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Anfang Mai 2004 wurden die ersten Anzeichen für die Einschleppung einer invasiven gebietsfremden Art, des baumschädigenden Bockkäfers Anoplophora glabripennis, nach Bayern festgestellt. Ein Ahornbaum am Rande des Parkplatzes vom Friedhof in Neukirchen am Inn (Gemeinde Neuburg am Inn, Landkreis Passau) wies verdächtige Symptome wie Fehlstellen in der Belaubung und kraterförmige Vertiefungen (Eiablagegruben?) in seiner Rinde auf. In unmittelbarer Nachbarschaft zum Friedhof liegt zudem eine Spedition, bei der Granitsteine und andere Granitwaren, teilweise aus dem asiatischen Raum, umgeschlagen bzw. auf Holzpaletten auf dem Betriebsgelände längere Zeit gelagert werden. Von diesem Ahorn wurden verdächtige Aststücke entnommen und im Labor an der Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL) in Freising vorsichtig aufgespalten. Es fanden sich Bohrgänge und Bockkäferlarven, die jedoch eine unterschiedliche Größe aufwiesen. Die dorsale Chitinplatte der Vorderbrust hatte aber die typische burgzinnenartige Form, die als morphologisches Bestimmungskriterium von A. glabripennis in der Literatur angegeben wird (HOYER et al. 2003). Zur eindeutigen Absicherung wurden die Larven an das Bundesamt und Forschungszentrum für Wald (BFW) in Wien geschickt. Die Kolleginnen und Kollegen aus Österreich hatten aufgrund des aufsehenerregenden Fundes von A. glabripennis in Braunau am Inn (Erstfund für Europa, 2001) inzwischen die größte Erfahrung in der sicheren Diagnose des Asiatischen Laubholzbockkäfers. Da bereits damals eine erhöhte Gefahr des „unerlaubten Grenzübertrittes“ ins 300 m entfernte bayerische Simbach am Inn bestand, waren schon Kontakte geknüpft und es wurde auch kollegiale Hilfe angeboten. Die schnelle und unbürokratische Hilfe führte beim Verdachtsfall in Neukirchen am Inn zu einer raschen Aufklärung. Über eine DNA-Analyse mittels PCR konnte in Wien innerhalb kürzester Zeit bestätigt werden, dass es sich bei den Larven um A. glabripennis handelte. Mit hoher Wahrscheinlichkeit stand auch fest, dass der Einschleppungsweg über die asiatischen Holzpaletten der Spedition abgelaufen sein musste. Wenn man eine einjährige Generationsdauer des Käfers in Mitteleuropa voraussetzt, dann war das Einschleppungsjahr 2003. Da aber bei den meisten Wirtsbäumen inzwischen sogar ein zweijähriger Zyklus angedacht wird, war die Einschleppung vermutlich schon 2002.
Für die Ernährung der Waldbiozönose spielt der Honigtau, das Exkret phloemsaugender Homopteren, eine wesentliche ernährungsphysiologische Rolle (ZÖBELEIN 1954a, b, WELLENSTEIN 1952). Insbesonders stehen Ameisen mit zahlreichen Spezies von Aphiden und Cocciden in mehr oder weniger enger trophobiotischer Beziehung, denn sie decken ihren Kohlenhydratbedarf fast ausschließlich durch den Honigtau ab (WELLENSTEIN 1952, BUCKLEY 1987; HÖLLDOBLER & WILSON 1990). Die Sesshaftigkeit und der Aufbau großer volkstarker Kolonien bei den forstlich bedeutsamen Waldameisen (Formica s.str.) in den gemäßigten Breiten ist wesentlich auf die trophobiotische Nutzung quantitativ besonders starker Honigtauerzeuger, wie etwa die Lachniden und Lecanien, zurückzuführen (GÖßWALD 1990). An der Fichte (Picea abies) leben 5 Lachnidenarten (Cinara spec.) und 2 Lecanienarten (Physokermes spec.), deren Beziehung zu Ameisen unterschiedlich stark ist (KLOFT et al. 1985). Die vorliegende Freilandstudie befasst sich mit der saisonalen Entwicklung von 2 koexistierenden Fichtenlachnidenarten – der obligatorisch myrmekophilen Cinara piceicola (CHOLODKOVSKY) und der fakultativ myrmekophilen Cinara pruinosa (HARTIG) – in Abhängigkeit des Besuches der Kleinen Roten Waldameise Formica polyctena FÖRSTER. Inwieweit eine interspezifische Konkurrenz der beiden Cinara-Arten um den Mutualisten F. polyctena vorherrscht, ist ebenso Gegenstand der Untersuchung.
Im Bereich der Baumkronen ist eine auffallend hohe biologische Vielfalt von Arthropoden zu finden. Nicht nur in naturnahen Räumen, sondern auch im unmittelbaren Siedlungsbereich kann diese Diversität nachgewiesen werden. Als Basis für den Naturschutz und die Biodiversitätsforschung sind kontinuierliche Beobachtungen notwendig. Parasitoide Hymenopteren spielen eine wichtige Rolle als Regulatoren im Naturhaushalt. Sie begrenzen das Auftreten wirtschaftlich bedeutender Schädlinge und sind somit ein Baustein im integrierten Pflanzenschutz. Die Reduktion von Pflanzenschutzmitteln trägt zur Schonung und Förderung von nützlichen Arthropoden, den räuberischen Insekten und parasitoiden Hymenopteren bei. Übersichten zur Biodiversität in Deutschland zeigen, dass im Bereich der sogenannten ´Schlupfwespen´ viele Gruppen für Deutschland nur wenig bearbeitet sind (DATHE et al. 2001), obwohl es sich bei den parasitoiden Hymenopteren neben den Coleopteren um die größte Insektengruppe überhaupt handelt. Die Chalcidoidea und die Ichneumonoidea stellen hier die größten Überfamilien der parasitoiden Hymenopteren. Weltweit liegt der Anteil der Chalcidoidea nach Arten bei 25%, in Deutschland bei 15%. In dieser Überfamilie finden sich die wichtigsten der in der biologischen Schädlingsbekämpfung genutzten Arthropoden: z.B. Encarsia formosa, die Gegenspielerin der ´Weißen Fliege´ im Gewächshaus oder Trichogramma-Arten als natürliche Feinde von Schadmotten. Insgesamt sind für Deutschland etwa 1.800 Chalcidoidea bekannt. Sie werden in 18 Familien unterteilt, wobei die Pteromaliden die größte Familie darstellen.
Two botanical pesticides, Neem Azal-T/S (NA) and Quassia amara, one biopesticide, Bacillus thuringiensis subsp. aizawai (Bta) and one combination of Bta + NA were tested against 2nd and 4th instar larvae of the noctuids Helicoverpa armigera (Hübner) and Spodoptera exigua (Hübner) on field beans under both laboratory and greenhouse conditions. The maximum mortality of 58 and 27 % was obtained in Bta + NA treatments in case of 2nd and 4th instar larvae of H. armigera under laboratory conditions followed by Bta (50 and 14 %) and NA (34 and 7 %) alone treatments. Under greenhouse conditions a mortality of 69 and 26 % was observed in case of Bta + NA treatments in 2nd and 4th instar larvae of H. armigera followed by Bta (67 and 20 %) and NA (56 and 10 %) alone. The mortality of H. armigera larvae was higher under greenhouse conditions. There was a significant difference in the mortality between 2nd and 4th instar larvae both under laboratory and greenhouse conditions. The mortality of H. armigera was higher in 2nd instar than in the 4th instar larvae in all treatments. Similar results were obtained in case of S. exigua both under laboratory and greenhouse conditions. The results indicate that Bta and NA have the potential to the control of H. armigera and S. exigua either independently or in combination, when used at the right stage of the field populations. The uassia-extracts tested did not show a high efficacy against larvae of H. armigera and S. exigua.
Die Nonne gehört zu den Kieferngroßschädlingen des norddeutschen Tieflandes. Bei Gradationen werden bisher zur Verhinderung bestandesbedrohender Fraßschäden großflächig Insektizide eingesetzt. Nach bisherigen Beobachtungen dauern Gradationen dieser Art in mitteleuropäischen Kiefernbestockungen meist nur 2 Vegetationsperioden. Als Ursachen für den Zusammenbruch einer Gradation werden Nahrungsmangel sowie der Ausbruch von Krankheiten genannt (WELLENSTEIN &. SCHWENKE 1978). Für das Überleben der Kiefern und damit den Erhalt der Bestände ist entscheidend, dass die jeweiligen Maitriebnadeln und Knospenanlagen vom Fraß der Larven verschont bleiben. Somit ist der Zeitpunkt des Zusammenbruchs der Gradation vor, während oder nach der Konsumption der neuen Nadeln im 2. Gradationsjahr für das Überleben der Wirtspflanze entscheidend. Das Ziel dieser Untersuchung war die Beschreibung möglicher Wechselwirkungen zwischen der Entnadelung der Kiefer im 1. und 2. Jahr des Fraßes und der Larvalentwicklung der Nonnen-Population.
Stechmücken der Art Stegomyia aegypti (ehemals Aedes aegypti, REINERT et al. 2004) sind die wichtigsten Überträger von Gelbfieber- und Dengueviren. Diverse Arten der Gattung Anopheles verbreiten die Erreger der Malaria. Bei Versuchen, Malaria, Gelbfieber und Dengue einzudämmen, wurden in den letzten Jahrzehnten wiederholt Kampagnen gegen Stechmücken geführt. Dabei wurden Insektizide vielfach flächendeckend ausgebracht. Dies führte kurzfristig zu geringeren Mückendichten, allerdings entwickelten sich auch vielerorts gegen diese Gifte resistente Mückenpopulationen. Anstelle des flächendeckenden Gifteinsatzes wird heute versucht, die Insektizide örtlich und zeitlich effektiv einzusetzen, um so die Gefahr weiterer Resistenzbildung zu minimieren und sowohl die Kosten als auch die Belastung für Umwelt und Bevölkerung möglichst gering zu halten. Um Insektizide zur richtigen Zeit gezielt ausbringen zu können, ist ein Monitoring der Mücken erforderlich. Mückenfallen, die durch optische Effekte und Duftstoffe gezielt anthropophile Stechmückenarten anlocken, sind für ein derartiges Bestandsmonitoring besonders geeignet. Auf der Suche nach attraktiven Duftstoffen, welche die Effektivität solcher Fallen erhöhen, wurde unter anderem auch 2-Undecanon getestet. In Verhaltensversuchen mit den anthropophilen Mückenarten Stegomyia aegypti und Anopheles stephensi konnte die Attraktivität dieser Substanz sowohl als Einzelreiz als auch in Kombination mit anderen Attraktanzien gezeigt und quantifiziert werden.
Mittelasien (Kasachstan, Kirgistan, Tadschikistan, Turkmenistan, Usbekistan) ist neben dem Mediterranraum das bedeutendste paläarkische Bienen-Diversitätszentrum (MICHENER 1979). POPOV (1957) schätzt für den Raum 1.200 Arten aus 70 Gattungen, die Gesamtzahl dürfte jedoch bei über 2.000 Arten liegen. Über die innere biogeographische Gliederung der Region und die Lage von Endemiezentren ist bei den Bienen jedoch kaum etwas bekannt (POPOV 1958, MARIKOVSKAYA 1999). Am Beispiel der Seidenbienengattung Colletes, die hier aufgrund ihres Artenreichtums sowie des breiten Spektrums besiedelter Lebensraumtypen und Klimagebiete repräsentativ für andere Bienengruppen behandelt wird, werden Verbreitungsbilder analysiert und Endemiezentren identifiziert. Faunistisches und biogeographisches Arbeiten in Mittelasien ist bis heute ein aufwändiges Unternehmen. Die Größe des Raumes – mit 4 Mio. km² fast halb so groß wie Europa –, die in vielen Regionen unterentwickelte Infrastruktur sowie die in vergangenen und gegenwärtigen bürokratischen Hemmnissen begründete schwierige Zugänglichkeit vieler Gebiete ist ursächlich für den unzureichenden Bearbeitungsstand vieler Taxa. Durch uneinheitliche Transliteration, Schreibfehler bei der Etikettierung und Umbenennung von Orten ist die Identifikation von Fundorten häufig schwierig und in einigen Fällen selbst unter Zuhilfenahme historischen Kartenmaterials unmöglich. Die begrenzte Verfügbarkeit lokalfaunistischer Literatur in deutschen Bibliotheken und die Sprachbarriere bei der Nutzung kyrillisch geschriebener Arbeiten sind ein weiteres Hindernis. Aufgrund dieser Schwierigkeiten und dem daraus resultierenden niedrigen Erfassungsgrad in weiten Teilen Mittelasien haben die hier vorgelegten Ergebnisse vorläufigen Charakter.
Anfang der 80er Jahre wurde zum ersten Mal von SIMOVA-TOSIC & FILEV (1985) in der Nähe des Ohrid Sees (Balkan) eine unbekannte Miniermotte bei einem Massenauftretten an Aesculus hippocastanum L. festgestellt. Die neue Art wurde von DESCHKA & DIMIC (1986) Cameraria ohridella genannt. Seit dieser Erstentdeckung der Motte am Balkan lässt sich eine rasche Ausbreitung des Schädlings in Europa beobachten. Aufgrund der inzwischen erfolgten zahlreichen Veröffentlichungen ist davon auszugehen, dass bis jetzt nahezu ganz Europa, ausgenommen Skandinavien, von der Motte besiedelt wurde. In Griechenland wurde die Motte 1996 von SKUHRAVY (1999) bei Florina (Nord Griechenland) erstmals festgestellt. Ziel der vorliegenden Arbeit war, Erkenntnisse über die Biologie der Motte in Griechenland zu gewinnen. Die durchgeführten Untersuchungen beziehen sich auf die Jahre 2001 bis 2004 und wurden im Rahmen des E.U. Programms CONTROCAM durchgeführt.
Seit 2001 wird in Belgien, Luxemburg und Rheinland-Pfalz der Befall augenscheinlich vitaler Buchen durch den Laubnutzholzborkenkäfer Trypodendron domesticum L. beobachtet (EISENBARTH et al. 2001). Die befallenen Bäume sind voll belaubt und weisen keine erkennbaren äußeren Verletzungen auf. Allerdings muss, entsprechend den bisherigen Erkenntnissen zur Brutraumfindung der Art (KERCK 1971, RAMISCH 1984), von einer individuellen Disposition der betroffenen Buchen ausgegangen werden. Die einzelbaum- bis gruppenweise Verteilung der befallenen Bäume innerhalb der Bestände stützt diese Vermutung. Die Bäume zeigen nicht die typischen Symptome der Buchenrindennekrose, deren erneutes Auftreten seit 1999 in der Region beobachtet wird. Das zeitlich und räumlich parallele Auftreten beider Krankheitsbilder macht einen Zusammenhang allerdings wahrscheinlich. Die Buchen werden vornehmlich an den nordexponierten Stammseiten im unteren Stammdrittel befallen. Der Befall ist in der Regel auf kleinflächige Stammpartien (< 1 m² Mantelfläche) beschränkt. Dieser Stehendbefall, durch die als Lagerholzschädling bekannte Art, ist ein grundlegend neues Schadbild, das bisher noch nicht beobachtet wurde. Die erfolgreiche Besiedlung vitaler Buchen durch pilzzüchtende Borkenkäfer wäre eine ernstzunehmende Gefahr für die mitteleuropäische Buchenwirtschaft und die Buchenwaldökosysteme.
Am Zoologischen Institut der Uni Heidelberg wurde bereits seit einigen Jahren an der Entwicklung einer biologischen Bekämpfungsstrategie gegen Maikäfer gearbeitet. Neben einem Bacillus thuringiensis-Stamm, der bei einigen Maikäfer-Verwandten wirksam ist (WAGNER & SCHNETTER 2001), wurde vor allem mit entomopathogenen Nematoden der Gattungen Steinernema und Heterorhabditis geforscht (BERNER & SCHNETTER 2001). Die Anfälligkeit der Larven sowohl des Feld- als auch des Waldmaikäfers gegenüber diesen Nematoden ist jedoch im Vergleich zu anderen Scarabaeiden, wie dem Gartenlaubkäfer (Phylloperta horticola), relativ gering (SULISTYANTO & EHLERS 1996), so dass auch die bisher durchgeführten Freilandversuche wenig Erfolg brachten (BERNER & SCHNETTER 2002). Neben der Suche nach möglichst infektiösen Nematodenarten und -stämmen ist für den Erfolg einer Nematodenapplikation im Freiland eine vorausgehende Systemanalyse des Standortes von entscheidender Bedeutung. Hierbei sind neben abiotischen Faktoren wie der Witterung und den Bodenverhältnissen auch biotische Faktoren wie dem Vorkommen von Pathogenen in der Engerling-Population zu erfassen. Insbesondere eine Vorinfektion der Engerling-Population kann einen falschen Wirkungsgrad der Nematoden vortäuschen, da unter diesen Bedingungen antagonistische oder synergistische Wechselwirkungen zwischen den latenten Pathogenen und den applizierten Nematoden zu erwarten sind. Ausgangspunkt der hier vorgestellten Arbeit war eine Engerling-Population des Waldmaikäfers (Melolontha hippocastani), die 1999 in der Nähe von Lorsch gefunden wurde und einen hohen Prozentsatz an Engerlingen aufwies, der mit Rickettsien (Rickettsiella popilliae) infiziert war. Aufgrund der hohen Dichte und der ausgeprägten Symptome der als „Lorscher Seuche“ bei Engerlingen bekannten Rickettsien-Infektion konnte die Krankheit bereits im Feld diagnostiziert werden (vgl. NIKLAS 1960).
Natürlicherweise war die Tanne (Abies alba) in den bayerischen Wäldern mit Anteilen von bis zu 20% vertreten (nach ROTHE & BORCHERT 2003). Seit 150 Jahren aber gehen die Tannenbestände in drastischem Ausmaß zurück, was nicht nur auf die wachsende Schadstoffbelastung der Luft, sondern auch auf hohe Wildbestände und die einseitige Waldbewirtschaftung zugunsten der Fichte (Picea abies) zurückzuführen ist. In jüngster Zeit wird seitens der Staatsforstverwaltung angestrebt, der Tanne ihren angestammten Platz in unseren Wäldern wieder einzuräumen (BAYERISCHES STAATSMINISTERIUM FÜR LANDWIRTSCHAFT UND FORSTEN 1993). Es stellt sich die Frage, welchen Beitrag die Tanne zur Biodiversität in Wäldern und speziell in Mischwäldern leistet. Frühere Untersuchungen beschrieben die Tannenfauna als artenarm im Vergleich mit anderen Baumarten (BÖHME 2001, BUCKING 1998), allerdings wurde die Kronenfauna dabei stets vernachlässigt. Da aber 90% eines Hochwaldes über der Reichhöhe eines Menschen liegt (BUßLER et al. 2004), sind Untersuchungen im Kronenraum höheren Straten für eine umfassende Aussage über die Fauna auf Bäumen von großer Bedeutung. Bis jetzt gibt es trotz des generell wachsenden Interesses an der Kronenfauna keine umfassenden Untersuchungen an Tanne (MÜLLER & GOSSNER 2004). Mit dem hier vorgestellten Projekt sollte begonnen werden, die Wissenslücke um die Insektenfauna in Tannenkronen zu schließen. Den xylobionten Käfern galt besondere Aufmerksamkeit, da sie als eine baumartengebundene Insektengruppe für vergleichendeUntersuchungen sehr gut geeignet und sowohl taxonomisch als auch ökologisch gut untersucht sind. Daneben wurden Heteroptera, Neuropterida und Hymenoptera bearbeitet .
Background Over the past years a variety of host restriction genes have been identified in human and mammals that modulate retrovirus infectivity, replication, assembly, and/or cross-species transmission. Among these host-encoded restriction factors, the APOBEC3 (A3; apolipoprotein B mRNA-editing catalytic polypeptide 3) proteins are potent inhibitors of retroviruses and retrotransposons. While primates encode seven of these genes (A3A to A3H), rodents carry only a single A3 gene. Results Here we identified and characterized several A3 genes in the genome of domestic cat (Felis catus) by analyzing the genomic A3 locus. The cat genome presents one A3H gene and three very similar A3C genes (a-c), probably generated after two consecutive gene duplications. In addition to these four one-domain A3 proteins, a fifth A3, designated A3CH, is expressed by read-through alternative splicing. Specific feline A3 proteins selectively inactivated only defined genera of feline retroviruses: Bet-deficient feline foamy virus was mainly inactivated by feA3Ca, feA3Cb, and feA3Cc, while feA3H and feA3CH were only weakly active. The infectivity of Vif-deficient feline immunodeficiency virus and feline leukemia virus was reduced only by feA3H and feA3CH, but not by any of the feA3Cs. Within Felidae, A3C sequences show significant adaptive selection, but unexpectedly, the A3H sequences present more sites that are under purifying selection. Conclusion Our data support a complex evolutionary history of expansion, divergence, selection and individual extinction of antiviral A3 genes that parallels the early evolution of Placentalia, becoming more intricate in taxa in which the arms race between host and retroviruses is harsher.
Manche mögen’s salzig : Anpassungsstrategien und Biotechnologie Salz liebender Mikroorganismen
(2008)
Sie lieben extreme Bedingungen: Einige leben in tiefen Gesteinsschichten oder ohne Licht und Sauerstoff an kochend heißen Quellen der Tiefsee, andere bevorzugen die eisigen Temperaturen der Polargebiete, und wieder andere fühlen sich erst richtig wohl in kochender Schwefelsäure. Doch wie passen sich Mikroorganismen an diese extremen Bedingungen an? Die Forschung hat darauf bereits Antworten gefunden, die sich auch biotechnologisch nutzen lassen.
Ohne das Eingreifen des Menschen wäre Mitteleuropa fast ein reines Waldgebiet. Noch heute beheimaten die Wälder eine große Vielfalt an Pflanzen und Tieren, die für diese Region spezifisch sind. Regionale Besonderheiten gehen aber verloren, je mehr Menschen in die Ökosysteme eingreifen: So unterscheiden sich die Pflanzenarten auf der North Charles Street in Baltimore nur wenig von denjenigen der Mainzer Landstraße in Frankfurt. Gleichzeitig verdrängen zugewanderte und eingeschleppte Arten heimische Tiere und Pflanzen. Allerdings gibt es auch im Frankfurter Stadtgebiet echte Horte der Biodiversität.
From sea to land and beyond : new insights into the evolution of euthyneuran Gastropoda (Mollusca)
(2008)
Background The Euthyneura are considered to be the most successful and diverse group of Gastropoda. Phylogenetically, they are riven with controversy. Previous morphology-based phylogenetic studies have been greatly hampered by rampant parallelism in morphological characters or by incomplete taxon sampling. Based on sequences of nuclear 18S rRNA and 28S rRNA as well as mitochondrial 16S rRNA and COI DNA from 56 taxa, we reconstructed the phylogeny of Euthyneura utilising Maximum Likelihood and Bayesian inference methods. The evolution of colonization of freshwater and terrestrial habitats by pulmonate Euthyneura, considered crucial in the evolution of this group of Gastropoda, is reconstructed with Bayesian approaches. Results We found several well supported clades within Euthyneura, however, we could not confirm the traditional classification, since Pulmonata are paraphyletic and Opistobranchia are either polyphyletic or paraphyletic with several clades clearly distinguishable. Sacoglossa appear separately from the rest of the Opisthobranchia as sister taxon to basal Pulmonata. Within Pulmonata, Basommatophora are paraphyletic and Hygrophila and Eupulmonata form monophyletic clades. Pyramidelloidea are placed within Euthyneura rendering the Euthyneura paraphyletic. Conclusion Based on the current phylogeny, it can be proposed for the first time that invasion of freshwater by Pulmonata is a unique evolutionary event and has taken place directly from the marine environment via an aquatic pathway. The origin of colonisation of terrestrial habitats is seeded in marginal zones and has probably occurred via estuaries or semi-terrestrial habitats such as mangroves.
Poster presentation In pharmaceutical research and drug development, machine learning methods play an important role in virtual screening and ADME/Tox prediction. For the application of such methods, a formal measure of similarity between molecules is essential. Such a measure, in turn, depends on the underlying molecular representation. Input samples have traditionally been modeled as vectors. Consequently, molecules are represented to machine learning algorithms in a vectorized form using molecular descriptors. While this approach is straightforward, it has its shortcomings. Amongst others, the interpretation of the learned model can be difficult, e.g. when using fingerprints or hashing. Structured representations of the input constitute an alternative to vector based representations, a trend in machine learning over the last years. For molecules, there is a rich choice of such representations. Popular examples include the molecular graph, molecular shape and the electrostatic field. We have developed a molecular similarity measure defined directly on the (annotated) molecular graph, a long-standing established topological model for molecules. It is based on the concepts of optimal atom assignments and iterative graph similarity. In the latter, two atoms are considered similar if their neighbors are similar. This recursive definition leads to a non-linear system of equations. We show how to iteratively solve these equations and give bounds on the computational complexity of the procedure. Advantages of our similarity measure include interpretability (atoms of two molecules are assigned to each other, each pair with a score expressing local similarity; this can be visualized to show similar regions of two molecules and the degree of their similarity) and the possibility to introduce knowledge about the target where available. We retrospectively tested our similarity measure using support vector machines for virtual screening on several pharmaceutical and toxicological datasets, with encouraging results. Prospective studies are under way.
Background Differential expression of genes can be regulated on many different levels. Most global studies of gene regulation concentrate on transcript level regulation, and very few global analyses of differential translational efficiencies exist. The studies have revealed that in Saccharomyces cerevisiae, Arabidopsis thaliana, and human cell lines translational regulation plays a significant role. Additional species have not been investigated yet. Particularly, until now no global study of translational control with any prokaryotic species was available. Results A global analysis of translational control was performed with two haloarchaeal model species, Halobacterium salinarum and Haloferax volcanii. To identify differentially regulated genes, exponentially growing and stationary phase cells were compared. More than 20% of H. salinarum transcripts are translated with non-average efficiencies. By far the largest group is comprised of genes that are translated with above-average efficiency specifically in exponential phase, including genes for many ribosomal proteins, RNA polymerase subunits, enzymes, and chemotaxis proteins. Translation of 1% of all genes is specifically repressed in either of the two growth phases. For comparison, DNA microarrays were also used to identify differential transcriptional regulation in H. salinarum, and 17% of all genes were found to have non-average transcript levels in exponential versus stationary phase. In H. volcanii, 12% of all genes are translated with non-average efficiencies. The overlap with H. salinarum is negligible. In contrast to H. salinarum, 4.6% of genes have non-average translational efficiency in both growth phases, and thus they might be regulated by other stimuli than growth phase. Conclusions For the first time in any prokaryotic species it was shown that a significant fraction of genes is under differential translational control. Groups of genes with different regulatory patterns were discovered. However, neither the fractions nor the identity of regulated genes are conserved between H. salinarum and H. volcanii, indicating that prokaryotes as well as eukaryotes use differential translational control for the regulation of gene expression, but that the identity of regulated genes is not conserved For 70 H. salinarum genes potentiation of regulation was observed, but for the majority of regulated genes either transcriptional or translational regulation is employed.
Background The phylogenetic tree of Galliformes (gamebirds, including megapodes, currassows, guinea fowl, New and Old World quails, chicken, pheasants, grouse, and turkeys) has been considerably remodeled over the last decades as new data and analytical methods became available. Analyzing presence/absence patterns of retroposed elements avoids the problems of homoplastic characters inherent in other methodologies. In gamebirds, chicken repeats 1 (CR1) are the most prevalent retroposed elements, but little is known about the activity of their various subtypes over time. Ascertaining the fixation patterns of CR1 elements would help unravel the phylogeny of gamebirds and other poorly resolved avian clades. Results We analyzed 1,978 nested CR1 elements and developed a multidimensional approach taking advantage of their transposition in transposition character (TinT) to characterize the fixation patterns of all 22 known chicken CR1 subtypes. The presence/absence patterns of those elements that were active at different periods of gamebird evolution provided evidence for a clade (Cracidae + (Numididae + (Odontophoridae + Phasianidae))) not including Megapodiidae; and for Rollulus as the sister taxon of the other analyzed Phasianidae. Genomic trace sequences of the turkey genome further demonstrated that the endangered African Congo Peafowl (Afropavo congensis) is the sister taxon of the Asian Peafowl (Pavo), rejecting other predominantly morphology-based groupings, and that phasianids are monophyletic, including the sister taxa Tetraoninae and Meleagridinae. Conclusions The TinT information concerning relative fixation times of CR1 subtypes enabled us to efficiently investigate gamebird phylogeny and to reconstruct an unambiguous tree topology. This method should provide a useful tool for investigations in other taxonomic groups as well.
Background Today it is widely accepted that plastids are of cyanobacterial origin. During their evolutionary integration into the metabolic and regulatory networks of the host cell the engulfed cyanobacteria lost their independency. This process was paralleled by a massive gene transfer from symbiont to the host nucleus challenging the development of a retrograde protein translocation system to ensure plastid functionality. Such a system includes specific targeting signals of the proteins needed for the function of the plastid and membrane-bound machineries performing the transfer of these proteins across the envelope membranes. At present, most informations on protein translocation are obtained by the analysis of land plants. However, the analysis of protein import into the primitive plastids of glaucocystophyte algae, revealed distinct features placing this system as a tool to understand the evolutionary development of translocation systems. Here, bacterial outer membrane proteins of the Omp85 family have recently been discussed as evolutionary seeds for the development of translocation systems. Results To further explore the initial mode of protein translocation, the observed phenylalanine dependence for protein translocation into glaucophyte plastids was pursued in detail. We document that indeed the phenylalanine has an impact on both, lipid binding and binding to proteoliposomes hosting an Omp85 homologue. Comparison to established import experiments, however, unveiled a major importance of the phenylalanine for recognition by Omp85. This finding is placed into the context of the evolutionary development of the plastid translocon. Conclusion The phenylalanine in the N-terminal domain signs as a prerequisite for protein translocation across the outer membrane assisted by a primitive translocon. This amino acid appears to be optimized for specifically targeting the Omp85 protein without enforcing aggregation on the membrane surface. The phenylalanine has subsequently been lost in the transit sequence, but can be found at the C-terminal position of the translocating pore. Thereby, the current hypothesis of Omp85 being the prokaryotic contribution to the ancestral Toc translocon can be supported.
Rezensionen zu: Thomas Junker : Die Evolution des Menschen. Verlag C. H. Beck, München 2006 ISBN 978-3-406-53609-0, 127 Seiten, 7,90 Euro. Guillaume Lecointre, Hervé Le Guyader : Biosystematik. Verlag Springer, Heidelberg 2006. ISBN 978-3-540-24037-2. 696 Seiten, 39,95 Euro. Ulrich Kutschera : Evolutionsbiologie. 2. Auflage, Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart 2006. ISBN 978-3-8252-8318-6 303 Seiten, 39,90 Euro. Volker Knoop, Kai Müller : Gene und Stammbäume. Verlag Elsevier/Spektrum, München 2006 ISBN 978-3-8274-1642-1. 310 Seiten, 29,50 Euro.