momenteel van belang: (1) De karakterisering van moleculaire signalen die de samenstelling van spleetovergangen en spleetovergangen regelen. (2) Het degradatieproces van gap junctions onderzoeken en welke rol dit proces zou kunnen spelen voor de directe verspreiding van virale pathogenen tussen cellen. (3) Om de oorzaak te onderzoeken van menselijke aandoeningen die correleren met puntmutaties in a- en b-connexines en (4) om andere cellulaire componenten en hun rol in de assemblage en functie van gap junctions te karakteriseren.

Kowal, TJ en Falk, M.M. 2015. Primaire trilharen gevonden op Hela en andere kankercellen. Celbiologie Internationaal 39:1341-1347.

Nimlamool, W., Kells Andrews, R.M. en Falk, M.M. 2015. Connexin43-fosforylering door PKC- en MAPK-signalen VEGF-gemedieerde gap junction-internalisatie. Moleculaire biologie van de cel 26:276-55-2768.

Falk, M. M. 2015. Hoofdstuk 19: Autofagie degradeert endocytose gap junctions, p. 273-286. In Autofagie: kanker, andere pathologieën, ontsteking, infectie en veroudering. Vol. 6, M.A. Hayat (red.), Academic Press, Elsevier.

Hayat, MA, ed. 2015. Autofagie: kanker, andere pathologieën, ontsteking, immuniteit, infectie en veroudering. uitgeverij Elsevier. Falk, M. M. Autofagie degradeert endocytose gap junctions

Falk, M.M., Kells, R.M., Berthoud, V.M. 2014. Afbraak van connexines en gap junctions. FEBS-brieven 588:1221-1229.

Fong, JT, Nimlamool, W., Falk, M.M. 2014. EGF induceert efficiënte Cx43 gap junction-endocytose in embryonale stamcelkolonies van muizen via fosforylering van Ser262, Ser279/282 en Ser368. FEBS-brieven 588:836-844.

Fong, JT, Kells, R.M., Falk, M.M. 2013. Twee op tyrosine gebaseerde sorteersignalen in de Cx43 C-terminus werken samen om gap junction-endocytose te mediëren. Moleculaire biologie van de cel 24:2834-2848.

Wang, S., Kowal, T.J., Marei, M.K, Falk, M.M., en Jain, H. 2013. Nanoporositeit verbetert de biologische prestaties van geconstrueerde glazen steigers aanzienlijk. Weefseltechniek Deel A 19:1632-1640.

Thévenin, A.F. Kowal, T.J., Fong, J.T., Kells, R.M., Fisher, C.G., en Falk, M.M. 2013. Eiwitten en mechanismen die de assemblage, internalisatie en degradatie van gap junction reguleren. Fysiologie 28:93-116.

Baker, S.M. en Falk, M.M. 2012. Natuurlijke ontstekingsmediatoren trombine en endotheline moduleren de intercellulaire communicatie en cel-celadhesie. eBoek. Nova Science Publishers, Inc., Hauppauge, NY, VS (ISBN: 978-1-62417-375-2).

Falk, MM, Fong, JT, Kells, RM, O'Laughlin, MC, Kowal, TJ, Thévenin, A.F. 2012. Afbraak van endocytose gap junctions door autofagosomale en endo-/lysosomale routes: een perspectief. J. lid Biol. 245:465-76.

Fong, JT, Kells, RM, Gumpert, A.M., Marzillier, JY, Davidson, MW en Falk, M.M. 2012. Geïnternaliseerde gap junctions worden afgebroken door autofagie. autofagie 8:794-811. (Geëvalueerd door &lsquoFaculteit van 1000&rsquo)

Baker, S.M., en Falk, M.M. 2012. Hoofdstuk 18: Trombine-gemedieerde regulatie van gap junction intercellulaire communicatie en cel-tot-cel adhesie, pp. 247-254. In Trombine: functie en pathofysiologie, Th. Stief (red.), Nova Science Publishers, Inc., Hauppauge, NY, VS (ISBN: 978-1-61942-087-8).

Jain, R.H., Marzillier, J.Y., Kowal, T.J., Wang, S., Jain, H., en Falk, M.M. 2011. Expressie van gemineraliseerde weefsel-geassocieerde eiwitten is sterk opgereguleerd in MC3T3-E1 osteoblasten gekweekt op een borosilicaatglassubstraat. Vooruitgang in biokeramiek en poreuze keramiek IV: Ceramic Engineering & Science Proceedings, R. Narayan & P. ​​Colombo (red.) vol. 32 (6):111-122.

Wang, S., Falk, M.M., Rashad, A., Saad, M.M., Marques, A.C., Almeida, R.M., Marei, M.K. en Jain, H. 2011. Evaluatie van 3D nano-macro poreuze bioactieve glazen steiger voor hard tissue engineering. J. Mater. Wetenschap: Mater. Med. 22:1195-1203.

Govindarajan, R., Chakraborty, S., Johnson, K.E., Falk, M.M., Wheelock, M.J., Johnson, K.R., en Mehta, P.P. 2010. Assemblage van connexine43 in gap junctions wordt differentieel gereguleerd door E-cadherine en N-cadherine in epitheelcellen van rattenlever. Mol. Biol. Cel 21:4089-4107.

Vueva, Y., Gama, A., Almeida, R., Wang S., Jain, H., en Falk, M.M. 2010. Monolithische glazen steigers met dubbele porositeit bereid door polymeer-geïnduceerde fasescheiding en sol-gel. J. Amerikaan. Keramische Soc. 93(7):1945-1949.

Falk, M. M. 2010. Aanhangende knooppunten blijven dynamisch. BMC Biologie 8:34-37.

Baker, S.M., R.W. Buckheit III, en Falk, M.M. 2010. Groen-naar-rood fotoconverteerbare fluorescerende eiwitten: het volgen van cel- en eiwitdynamiek op standaard breedveld-kwikboog-gebaseerde microscopen. BMC celbiologie11:15-24. (Geëvalueerd door &lsquoFaculteit van 1000&rsquo) (zeer toegankelijk)

Chakraborty, S., S. Mitra, M.M. Falk, S. Caplan, MJ Wheelock, K.R. Johnson en P. M. Mehta. 2010. E-cadherine reguleert differentieel de assemblage van Connexin43 en Connexin32 in gap-junctions in menselijke plaveiselcarcinoomcellen. J. Biol. Chem.285:10761-10776.

Jain, RH, Wang, S., Moawad, H., Falk, MM, Jain, H. 2010. Glasbotimplantaten: het effect van oppervlaktetopologie op hechting en proliferatie van osteoblastcellen op 45S bioactief glas. In Engineering Biomaterialen voor regeneratieve geneeskunde S. Bhatia, S. Bryant, J.A. Burdick, JM Karp, K. Walline (red.). Mater. Onderzoek Soc. Symp. Proc. Vol. 1235, Warrendale, PA, 1235-RR03-47 (6 pagina's).

Marques, A., Almaida, R., Thima, A., Falk, MM, Jain, H. 2009. Van sol-gel afgeleide glazen steiger met hoge porie-interconnectiviteit en verbeterde bioactiviteit. J. Materialen Res., 24:3495-3502.

Moawad, H.M., Wang, S., Jain, H., Falk, M.M. 2009. Effect van zink op de bioactiviteit van nano-macroporeuze natronkalkfosfofluorsilicaatglaskeramiek. Ceramic Engineering & Science Proceedings, vol. 30, uitgave 6, blz. 179-190.

Falk, M. M. S. Baker, A.M. Gumpert, D. Segretain en RW Buckheit III. 2009. Gap junction-turnover wordt bereikt door de internalisatie van kleine endocytische dubbelmembraanblaasjes. Mol. Biol. Cel 20:3342-3352. (Geëvalueerd door &lsquoFaculteit van 1000&rsquo)

Gilleron, J., C. Fiorini, D. Carette, C. Avondet, M.M. Falk, D. Segretain en G. Pointis. 2008. Moleculaire reorganisatie van Cx43-, ZO-1- en c-Src-interacties tijdens HCH-geïnduceerde internalisatie van gap junctions. J. Cel Wetenschap. 121:4069-4078.

Baker, S.M., N. Kim, D. Segretain en M.M. Falk. 2008. Acute internalisatie van gap junctions in vasculaire endotheelcellen als reactie op door ontstekingsmediator geïnduceerde G-eiwit-gekoppelde receptoractivering. FEBS Lett. 582:4039-4046 (inclusief omslag tijdschriftnummer).

Gumpert, AM, J.S. Varco, SM Baker, M. Piehl en M.M. Falk. 2008. Double-membraan gap junction internalisatie vereist de clathrine-gemedieerde endocytische machinerie. FEBS Lett. 582, 2887-2892.

Iovine, MK, A.M. Gumpert, M. M. Falk en T.C. Mendelsohn. 2008. Cx23, een connexine met slechts vier extracellulaire-luscysteïnes, vormt functionele gap junction-kanalen en hemikanalen. FEBS Lett. 582:165-170.

Gilleron, J., D., Segretain en M.M. Falk. 2007. Gap junction mensenhandel en regelgeving. Reactome: een samengestelde kennisbank van biologische routes. Cold Spring Harbor Laboratory, European Bioinformatics Institute en GO Consortium.http://www.reactome.org

Piehl, M., C. Lehmann, A. Gumpert, J.-P. Denizot, D. Segretain en M.M. Falk. 2007. Internalisatie van grote dubbelmembraan intercellulaire blaasjes door een clathrine-afhankelijk endocytisch proces. Mol. Biol. Cel 18:337-347. (Geëvalueerd door &lsquoFaculteit van 1000&rsquo)

Eastman, S.D., T.H. Chen, M.M. Falk, T.C. Mendelson en M.K. Iovine. 2006. Fylogenetische analyse van drie complete gap junction-genfamilies onthult afstammingsspecifieke duplicaties en sterk ondersteunde genklassen. Genomica. 2006 februari 87(2):265-74.

Segretain, D en M.M. Falk, 2004. Regulatie van connexine-biosynthese, assemblage, vorming van spleetovergangen en verwijdering. Biochim. Biofysica. Acta 1662, 3-21.

Lagrée, V., K. Brunschwig, P. Lopez, N.B. Gilula, G. Richard en M.M. Falk. 2003. Specifieke aminozuurresiduen in de N-terminus en TM3 betrokken bij kanaalfunctie en oligomerisatiecompatibiliteit van connexin43. J. celwetenschap 116, 3189-3201.

Falk, M.M. 2002. Genetische tags voor het labelen van levende cellen: gap junctions en daarbuiten. Trends Cell Biol. 12:399-404.

Lauf, U., BNG Giepmans, P. Lopez, S. Braconnot, S.-C. Chen en M. M. Falk. 2002. Dynamische handel en levering van connexons aan het plasmamembraan en accretie naar gap junctions in levende cellen. Proc. nat. Acad Sci. VS 99:10446-10451.
(Online films op: http://www.pnas.org/cgi/content/full/162055899/DC1)

Falk, M.M. 2001. Connexins/Connexons: celvrije expressie. Methoden Mol. Biol. 154:91-116.

Giepmans, BNG, I. Verlaan, T. Hengeveld, M.M. Falk en W.H. Molenaar. 2001. Gap junction-eiwit connexine-43 interageert direct met microtubuli. Huidige Biol. 11:1364-1368.

Lauf, U., P. Lopez en M.M. Falk. 2001. Expressie van fluorescent gelabelde connexines: een nieuwe benadering om de functie van oligomere DsRed-gelabelde eiwitten te redden. FEBS Lett. 498:11-15.

Falk, M. M. en U. Lauf. 2001. Hoge resolutie fluorescentie deconvolutie microscopie en tagging met de autofluorescentie tracers CFP, GFP en YFP om de structurele samenstelling van gap junctions in levende cellen te bestuderen. Microsc. Onderzoek techniek. 52:251-262.

Falk, M. M. 2000. Celvrije synthese voor het analyseren van de membraanintegratie, oligomerisatie en assemblagekenmerken van gap junction-connexins. Methoden: 20:165-179.

Falk, M. M. 2000. Connexine-specifieke distributie binnen gap junctions onthuld in levende cellen. J. Cel Wetenschap. 113:4109-4120.
(Online films op: http://jcs.biologists.org/cgi/content/full/113/22/4109/DC1)

Falk, M. M. 2000. Biosynthese en structurele samenstelling van intercellulaire membraankanalen van gap junction. EUR. J. Cell Biol. 79:564-574.

Falk, M.M. en N.B. Gilula. 1998. De biosynthese van connexine-membraaneiwitten wordt beïnvloed door de positionering van het polypeptide in het translocon en de toegang tot signaalpeptidase. J. Biol. Chem. 273:7856-7864.

Kahn, TW, RN. Beachy en M.M. Falk. 1997. Celvrije expressie van een GFP-fusie-eiwit maakt kwantificering mogelijk in vitro en in vivo. Huidige Biol. 7:R207-R208.

Falk, M.M., L.K. Buehler, N.M. Kumar, en N.B. Gilula. 1997. Celvrije synthese en assemblage van connexins in functionele gap Junction-membraankanalen. EMBO J. 16:2703-2716.

Falk, M.M., N.M. Kumar en N.B. Gilula. 1994. Membraan Insertie van Gap Junction Connexins: Polytopische kanaalvormende membraaneiwitten. J. Cell Biol. 127:343-355.

Sinds 5/09 Collega Professor, Departement Biologische Wetenschappen,
Lehigh University, Bethlehem, Pennsylvania, VS
8/03-5/09 Assistent professor, Departement Biologische Wetenschappen,
Lehigh University, Bethlehem, Pennsylvania, VS
2/98-8/03 Assistent professor, Afdeling Celbiologie,
Het Scripps Research Institute, La Jolla, Californië, VS
7/96-2/98 Senior onderzoeksmedewerker, Afdeling Celbiologie,
Het Scripps Research Institute, La Jolla, Californië, VS
4/92-7/96 Postdoctoraal onderzoeker, Afdeling Celbiologie,
Het Scripps Research Institute, La Jolla, Californië, VS
Sponsor: Dr. Norton B. Gilula
Projecttitel: Structuur en functie van gap junction-membraankanalen
12/91 doctoraat Verdediging, Curriculum in moleculaire biologie, celbiologie, virologie en biochemie, Universiteit van Heidelberg, Heidelberg, Duitsland
11/87-2/92 doctoraat stelling, Centrum voor Moleculaire Biologie (ZMBH),
Universiteit van Heidelberg, Heidelberg, Duitsland
Scriptieadviseur: Dr. E. Beck voorzitter: Dr. H. Schaller
Afstudeerproject: Structuur en functie van mond-en-klauwzeervirus (Picornaviridae) eiwitten
11/87 Diploma in biologie (MA), Universiteit van Giessen, Giessen, Duitsland
10/86-11/87 Thesis, Afdeling menselijke virologie,
Universiteit van Giessen, Giessen, Duitsland
Scriptieadviseur: Dr. H. Niemann, voorzitter: Dr. H. Bauer
Afstudeerproject: Karakterisering van Golgi-retentiesignalen in het E1 transmembraan glycoproteïne van MHV (Coronaviridae)
5/84 Vor-Diplom in Biologie (BA), Universiteit van Giessen, Giessen, Duitsland
10/82-10/86 Biologie gestudeerd aan de Universiteit van Giessen, Giessen, Duitsland

BioS 368 (Cell Biology lab) syllabus najaar 2005

Flash-filmpje van microscopiebeelden van de leerlingen in de BioS 368-klas

BioS 368 (Cell Biology lab) syllabus najaar 2014

BioS 421 (Molecular Cell Biology I) syllabus voorjaar 2015

BioS 41 (Core I: Cell & Molecular) syllabus voorjaar 2010

Faculteitsforumgesprek, oktober 2011

Klik op de afbeelding hieronder om het document op volledige grootte te zien


Leden van het Falk Lab waren in 2014 gastheer van congreslid Charlie Dent.


Matthias Falk, Ph.D.
Hoofdonderzoeker
E-mail


Rachel Andrews
doctoraat Kandidaat
E-mail


Charles Fisher
doctoraat Kandidaat
E-mail


Tia Kowal
doctoraat Kandidaat
E-mail

  • Dr. Falk houdt een van zijn promovendi, Dr. Rachael Kells-Andrews, tegen
  • Rachel Margraf Rachel is een undergraduate onderzoeker in het Falk Lab. Ze is een Eckhardt Scholar en ontving in 2015-2016 de Langer-Simon Award.
  • Rachel Margraf Rachel is een undergraduate onderzoeker in het Falk Lab. Ze is een Eckhardt Scholar en ontving in 2015-2016 de Langer-Simon Award.
  • Rachel Margraf Rachel is een undergraduate onderzoeker in het Falk Lab. Ze is een Eckhardt Scholar en ontving in 2015-2016 de Langer-Simon Award.
  • Rachel Margraf Rachel is een undergraduate onderzoeker in het Falk Lab. Ze is een Eckhardt Scholar en ontving in 2015-2016 de Langer-Simon Award.
  • Dr. Falk bezoekt Penn State University (Lehigh Valley) in november 2015
  • Dr. Falk bezoekt Penn State University (Lehigh Valley) in november 2015

Deze jQuery-slider is gemaakt met de gratis EasyRotator-software van DWUser.com.

WordPress gebruiken? Met de gratis plug-in EasyRotator voor WordPress kunt u in enkele seconden prachtige WordPress-schuifregelaars maken.

Dr. Falk geeft een uitgenodigde lezing aan de Penn State University (Lehigh Valley) in november 2015


Referenties

Hebert PDN, Cywinska A, Ball SL, DeWaard JR: Biologische identificatie door middel van DNA-barcodes. Proceedings van de Royal Society of London Series B-Biological Sciences. 2003, 270: 313-321. 10.1098/rspb.2002.2218.

Frezal L, Leblois R: Vier jaar DNA-barcodering: huidige vooruitgang en vooruitzichten. Infectiegenetica en evolutie. 2008, 8: 727-736. 10.1016/j.meegid.2008.05.05.

Kerr KCR, Stoeckle MY, Dove CJ, Weigt LA, Francis CM, Hebert PDN: Uitgebreide DNA-barcodering van Noord-Amerikaanse vogels. Moleculaire Ecologie Notities. 2007, 7: 535-543. 10.1111/j.1471-8286.2007.01670.x.

Vilaça ST, Lacerda DR, Sari EHR, Santos FR: DNA-gebaseerde identificatie toegepast op Thamnophilidae (Passeriformes) soorten: de eerste barcodes van neotropische vogels. Revista Brasileira de Ornitologia. 2006, 14: 7-13.

Chaves AV, Clozato CL, Lacerda DR, Sari EHR, Santos FR: Moleculaire taxonomie van Braziliaanse tiran-vliegenvangers (Passeriformes: Tyrannidae). Hulpbronnen voor moleculaire ecologie. 2008, 8: 1169-1177. 10.1111/j.1755-0998.2008.02218.x.

Kerr KCR, Lijtmaer DA, Barreira AS, Hebert PDN, Tubaro PL: Evolutiepatronen in neotropische vogels onderzoeken door middel van DNA-barcodes. PLoS Een. 2009, 4: 6-10.1371/journal.pone.0004379.

Yoo HS, Eah JY, Kim JS, Kim YJ, Min MS, Paek WK, Lee H, Kim CB: DNA-barcodering van Koreaanse vogels. Moleculen en cellen. 2006, 22: 323-327.

Watson DM: diagnosticeerbaar versus onderscheiden: evaluatie van soortlimieten bij vogels. Biowetenschap. 2005, 55: 60-68. 10.1641/0006-3568(2005)055[0060:DVDESL]2.0.CO2.

Elias-Gutierrez M, Valdez-Moreno M: Een nu cryptische soort van Leberis Smirnov, 1989 (Crustacea, Cladocera, Chydoridae) uit de Mexicaanse semi-woestijnregio, gemarkeerd door DNA-barcodering. Hydrobiologische. 2008, 18: 63-74.

Gibbs J: Integratieve taxonomie identificeert nieuwe (en oude) soorten in de Lasioglossum (Dialictus) tegulare (Robertson) soortgroep (Hymenoptera, Halictidae). Zootaxa. 2009, 1-38.

Yassin A: Moleculaire en morfometrische herziening van de subgroep Zaprionus tuberculatus (Diptera: Drosophilidae), met beschrijvingen van twee cryptische soorten. Annalen van de Entomologische Vereniging van Amerika. 2008, 101: 978-988. 10.1603/0013-8746-101.6.978.

Toews DPL, Irwin DE: Cryptische soortvorming in een Holarctic zangvogel onthuld door genetische en bio-akoestische analyses. Moleculaire Ecologie. 2008, 17: 2691-2705. 10.1111/j.1365-294X.2008.03769.x.

Areta JI, Pearman M: Natuurlijke historie, morfologie, evolutie en taxonomische status van de aardkruiper Upucerthia saturatior (Furnariidae) uit de Patagonische bossen van Zuid-Amerika. Condor. 2009, 111: 135-149. 10.1525/voorwaarde 2009.080009.

Barker FK, Vandergon AJ, Lanyon SM: Beoordeling van soortenlimieten bij weideleeuweriken met gele borst (Sturnella spp.) Met behulp van mitochondriale en geslachtsgebonden markers. Alk. 2008, 125: 869-879. 10.1525/auk.2008.07148.

Newton I: de soortvorming en biogeografie van vogels. 2000, New York: Academische pers

Knox AG, Collinson M, Helbig AJ, Parkin DT, Sangster G: Taxonomische aanbevelingen voor Britse vogels. Ibis. 2002, 144: 707-710. 10.1046/j.1474-919X.2002.00110.x.

Li W, Zhang Y-y: subspecifieke taxonomie van Ficedula parva op basis van sequenties van mitochondriaal cytochroom b-gen. Zoölogisch onderzoek. 2004, 25: 127-131.

Illera JC, Richardson DS, Helm B, Atienza JC, Emerson BC: Fylogenetische relaties, biogeografie en soortvorming in het vogelgeslacht Saxicola. Moleculaire fylogenetica en evolutie. 2008, 48: 1145-1154. 10.1016/j.ympev.2008.05.016.

Zink RM, Rohwer S, Andreev AV, Dittmann DL: Trans-Beringia-vergelijkingen van mitochondriale DNA-differentiatie bij vogels. Condor. 1995, 97: 639-649. 10.2307/1369173.

Zink RM, Rohwer S, Drovetski S, Blackwell-Rago RC, Farrell SL: Holarctische fylogeografie en soortgrenzen van Three-toed Woodpeckers. Condor. 2002, 104: 167-170. 10.1650/0010-5422(2002)104[0167:HPASLO]2.0.CO2.

Friesen VL, Piatt JF, Baker AJ: Bewijs van cytochroom b-sequenties en allozymen voor een 'nieuwe' soort alcid: de langsnavelige Murrelet (Brachyramphus perdix). Condor. 1996, 98: 681-690. 10.2307/1369851.

Drovetski SV, Zink RM, Rohwer S, Fadeev IV, Nesterov EV, Karagodin I, Koblik EA, Red'kin YA: Complexe biogeografische geschiedenis van een Holarctic zangvogel. Proceedings van de Royal Society of London Series B-Biological Sciences. 2004, 271: 545-551. 10.1098/rspb.2003.2638.

Pavlova A, Zink RM, Drovetski SV, Red'kin Y, Rohwer S: fylogeografische patronen in Motacilla flava en Motacilla citreola: soortenlimieten en populatiegeschiedenis. Alk. 2003, 120: 744-758. 10.1642/0004-8038(2003)120[0744:PPIMFA]2.0.CO2.

Pavlova A, Zink RM, Drovetski SV, Rohwer S: Pleistocene evolutie van nauw verwante oeverzwaluwen Riparia riparia en R-diluta. Moleculaire fylogenetica en evolutie. 2008, 48: 61-73. 10.1016/j.ympev.2008.03.030.

Zink RM, Pavlova A, Drovetski S, Rohwer S: Mitochondriale fylogeografieën van vijf wijdverbreide Euraziatische vogelsoorten. Tijdschrift voor ornithologie. 2008, 149: 399-413. 10.1007/s10336-008-0276-z.

Zink RM, Drovetski SV, Rohwer S: Selectieve neutraliteit van mitochondriale ND2-sequenties, fylogeografie en soortgrenzen in Sitta europaea. Moleculaire fylogenetica en evolutie. 2006, 40: 679-686. 10.1016/j.ympev.2005.11.002.

Drovetski SV, Zink RM, Fadeev IV, Nesterov EV, Koblik EA, Red'kin YA, Rohwer S: Mitochondriale fylogenie van Locustella en verwante geslachten. Tijdschrift voor aviaire biologie. 2004, 35: 105-110. 10.1111/j.0908-8857.2004.03217.x.

Pavlova A, Rohwer S, Drovetski SV, Zink RM: verschillende post-pleistocene geschiedenissen van Euraziatische pariden. Tijdschrift voor erfelijkheid. 2006, 97: 389-402. 10.1093/jhered/esl011.

Johnsen A, Rindal E, Ericson PGP, Zuccon D, Kerr KCR, Stoeckle MY, Lifjeld JT: DNA-barcodering van Scandinavische vogels onthult uiteenlopende lijnen in trans-Atlantische soorten. Tijdschrift voor ornithologie. 2010,

Voelker G, Rohwer S, Outlaw DC, Bowie RCK: Herhaalde trans-Atlantische verspreiding katalyseerde een wereldwijde zangvogelstraling. Wereldwijde ecologie en biogeografie. 2009, 18: 41-49. 10.1111/j.1466-8238.2008.00423.x.

Reeves AB, Drovetski SV, Fadeev IV: Mitochondriale DNA-gegevens impliceren een opstapkolonisatie van Beringia door arctische grasmus Phylloscopus borealis. Tijdschrift voor aviaire biologie. 2008, 39: 567-575. 10.1111/j.0908-8857.2008.04421.x.

Ferri E, Barbuto M, Bain O, Galimberti A, Uni S, Guerrero R, Ferte H, Bandi C, Martin C, Casiraghi M: Geïntegreerde taxonomie: traditionele benadering en DNA-barcodering voor de identificatie van filaroïde wormen en verwante parasieten (Nematoda) . Grenzen in de zoölogie. 2009, 6: 1-10.1186/1742-9994-6-1.

Barrett RDH, Hebert PDN: spinnen identificeren door middel van DNA-barcodes. Canadian Journal of Zoology. 2005, 83: 481-491. 10.1139/z05-024.

Hebert PDN, Stoeckle MY, Zemlak TS, Francis CM: Identificatie van vogels door middel van DNA-barcodes. Plos Biologie. 2004, 2: 1657-1663. 10.1371/journal.pbio.0020312.

Baker AJ, Tavares ES, Elbourne RF: kritiek op enkele mitochondriale DNA-genbarcodering bij vogels tegengaan. Hulpbronnen voor moleculaire ecologie. 2009, 9: 257-267. 10.1111/j.1755-0998.2009.02650.x.

Wiemers M, Fiedler K: Bestaat de DNA-barcoderingskloof? - een case study bij blauwe vlinders (Lepidoptera: Lycaenidae). Grenzen in de zoölogie. 2007, 4: 8-10.1186/1742-9994-4-8.

Moritz C, Cicero C: DNA-barcodering: belofte en valkuilen. Plos Biologie. 2004, 2: 1529-1531. 10.1371/journal.pbio.0020354.

Zhang AB, Sikes DS, Muster C, Li SQ: Het afleiden van soortlidmaatschap met behulp van DNA-sequenties met neurale netwerken voor back-propagatie. Systematische biologie. 2008, 57: 202-215. 10.1080/10635150802032982.

Abdo Z, Golding GB: een stap in de richting van het leven met streepjescodes: een op modellen gebaseerde, beslissingstheoretische methode om genen toe te wijzen aan reeds bestaande soortengroepen. Systematische biologie. 2007, 56: 44-56. 10.1080/10635150601167005.

Matz MV, Nielsen R: een waarschijnlijkheidsverhoudingstest voor het lidmaatschap van soorten op basis van DNA-sequentiegegevens. Filosofische transacties van de Royal Society B-Biologische Wetenschappen. 2005, 360: 1969-1974. 10.1098/rstb.2005.1728.

DeSalle R: Soortontdekking versus soortidentificatie bij inspanningen voor DNA-barcodering: reactie op Rubinoff. Conserveringsbiologie. 2006, 20: 1545-1547. 10.1111/j.1523-1739.2006.00543.x.

Rach J, DeSalle R, Sarkar IN, Schierwater B, Hadrys H: Op karakters gebaseerde DNA-barcodering maakt discriminatie van geslachten, soorten en populaties in Odonata mogelijk. Proceedings van de Royal Society B-Biologische Wetenschappen. 2008, 275: 237-247. 10.1098/rspb.2007.1290.

Clements JF: De Clements checklist van de vogels van de wereld. 2007, New York: Cornell University Press, 6

Haring E, Gamauf A, Kryukov A: Fylogeografische patronen bij wijdverbreide corvid-vogels. Moleculaire fylogenetica en evolutie. 2007, 45: 840-862.

Kumar S, Tamura K, Nei M: MEGA3: Geïntegreerde software voor moleculaire evolutionaire genetica-analyse en sequentie-uitlijning. Briefings in bio-informatica. 2004, 5: 150-163. 10.1093/slab/5.2.150.

Felsenstein J: Vertrouwenslimieten op fylogenieën - een benadering met behulp van de bootstrap. Evolutie. 1985, 39: 783-791. 10.2307/2408678.

Floyd R, Abebe E, Papert A, Blaxter M: Moleculaire barcodes voor identificatie van bodemaaltjes. Moleculaire Ecologie. 2002, 11: 839-850. 10.1046/j.1365-294X.2002.01485.x.

Sarkar IN, Planet PJ, Desalle R: CAOS-software voor gebruik in op tekens gebaseerde DNA-barcodering. Hulpbronnen voor moleculaire ecologie. 2008, 8: 1256-1259. 10.1111/j.1755-0998.2008.02235.x.

Swofford DL: PAUP*: Fylogenetische analyse met gebruikmaking van spaarzaamheid (*en andere methoden). Versie 4 editie. 2002, Sunderland, Massachusetts: Sinauer Associates

Maddison WP, Maddison DR: Mesquite: een modulair systeem voor evolutionaire analyse. 2009, [http://mesquiteproject.org]2.6

Takezaki N, Rzhetsky A, Nei M: Fylogenetische test van de moleculaire klok en gelineariseerde bomen. Moleculaire biologie en evolutie. 1995, 12: 823-833.

Bazin E, Glemin S, Galtier N: De populatiegrootte heeft geen invloed op de mitochondriale genetische diversiteit bij dieren. Wetenschap. 2006, 312: 570-572. 10.1126/wetenschap.1122033.

Nabholz B, Glemin S, Galtier N: De grillige mitochondriale klok: variaties in de mutatiesnelheid, niet de populatiegrootte, beïnvloeden de mtDNA-diversiteit bij vogels en zoogdieren. Bmc Evolutionaire Biologie. 2009, 9: 54-10.1186/1471-2148-9-54.

Nabholz B, Mauffrey JF, Bazin E, Galtier N, Glemin S: Bepaling van mitochondriale genetische diversiteit bij zoogdieren. Genetica. 2008, 178: 351-361. 10.1534/genetica.107.073346.

Weir JT, Schluter D: Kalibreren van de moleculaire klok van vogels. Moleculaire Ecologie. 2008, 17: 2321-2328. 10.1111/j.1365-294X.2008.03742.x.

Mila B, McCormack JE, Castaneda G, Wayne RK, Smith TB: Recente postglaciale uitbreiding van het bereik stimuleert de snelle diversificatie van een zangvogellijn in het geslacht Junco. Proceedings van de Royal Society B-Biologische Wetenschappen. 2007, 274: 2653-2660. 10.1098/rspb.2007.0852.

Mila B, Smith TB, Wayne RK: Soortvorming en snelle fenotypische differentiatie in het geelstuitzanger Dendroica coronata-complex. Moleculaire Ecologie. 2007, 16: 159-173. 10.1111/j.1365-294X.2006.03119.x.

Joseph L, Omland KE: Fylogeografie: de ontwikkeling en impact ervan in de ornithologie van Australo-Papoea met speciale aandacht voor parafylie bij Australische vogels. Emoe. 2009, 109: 1-23. 10.1071/MU08024.

Marthinsen G, Wennerberg L, Lifjeld JT: Weinig ondersteuning voor afzonderlijke soorten binnen het barmsijscomplex (Carduelis flammea-hornemanni-cabaret) uit analyses van mtDNA en microsatellietmarkers. Moleculaire fylogenetica en evolutie. 2008, 47: 1005-1017. 10.1016/j.ympev.2008.03.027.

Sorenson MD, Payne RB: een moleculair genetische analyse van koekoeksfylogenie. Vogelfamilies van de wereld: koekoeken. Bewerkt door: Payne RB. 2005, New York: Oxford University Press, 68-94.

Payne RB: Vogelfamilies van de wereld: Koekoeken. 2005, New York: Oxford University Press

Irwin DE, Rubstov AS, Panov EV: Mitochondriale introgressie en vervanging tussen yellowhammers (Emberiza citrinella) en dennengorzen (E. leucocephalos Aves, Passeriformes). Biologisch tijdschrift van de Linnean Society. 2009, 98: 422-438. 10.1111/j.1095-8312.2009.01282.x.

Haak PA, Desmarais E: Langzame evolutie in het mitochondriale controlegebied van meeuwen (Aves: Laridae). Moleculaire biologie en evolutie. 2000, 17: 1797-1806.

Liebers D, de Knijff P, Helbig AJ: Het zilvermeeuwcomplex is geen ringsoort. Proceedings van de Royal Society of London Series B-Biological Sciences. 2004, 271: 893-901. 10.1098/rspb.2004.2679.

Hewitt G: De genetische erfenis van de Kwartaire ijstijden. Natuur. 2000, 405: 907-913. 10.1038/35016000.

Zink RM, Drovetski SV, Rohwer S: Fylogeografische patronen in de grote bonte specht Dendrocopos major in Eurazië. Tijdschrift voor aviaire biologie. 2002, 33: 175-178. 10.1034/j.1600-048X.2002.330208.x.

Aliabadian M, Roselaar CS, Nijman V, Sluys R, Vences M: Identificatie van contactzone-hotspots van zangvogels in de Palaearctische regio. Biologische brieven. 2005, 1:21-23. 10.1098/rsbl.2004.0258.

Banks RC, Cicero C, Dunn JL, Kratter AW, Ouellet H, Rasmussen PC, Remsen JV, Rising JA, Stotz DF: Tweeënveertigste aanvulling op de American Ornithologists' Union checklist van Noord-Amerikaanse vogels. Alk. 2000, 117: 847-858. 10.1642/0004-8038(2000)117[0847:FSSTTA]2.0.CO2.

Zink RM, Pavlova A, Rohwer S, Drovetski SV: Boerenzwaluwen voor schuren: bevolkingsgeschiedenissen en intercontinentale kolonisatie. Proceedings van de Royal Society B-Biologische Wetenschappen. 2006, 273: 1245-1251. 10.1098/rspb.2005.3414.

Moritz C, Hoskin CJ, MacKenzie JB, Phillips BL, Tonione M, Silva N, VanDerWal J, Williams SE, Graham CH: identificatie en dynamiek van een cryptische hechtdraadzone in tropisch regenwoud. Proceedings van de Royal Society B-Biologische Wetenschappen. 2009, 276: 1235-1244. 10.1098/rspb.2008.1622.

Irwin DE, Rubstov AS, Panov EV: Mitochondriale introgressie en vervanging tussen yellowhammers (Emberiza citrinella) en dennengorzen (E. leucocephalos Aves, Passeriformes). Biologisch tijdschrift van de Linnean Society. 2009, 92: 422-438. 10.1111/j.1095-8312.2009.01282.x.

Hickerson MJ, Meyer CP, Moritz C: DNA-barcodering zal vaak geen nieuwe diersoorten ontdekken over een brede parameterruimte. Systematische biologie. 2006, 55: 729-739. 10.1080/10635150600969898.

Meyer CP, Paulay G: DNA-barcodering: foutpercentages op basis van uitgebreide steekproeven. Plos Biologie. 2005, 3: 2229-2238.

Ratnasingham S, Hebert PDN: BOLD: The Barcode of Life Data System. Moleculaire Ecologie Notities. 2007, 7: 355-364. 10.1111/j.1471-8286.2007.01678.x. [http://www.barcodinglife.org]

Holmes S: Bootstrapping fylogenetische bomen: theorie en methoden. Statistische Wetenschap. 2003, 18: 241-255. 10.1214/ss/1063994979.

Rodrigo AG: Kalibreren van de bootstrap-test van monofylie. Internationaal tijdschrift voor parasitologie. 1993, 23: 507-514. 10.1016/0020-7519(93)90040-6.

Rosenberg NA: Statistische tests voor taxonomisch onderscheidend vermogen van observaties van monofylie. Evolutie. 2007, 61: 317-323. 10.1111/j.1558-5646.2007.00023.x.

Munch K, Boomsma W, Willerslev E, Nielsen R: Snelle fylogenetische DNA-barcodering. Filosofische transacties van de Royal Society B-Biologische Wetenschappen. 2008, 363: 3997-4002. 10.1098/rstb.2008.0169.

Kelly RP, Sarkar IN, Eernisse DJ, Desalle R: DNA-barcodering met chitons (genus Mopalia). Moleculaire Ecologie Notities. 2007, 7: 177-183. 10.1111/j.1471-8286.2006.01641.x.

Wong EHK, Shivji MS, Hanner RH: Identificatie van haaien met DNA-barcodes: beoordeling van het nut van een diagnostische aanpak voor nucleotiden. Hulpbronnen voor moleculaire ecologie. 2009, 9: 243-256. 10.1111/j.1755-0998.2009.02653.x.

Efe MA, Tavares ES, Baker AJ, Bonatto SL: Multigene fylogenie en DNA-barcodering geven aan dat het Grote sterncomplex (Thalasseus sandvicensis, Laridae, Sternini) twee soorten omvat. Moleculaire fylogenetica en evolutie. 2009, 52: 263-267. 10.1016/j.ympev.2009.03.030.

Koopman NE, McDonald DB, Hayward GD, Eldegard K, Sonerud GA, Sermach SG: Genetische overeenkomst tussen Euraziatische ondersoorten van boreale uilen Aegolius funereus. Tijdschrift voor aviaire biologie. 2005, 36: 179-183. 10.1111/j.0908-8857.2005.03509.x.

Zink RM, Pavlova A, Drovetski S, Wink M, Rohwer S: taxonomische status en evolutionaire geschiedenis van het Saxicola torquata-complex. Moleculaire fylogenetica en evolutie. 2009, 52: 769-773. 10.1016/j.ympev.2009.05.016.

Irwin DE, Bensch S, Prijs TD: Soortvorming in een ring. Natuur. 2001, 409: 333-337. 10.1038/35053059.

Packert M, Martens J, Severinghaus LL: De Taiwan Firecrest (Regulus goodfellowi) behoort tot de Goldcrest-assemblage (Regulus regulus s. l.): bewijs van mitochondriaal DNA en het territoriale lied van de Regulidae. Tijdschrift voor ornithologie. 2009, 150: 205-220. 10.1007/s10336-008-0335-5.

Kvist L, Martens J, Higuchi H, Nazarenko AA, Valchuk OP, Orell M: Evolutie en genetische structuur van het koolmeescomplex (Parus major). Proceedings van de Royal Society of London Series B-Biological Sciences. 2003, 270: 1447-1454. 10.1098/rspb.2002.2321.

Akimova A, Haring E, Kryukov S, Kryukov A: Eerste inzichten in een op DNA-sequentie gebaseerde fylogenie van de Euraziatische Jay Garrulus glandarius. Russisch tijdschrift voor ornithologie. 2007, 16: 567-575.


6 SAMENVATTING EN VOORUITZICHTEN

DNA-nanotechnologie heeft de kwantitatieve organisatie van de organische kleurstof met bijna atomaire precisie mogelijk gemaakt, en DNA-nanostructuren zijn een van de meest gebruikte platforms geworden om fluorescerende streepjescodes te construeren. Vergeleken met conventionele labels hebben op DNA-nanostructuur gebaseerde fluorescentiebarcodes veel voordelen: (a) de grootte van de DNA-barcodes (< 800 nm) is kleiner dan de bestaande geometrie-gecodeerde fluorescerende streepjescodes (bereik 1-100 m). De afmetingen van de submicrometer maken ze potentieel bruikbaar als in-situ beeldvormingsprobes met één molecuul. (b) In vergelijking met andere fluorescerende streepjescodes, elimineerde de synthese en zuivering van de DNA-streepjescodes met nanostructuur de vereiste van enzymatische reactie, genomische engineering, fotolithografie, elektrochemisch etsen of microfluïdische apparaten, en is het gemakkelijk uit te voeren in een typisch biochemisch laboratorium. (c) De robuustheid en programmeerbaarheid van de strategie op basis van DNA-origami maakt een hoog multiplexvermogen mogelijk. (d) Barcoderingssysteem met DNA-nanostructuur verwerkt uitstekende biocompatibiliteit, waardoor de streepjescodes specifieke biologische monsters kunnen labelen en dienen als gemultiplexte in-situ celbeeldvormingssonde. [ 97, 98 ]

Er zijn nog steeds enkele uitdagingen om het volledige potentieel van de op DNA-nanostructuur gebaseerde fluorescerende streepjescodes te realiseren. Ten eerste, omdat DNA-nanostructuren worden gebouwd onder begeleiding van Watson-Crick-basenparingsregels, kan een kleine wijziging in de omgevingsomgeving resulteren in de demontage van DNA-nanostructuren. Daarom zijn chemische beschermingen nodig om de zelf-geassembleerde DNA-nanostructuren te beschermen tegen degradatie tijdens de in vivo toepassingen. Onlangs zijn bepaalde fotoactieve of door licht geactiveerde verknopingsstrategieën gebruikt om het DNA covalent te verknopen. [ 99, 100 ] Ten tweede kan de drukte van meerdere streepjescodes een individuele streepjescode onoplosbaar maken. Hoewel sommige streepjescodes mogelijk geschikt zijn voor in-situ etikettering van meerdere celtypes (elk met verschillende biomarkers op het oppervlak), is het over het algemeen te omvangrijk om veel subcellulaire identiteiten in een enkele cel te detecteren. Deze uitdaging kan worden aangepakt door nieuwe fluorescerende streepjescodes te ontwerpen met kleinere afmetingen en stabiele structuren.

Kortom, DNA-nanostructuren hebben buitengewone voordelen bij het construeren van fluorescerende streepjescodes met een structuurnauwkeurigheid op bijna atomaire schaal, aanpasbare maten en vormen, en kwantitatieve kleuren en intensiteit, en zullen naar verwachting de snelle ontwikkeling van bio-imaging, multiplex bioassay en informatiebeveiliging bevorderen.


Brian Echtgenoot

Mijn interesse in de biologie en evolutie van plantenpopulaties ontwikkelde zich al vroeg in mijn leven door vele uren wandelen en werken in de Rocky Mountains van Canada. Dit leidde tot een M.Sc. diploma waarin ik de biologie van ondergedompelde waterplanten heb onderzocht en mijn interesse heb gericht op de ecologie van kleine, geïsoleerde plantenpopulaties. Voor mijn doctoraat heb ik mijn focus verlegd naar de genetische en evolutionaire aspecten van kleine populaties in een project over genetische drift en paringssysteemvariatie in een Zuid-Amerikaanse waterplant. Als postdoctoraal onderzoeker zette ik deze studie voort, deze keer bestudeerde ik inteelt en de negatieve gevolgen ervan. Sinds mijn komst naar de Universiteit van Guelph, zijn mijn onderzoeksinteresses gediversifieerd:

  1. de ecologie en genetica van kleine populaties,
  2. oorzaken en gevolgen van genoomduplicatie,
  3. functie en evolutie van de voortplantingssystemen van planten en
  4. ecologische gevolgen van genetische diversiteit.

Ik ben momenteel lid van de Canadian Society of Ecology and Evolution, Society for the Study of Evolution, American Association for Higher Education en Botanical Society of America. Ik ben een Associate Editor voor de Proceedings van de Royal Society, B, en lid van de National Recovery Teams voor Red Mulberry en American Chestnut.

  • B.Sc. - Universiteit van Alberta
  • MSc - Universiteit van Alberta
  • doctoraat - Universiteit van Toronto

Mijn onderzoek en dat van mijn labgroep is gericht op de ecologie en genetica van plantenpopulaties. We bestuderen de mechanismen die genetische diversiteit en fenotypische evolutie in planten reguleren, en omgekeerd hoe evolutionaire processen (drift, gene flow, adaptatie, genetische diversiteit) de ecologische functie van populaties beïnvloeden (reproductie, groei, persistentie, uitsterven). Om deze relaties te begrijpen, richten we ons voornamelijk op plantgenetische systemen, die reproductieve eigenschappen die mutatie, gametenvorming, bestuiving, bevruchting en organisatie van genetische diversiteit in populaties bepalen.

Momenteel is mijn lab betrokken bij vier gerelateerde onderzoeksgebieden:

I. Ecologie en genetica van kleine populaties

Alle populaties bevatten een eindig aantal individuen, met name die populaties in beperkte of marginale habitats of verstoorde of gefragmenteerde landschappen. Dit kan een diepgaand effect hebben op paringspatronen, genetische diversiteit en ecologie, met belangrijke implicaties voor het behoud en het evolutieproces. We hebben deze problemen onderzocht door middel van studies over bedreigde soorten, effectieve populatiegrootte, metapopulatiedynamiek, de effecten van drift op de evolutie van het paarsysteem, inteeltdepressie en de mechanismen waarmee hybridisatie de uitroeiing van zeldzame soorten veroorzaakt.

II. Evolutionaire betekenis van genoomduplicatie.

Genoomduplicatie boven de diploïde toestand (ook bekend als polyploïdie) is wijdverbreid onder planten en dieren en komt vooral veel voor bij bloeiende planten en varens. De prevalentie ervan in planten (en afwezigheid bij veel dieren) heeft biologen lange tijd in verwarring gebracht en recente wiskundige modellen beweren nog steeds dat polyploïdie zelden zou moeten evolueren in seksuele organismen met niet-overlappende generaties. Ons onderzoek maakt gebruik van plantensoorten met natuurlijke variatie in ploïdie (kampioen, Galax, Malus) en mutagenen die genoomduplicatie induceren om twee belangrijke hypothesen te onderzoeken: 1) genoomduplicatie heeft een onevenredig grote invloed op de mate van soortendiversificatie 2) het verbetert het adaptieve potentieel en dus de persistentie van afstammelingen die het dragen.

III. Functie en evolutie van reproductieve systemen van planten.

Planten vertonen een verbijsterende reeks kweeksystemen, weerspiegeld door variatie in geslacht, bloemvorm en weergave, mechanismen van stuifmeeloverdracht en routes van bevruchting en zaadrijping. Het is belangrijk om rekening te houden met deze seksuele diversiteit vanwege het belang ervan voor de persistentie van de populatie, reproductieve isolatie en de organisatie van genetische diversiteit binnen en tussen populaties. Het biedt ook een nuttig brandpunt voor het bestuderen van de mechanismen van micro-evolutie, zoals genenstroom, genetische drift en selectie. Ons onderzoek richt zich momenteel op twee aspecten van plantenreproductie: de evolutie van zelfbevruchting versus kruisbestuiving (paarsysteem), en de adaptieve betekenis van dichogamie (tijdelijke scheiding van mannelijke en vrouwelijke functie). In beide gevallen gebruiken we vergelijkende analyses, manipulatieve experimenten en multi-generationele selectiestudies om de evolutie van deze eigenschappen te begrijpen.

NS. Ecologische effecten van hybridisatie en gene flow.

Het belang van genetische diversiteit (mutatie, gene flow, drift, erfelijkheid) voor adaptieve evolutie wordt algemeen erkend, maar het is minder duidelijk of en hoe dit de ecologische functie en levensvatbaarheid van populaties beïnvloedt. Het begrijpen van de ecologische gevolgen van genetische diversiteit heeft ook implicaties voor conserverings- en herstelpraktijken. Met behulp van een combinatie van genetische markers en manipulatieve studies, heeft ons onderzoek naar hybridisatie tussen Amerikaanse en Euraziatische kastanje (Castanea), Aziatische en inheemse moerbei (Morus) en binnenlandse en inheemse appels (Malus) heeft ons in staat gesteld om de omstandigheden te onderzoeken die de uitwisseling van genen tussen soorten bevorderen en de effecten op de zaadproductie en vestiging. Daarnaast worden vaderschapsanalyse, flowcytometrie en experimentele kruisingen gebruikt om paringspatronen en de effecten van partnerdiversiteit op reproductief succes bij gedomesticeerde en inheemse soorten te onderzoeken.

V. Ontwikkeling en toepassingen van barcodes voor planten

We maken deel uit van een nationaal samenwerkingsverband (bestaande uit 4 labs) om barcodetools voor planten te ontwikkelen. De groep heeft een van de meest uitgebreide evaluaties van potentiële streepjescoderegio's gepubliceerd en heeft (samen met 3 andere internationale groepen) een belangrijke rol gespeeld bij het faciliteren van een internationale overeenkomst over een standaard streepjescodegebied voor landplanten. Even belangrijk is dat we de toepassingen van deze tool bevorderen en onderzoeken voor studies in ecologie (ondergrondse gemeenschapsstructuur en -functie) en evolutionaire biologie (fylogeografie).

Ecologie en genetica van kleine populaties

  • Van Drunen, S.G., K. Schutten, C. Bowen, G.J. Boland en B.C. Echtgenoot. 2017. Bevolkingsdynamiek en de invloed van bacterievuur op Amerikaanse kastanje aan de noordelijke grens: lessen voor natuurbehoud. Bosecologie en -beheer 400:375-383.
  • McCracken, A., JD Bainard, MC Miller en B. C. Echtgenoot. 2013. Introductietrajecten van de invasieve waterplant Cabomba Carolina. Ecologie & Evolution 3:1427-1439 doi: 10.1002/ece3.530
  • Campbell, L.G. en B.C. Echtgenoot. 2007. Voortplantingsgevolgen van populatiegrootte in zelf-incompatibele plant, Hymenoxys herbacea (Asteraceae). Nieuwe fytoloog 174:915-925.

Genoomduplicatie

  • Kolář, F., M. Čertner, J. Suda, P. Schönswetter en B.C. Echtgenoot. 2017. Mixed-ploidy species: vooruitgang en kansen in polyploïd onderzoek”. Trends in plantenwetenschap 22: 1041-1055.
  • Kreiner, J.M., P. Kron en B.C. Echtgenoot. 2017. Evolutionaire dynamiek van niet-gereduceerde gameten. Trends in genetica. doi.org/10.1016/j.tig2017.06.009
  • Kreiner, J., P. Kron en B.C. Echtgenoot. 2017. Frequentie en onderhoud van niet-gereduceerde gameten in natuurlijke plantenpopulaties: associaties met reproductieve modus, levensgeschiedenis en genoomgrootte. Nieuwe fytoloog (geaccepteerd op 3 december 2016).
  • Echtgenoot, B.C., S.J. Baldwin en HA. Sabara. 2016. Directe vs. indirecte effecten van duplicatie van het hele genoom op prezygote isolatie in Chamerion angustifolium: Gevolgen voor snelle soortvorming. American Journal of Botany 103:1259-1271 [speciale uitgave].
  • Echtgenoot, B. C. 2016. Effect van inteelt op de groei van de pollenbuis in diploïde en tetraploïde Chamerion angustifolium: maskeren polyploïden de mutatiebelasting in stuifmeel. American Journal of Botany 103:1-9. doi: 10.7332/ajb.1500243 [Speciale uitgave].
  • Kron, P. en B.C. Echtgenoot. 2015. Onderscheid maken tussen 2N gamete-kernen en doubletten in stuifmeel met behulp van flowcytometrie en pulsanalyse. Cytometrie A. Cytometrie Deel A 87A: 943-957. doi: 10.1002/cyto.a.22696.
  • Thompson, KA, BC Echtgenoot en H. Maherali. 2015. Geen invloed van waterbeperking op de uitkomst van competitie tussen diploïde en tetraploïde Chamerion angustifolium (Onagraceae). Tijdschrift voor Ecologie 103:733-741. doi: 10.1111/1365-2745.12384.
  • Thompson, KA, BC Echtgenoot en H. Maherali. 2014. Klimatologische nicheverschillen tussen diploïde en tetraploïde cytotypes van Chamerion angustifolium (Onagraceae). American Journal of Botany 101: 1868-1875.
  • Martin, S.L. en B.C. Echtgenoot. 2012 Hele genoomduplicatie beïnvloedt de evolueerbaarheid in natuurlijke populaties van een bloeiende plant. Plos één. 7 (9): e44784.doi:10.1371/journal.pone.0044784.

Voortplantingssystemen

  • Miller, JS, A. Kamath, BC Echtgenoot en R.A. Levin. 2015. Gecorreleerd polymorfisme in cytotype en seksueel systeem binnen een monofyletische soort, Lycium californicum. Geaccepteerd, International Journal of Plant Science.
  • Kron P., Kwok A. en B.C. Echtgenoot. 2014. Flowcytometrische analyse van stuifmeel verzameld van individuele bijen geeft informatie over de samenstelling van de pollenbelasting en het foerageergedrag. Ann. Bot. doi:10.1093/aob/mct257.

Ecologische gevolgen van genetische diversiteit en evolutie

  • Kroon en echtgenoot. Plantkunde. 2009. Hybridisatie en de reproductieve routes die de genenstroom tussen inheemse Malus coronaria en binnenlandse appel, Malus domestica, mediëren. Plantkunde 87: 864-874.
  • Burgess, K.S., M. Morgan en B.C. Echtgenoot. 2008. Interspecifieke zaadkorting en de vruchtbaarheidskosten van hybridisatie bij een bedreigde soort. Nieuwe fytoloog 177:276-284.

Barcodering van planten

  • Percy DM, G.W. Argus, Q.C. Cronk, A.J. Fazekas, PR Kesanakurti, K.S. Burgess, BC Echtgenoot, S.G. Newmaster, S.C.H. Barrett en S.W. Graham. 2014. Inzicht in het spectaculaire falen van DNA-barcodering in wilgen (Salix): Komt dit voort uit een trans-specifieke selectieve sweep? Moleculaire ecologie 23:4737-4756.
  • Burgess, K.S., Fazekas A.J., Kesanakurti P.R., Graham S.W., Echtgenoot B.C., Newmaster S.G., Percy D.M., Hajibabaei M., Barrett S.C.H. 2011. Het onderscheiden van plantensoorten in een lokale gematigde flora met behulp van de rbcl + matK DNA-barcode. Methoden in ecologie en evolutie 2:333-340. doi: 10.1111/j.2041-210X.2011.00092.x
  • CBOL Plant Werkgroep. 2009. Een DNA-barcode voor landplanten. Proceedings van de National Academy of Sciences 106:12794-12797

Als instructeur is het mijn doel om zowel niet-gegradueerde als afgestudeerde studenten liefde voor ontdekking en persoonlijke motivatie voor leren bij te brengen.Ik heb verschillende niet-gegradueerde cursussen gegeven (Foundational Biology, Introductory Ecology, Plant Diversity and Evolution, Evolutionary Ecology), variërend van het eerste tot het vierde jaar, evenals graduate cursussen zoals Advances in Evolutionary Biology.

Als Associate Dean Academic voor het College of Biological Science ben ik diep geïnvesteerd in programma-ontwikkeling, curriculumhervorming, studentondersteuning (prijzen, outreach, verrijkingsprogramma's, studentadvisering, vroege detectie van risico's) en ondersteuning van docenten door middel van peer-consultatieprogramma's, zomer onderzoeksassistentschappen en onderwijspraktijk (Office of Educational Scholarship and Practice). Ik ondersteun en neem deel aan wetenschappelijke benaderingen van lesgeven en leren die de studentenervaring en beste onderwijspraktijken bevorderen.


Bekijk de video: Barcode lezen (Januari- 2022).