La température ambiante joue un rôle direct dans le fonctionnement et le développement de la plante. L'augmentation des températures ambiantes mondiales pose un défi important aux espèces de plantes sauvages et cultivées. La plupart des espèces de plantes ajustent leur cycle de reproduction et leur développement pour optimiser leur survie et leur forme par temps ambiant élevé (Barnabás et al., 2008; Fitter et Fitter, 2002; Willis et al., 2008). Ces adaptations conduisent généralement à des hypocotyles allongés, à une réduction du nombre de feuilles au moment de la floraison, à une transition accélérée des phases de croissance végétative à reproductive, à une réduction du nombre de graines, à des gousses plus petites et à une diminution de la surface foliaire. Face au changement climatique rapide, en particulier à l'augmentation de la température permissive à la croissance ambiante, il est urgent de régler la thermoréponse des usines pour adapter les installations aux changements climatiques et garantir la production alimentaire future.L'expression de PIF4 est contrôlée par le complexe du soir (EC), un complexe à 3 protéines comprenant ELF3, ELF4 et LUX, en fonction de la température. La CE est capable de réprimer l'expression de PIF4 en se liant à des motifs spécifiques sur le promoteur de PIF4 à une température de croissance ambiante inférieure. Cependant, cette répression de l'expression de PIF4 est éliminée à une température ambiante de croissance plus élevée, ce qui entraîne un vieillissement prématuré des plantes.RésultatsLes trois protéines de la CE ont été produites en utilisant une stratégie d’expression différente, ELF4 et LUX dans E. coli, et ELF3 dans des cellules d’insecte. Les méthodes de purification des protéines et les tampons ont été optimisés pour obtenir des ELF3 et LUX stables. Une chromatographie d'exclusion de taille a été réalisée pour vérifier les états oligomères des protéines. LUX étant la seule protéine de la CE à posséder un domaine de liaison à l'ADN connu, elle a été utilisée pour effectuer des tests de déplacement de la mobilité afin de comprendre l'affinité de liaison de LUX pour ses motifs ADN cibles obtenus à partir de tests de puces de liaison de protéines. D'après les tests de décalage de mobilité, il a été observé que le domaine de liaison à l'ADN (DBD) seul pouvait se lier aux motifs d'ADN de son substrat à des concentrations molaires nano alors qu'une quantité de protéine excédentaire de 10 fois était nécessaire pour que la longueur totale de LUX obtienne la même quantité de liaison. Des pistes de cristallisation à haut débit ont été réalisées pour LUX et LUX-DBD pleine longueur avec deux motifs de liaison différents. Aucun cristal n'a été obtenu pour le LUX complet, alors que des cristaux ont été obtenus pour le LUX DBD avec les deux motifs d'ADN. La structure de LUX DBD en complexe avec ses motifs cibles a été résolue par diffraction aux rayons X. À partir de la structure Crystal, il a été constaté que LUX DBD avait adopté une structure à 3 hélices, la seconde hélice étant responsable de la lecture de la base. Fait intéressant, il a été observé qu'un résidu d'arginine présent au niveau de l'hélice n-terminale servait de pince pour interagir avec le motif ADN cible.En utilisant les tests de mutagenèse dirigée et de décalage de mobilité, il a été confirmé que cette arginine présente à la position 146 de la protéine est essentielle pour déterminer l'affinité. Il a été constaté que l'affinité de liaison était réduite d'un facteur 5 lorsque cet acide aminé était modifié. En outre pour comprendre son effet in planta. Les lignes de lux mutantes ont été complétées par une longueur totale de type sauvage et une version substituée par Arg14Ala de la longueur totale de LUX. Grâce à ces expériences, nous avons pu montrer que la complémentation complète du mutant R146A n’était pas observée, alors que la version de type sauvage était capable de compléter complètement le phénotype du mutant / Ambient temperature plays a direct role in plant functioning and development. Increase in global ambient temperatures poses a significant challenge to wild and cultivated plant species. Most plant species adjust reproductive timing and development to optimize survival and fitness in higher ambient temperatures (Barnabás et al., 2008; Fitter and Fitter, 2002; Willis et al., 2008). These adaptations generally lead to elongated hypocotyls, fewer leaves at time of flowering, accelerated transition from vegetative to reproductive growth phases, fewer seeds, smaller seed pods and decreased leaf area. In the face of rapid climate change, specifically increased ambient growth permissive temperatures, tuning plant thermoresponse is urgently needed to engineer plants for adaptation to climate change and for securing future food production.PIF4 expression is controlled by evening complex (EC), a 3 protein complex comprising of ELF3, ELF4 and LUX, in a temperature dependent manner. The EC is able to repress PIF4 expression by binding to specific motifs at the promoter of PIF4 at lower ambient growth temperature. However this repression of PIF4 expression is removed at higher ambient growth temperature leading to premature ageing of plantsResultsAll three proteins of EC were produced using different expression strategy, ELF4 and LUX in E. coli while ELF3 in insect cells. Protein purification methods and buffers were optimized to obtain stable ELF3 ELF4 and LUX. Size exclusion chromatography was done to verify oligomeric states of the proteins. Since LUX is the only protein in the EC which has known DNA binding domain, it was used for doing mobility shift assays to understand the binding affinity of LUX for its target DNA Motifs which were obtained from protein binding microarrays assays. From the mobility shift assays, it was observed that the DNA binding domain (DBD) alone could bind to its substrate DNA motifs at Nano molar concentrations while 10 fold excesses amount of protein was required for the full length LUX to obtain same amount of binding. High throughput crystallization trails were carried out for full length LUX and LUX- DBD with two different binding motifs. No crystals were obtained for full length LUX while Crystals were obtained for LUX DBD with both the DNA Motifs. Structure for LUX DBD in complex with its target motifs were solved through X-Ray diffraction. Using site directed mutagenesis and Mobility shift assays it was confirmed that this Arginine present at the 146 position of the protein is critical for determining affinity. It was found that the binding affinity was reduced by a factor of 5 when this amino acid was changed. Further to understand its effect in planta.. With this experiments we were able to show that with the R146A mutant full complementation wasn’t observed while the wildtype version was able to completely complement the mutant phenotype.To understand temperature based dynamics of the complex, ELF3, which is the most intrinsically disordered protein of the three proteins that constitute the complex, was studied for structural variation through CD spectroscopy and DLS experiments. From these experiments it was found that ELF3 attains a β-sheet like confirmation at higher temperature while a more globular confirmation at lower temperatures. It was found that this activity of ELF is reversible allowing for flexibility of the whole complex. We found that there were prion like domains in ELF3 protein which were primarily responsible for transition to β-sheet structure at higher temperature.In Order to engineer plants that could survive at higher ambient temperature, we decided to mutate promoter elements of PIF4 through CRISPR/Cas9 to obtain plants that can survive higher temperature.

No description available.

Les troubles du sommeil constituent un enjeu appréciable dans le domaine orthopédique, puisque ces troubles peuvent non seulement augmenter le risque de chutes et d’accidents de la route, mais également diminuer la densité osseuse et altérer la guérison de patients présentant une ou plusieurs fractures. Il est à cet effet estimé qu’entre 20 % et 40 % de patients présentant une fracture se plaignent de troubles du sommeil 3 mois post-trauma. Toutefois, l’étude du sommeil en phase aigüe suivant une fracture est à ce jour moins documentée. Le présent mémoire présente un projet de recherche clinique qui voulait étudier l’impact du sommeil supérieur sur la récupération de ceux-ci en phase aigüe chez des patients avec une fractures du membre. Toutefois, la situation de pandémie à la COVID-19 a rendu impossible la réalisation de ce projet clinique. La méthode prévue est présentée. L’utilisation d’une montre d’actigraphie sur une période de 14 jours suivant la fracture aurait permis de recueillir plusieurs paramètres du sommeil, en combinaison avec l’utilisation de questionnaires sur la qualité du sommeil, l’intensité de la douleur et la fonction du membre atteint. Un suivi longitudinal (>3 mois) était prévu pour évaluer les troubles du sommeil persistant à travers le temps à l’aide des mêmes questionnaires. En deuxième partie, ce mémoire propose une revue narrative détaillée de la littérature décrivant l’impact des troubles du sommeil sur le risque de chutes, d’accidents de la route et de fractures, en plus de leurs impacts sur la guérison osseuse et les mécanismes sous-jacents chez une population orthopédique. Il fut observé que non seulement une qualité optimale de sommeil permet d’éviter des accidents de la route et par conséquent d’éviter des blessures orthopédiques majeures, mais également est nécessaire à une récupération osseuse post-fracture. Or, de plus amples études permettront une compréhension approfondie des mécanismes qui sous-tendent cette relation. / Sleep disturbances are highly relevant in the orthopedic field, as they can increase the risks of falls, decrease bone density, and lead to poor fracture and health outcomes in patients with fractures. It is estimated that between 20% to 40% of patients presenting one fracture will report difficulty to sleep 3 months following trauma. However, the impact of sleep in the acute phase following fracture is less studied. Therefore, this present thesis aimed to propose a clinical research project evaluating the impact of sleep on the recuperation of patients in the acute phase following fracture. To this end, we will use an actigraphy watch over a 14-day period following fracture to collect various sleep parameters, in combination with questionnaires on sleep quality, pain intensity and function of the fractured limb. A longitudinal follow-up (>3 months) will allow evaluating if sleep difficulties persist over time, using aforementioned questionnaires. The second part of this thesis presents a detailed narrative review of the literature describing the impact of sleep disturbances on falls, motor vehicle accidents and fractures in addition to their impact on fracture outcomes and the underlying physiopathological mechanisms. We observed that not only optimal sleep quality is essential in prevention of motor vehicule accident, but is also a key element to recovery after an orthopedic trauma. Futur research will allow a better understanding of sleep and bone relation.

No description available.

Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires retrouvés dans la plupart des écosystèmes aquatiques du globe. Ces organismes amènent une contribution substantielle à la production primaire des océans, soit en tant que membre du phytoplancton, soit en tant que symbiontes des anthozoaires formant les récifs coralliens. Malheureusement, ce rôle écologique majeur est souvent négligé face à la capacité de certaines espèces de dinoflagellés à former des fleurs d'eau, parfois d'étendue et de durée spectaculaires. Ces floraisons d'algues, communément appelées "marées rouges", peuvent avoir de graves conséquences sur les écosystèmes côtiers, sur les industries de la pêche et du tourisme, ainsi que sur la santé humaine. Un des facteurs souvent corrélé avec la formation des fleurs d'eau est une augmentation dans la concentration de nutriments, notamment l’azote et le phosphore. Le nitrate est un des composants principaux retrouvés dans les eaux de ruissellement agricoles, mais également la forme d'azote bioaccessible la plus abondante dans les écosystèmes marins. Ainsi, l'agriculture humaine a contribué à magnifier significativement les problèmes associés aux marées rouges au niveau mondial. Cependant, la pollution ne peut pas expliquer à elle seule la formation et la persistance des fleurs d'eau, qui impliquent plusieurs facteurs biotiques et abiotiques. Il est particulièrement difficile d'évaluer l'importance relative qu'ont les ajouts de nitrate par rapport à ces autres facteurs, parce que le métabolisme du nitrate chez les dinoflagellés est largement méconnu. Le but principal de cette thèse vise à remédier à cette lacune. J'ai choisi Lingulodinium polyedrum comme modèle pour l'étude du métabolisme du nitrate, parce que ce dinoflagellé est facilement cultivable en laboratoire et qu'une étude transcriptomique a récemment fourni une liste de gènes pratiquement complète pour cette espèce. Il est également intéressant que certaines composantes moléculaires de la voie du nitrate chez cet organisme soient sous contrôle circadien. Ainsi, dans ce projet, j'ai utilisé des analyses physiologiques, biochimiques, transcriptomiques et bioinformatiques pour enrichir nos connaissances sur le métabolisme du nitrate des dinoflagellés et nous permettre de mieux apprécier le rôle de l'horloge circadienne dans la régulation de cette importante voie métabolique primaire. Je me suis tout d'abord penché sur les cas particuliers où des floraisons de dinoflagellés sont observées dans des conditions de carence en azote. Cette idée peut sembler contreintuitive, parce que l'ajout de nitrate plutôt que son épuisement dans le milieu est généralement associé aux floraisons d'algues. Cependant, j’ai découvert que lorsque du nitrate était ajouté à des cultures initialement carencées ou enrichies en azote, celles qui s'étaient acclimatées au stress d'azote arrivaient à survivre près de deux mois à haute densité cellulaire, alors que les cellules qui n'étaient pas acclimatées mourraient après deux semaines. En condition de carence d'azote sévère, les cellules arrivaient à survivre un peu plus de deux semaines et ce, en arrêtant leur cycle cellulaire et en diminuant leur activité photosynthétique. L’incapacité pour ces cellules carencées à synthétiser de nouveaux acides aminés dans un contexte où la photosynthèse était toujours active a mené à l’accumulation de carbone réduit sous forme de granules d’amidon et corps lipidiques. Curieusement, ces deux réserves de carbone se trouvaient à des pôles opposés de la cellule, suggérant un rôle fonctionnel à cette polarisation. La deuxième contribution de ma thèse fut d’identifier et de caractériser les premiers transporteurs de nitrate chez les dinoflagellés. J'ai découvert que Lingulodinium ne possédait que très peu de transporteurs comparativement à ce qui est observé chez les plantes et j'ai suggéré que seuls les membres de la famille des transporteurs de nitrate de haute affinité 2 (NRT2) étaient réellement impliqués dans le transport du nitrate. Le principal transporteur chez Lingulodinium était exprimé constitutivement, suggérant que l’acquisition du nitrate chez ce dinoflagellé se fondait majoritairement sur un système constitutif plutôt qu’inductible. Enfin, j'ai démontré que l'acquisition du nitrate chez Lingulodinium était régulée par la lumière et non par l'horloge circadienne, tel qu'il avait été proposé dans une étude antérieure. Finalement, j’ai utilisé une approche RNA-seq pour vérifier si certains transcrits de composantes impliquées dans le métabolisme du nitrate de Lingulodinium étaient sous contrôle circadien. Non seulement ai-je découvert qu’il n’y avait aucune variation journalière dans les niveaux des transcrits impliqués dans le métabolisme du nitrate, j’ai aussi constaté qu’il n’y avait aucune variation journalière pour n’importe quel ARN du transcriptome de Lingulodinium. Cette découverte a démontré que l’horloge de ce dinoflagellé n'avait pas besoin de transcription rythmique pour générer des rythmes physiologiques comme observé chez les autres eukaryotes. / Dinoflagellates are unicellular eukaryotes found in most aquatic ecosystems of the world. They are major contributors to carbon fixation in the oceans, either as free-living phytoplankton or as symbionts to corals. Dinoflagellates are also infamous because some species can form spectacular blooms called red tides, which can cause serious damage to ecosystems, human health, fisheries and tourism. One of the factors often correlated with algal blooms are increases in nutrients, particularly nitrogen and phosphorus. Nitrate is one of the main components of agricultural runoffs, but also the most abundant bioavailable form of nitrogen in marine environments. Thus, agricultural activities have globally contributed to the magnification of the problems associated with red tides. However, bloom formation and persistence cannot be ascribed to human pollution alone, because other biotic and abiotic factors are at play. Particularly, it is difficult to assess the relative importance of nitrate addition over these other factors, because nitrate metabolism in dinoflagellate is mostly unknown. Filling part of this gap was the main goal of this thesis. I selected Lingulodinium polyedrum as a model for studying nitrate metabolism, because this dinoflagellate can easily be cultured in the lab and a recent transcriptomic survey has provided an almost complete gene catalogue for this species. It is also interesting that some molecular components of the nitrate pathway in this organism have been reported to be under circadian control. Thus, in this project, I used physiological, biochemical, transcriptomic and bioinformatic approaches to enrich our understanding of dinoflagellate nitrate metabolism and to increase our appreciation of the role of the circadian clock in regulating this important primary metabolic pathway. I first studied the particular case of dinoflagellate blooms that occur and persist in conditions of nitrogen depletion. This idea may seems counterintuitive, because nitrogen addition rather than depletion, is generally associated with algal blooms. However, I discovered that when nitrate was added to nitrogen-deficient or nitrogen-sufficient cultures, those that had been acclimated to nitrogen stress were able to survive for about two months at high cell densities, while non-acclimated cells died after two weeks. In conditions of severe nitrogen limitation, cells could survive a little bit more than two weeks by arresting cell division and reducing photosynthetic rates. The incapacity to synthesize new amino acids for these deprived cells in a context of on-going photosynthesis led to the accumulation of reduced carbon in the form of starch granules and lipid bodies. Interestingly, both of these carbon storage compounds were polarized in Lingulodinium cells, suggesting a functional role. The second contribution of my thesis was to identify and characterize the first nitrate transporters in dinoflagellates. I found that in contrast to plants, Lingulodinium had a reduced suite of nitrate transporters and only members of the high-affinity nitrate transporter 2 (NRT2) family were predicted to be functionally relevant in the transport of nitrate. The main transporter was constitutively expressed, which suggested that nitrate uptake in Lingulodinium was mostly a constitutive process rather than an inducible one. I also discovered that nitrate uptake in this organism was light-dependent and not a circadian-regulated process, as previously suggested. Finally, I used RNA-seq to verify if any transcripts involved in the nitrate metabolism of Lingulodinium were under circadian control. Not only did I discovered that there were no daily variations in the level of transcripts involved in nitrate metabolism, but also that there were no changes for any transcripts present in the whole transcriptome of Lingulodinium. This discovery showed that the circadian timer in this species did not require rhythmic transcription to generate biological rhythms, as observed in other eukaryotes.

Cyanobakterien sind meist photoautotroph lebende Prokaryoten, welche nahezu alle Biotope der Welt besiedeln. Sie gehören zu den wichtigsten Produzenten der weltweiten Nahrungskette. Um sich auf den täglichen Wechsel von Tag und Nacht einzustellen, besitzen Cyanobakterien eine innere Uhr, bestehend aus den Proteinen KaiA, KaiB und KaiC, deren biochemische Interaktionen zu einem 24-stündigen Rhythmus von Phosphorylierung und Dephosphorylierung führen. Die circadiane Genexpression im Modellorganismus Synechocystis sp. PCC 6803 habe ich mittels drei verschiedener Zeitserienexperimente untersucht, wobei ich einen genauen Zeitplan der Genaktivierung in einer Tag-Nacht-Umgebung, aber keine selbsterhaltenden Rhythmen entdecken konnte. Allerdings beobachtete ich einen überaus starken Anstieg der ribosomalen RNA in der Dunkelheit. Aufgrund ihrer hohen Wachstumsraten und der geringen Anforderungen an die Umwelt bilden Cyanobakterien eine gute Grundlage für die nachhaltige Erzeugung von Biokraftstoffen, für einen industriellen Einsatz sind aber weitere Optimierung und ein verbessertes Verständnis des Metabolismus von Nöten. Hierfür habe ich die Orthologie von verschiedenen Cyanobakterien sowie die Konservierung von Genen und Stoffwechselwegen untersucht. Mit einer neu entwickelten Methode konnte ich gemeinsam vorkommende Gene identifizieren und zeigen, dass diese Gene häufig an einem gemeinsamen biologischen Prozess beteiligt sind, und damit bisher unbekannte Beziehungen aufdecken. Zusätzlich zu den diskutierten Modulen habe ich den SimilarityViewer entwickelt, ein grafisches Computerprogramm für die Identifizierung von gemeinsam vorkommenden Partnern für jedes beliebige Gen. Des Weiteren habe ich für alle Organismen automatische Rekonstruktionen des Stoffwechsels erstellt und konnte zeigen, dass diese die Synthese von gewünschten Stoffen gut vorhersagen, was hilfreich für zukünftige Forschung am Metabolismus von Cyanobakterien sein wird. / Cyanobacteria are photoautotrophic prokaryotes populating virtually all habitats on the surface of the earth. They are one of the prime producers for the global food chain. To cope with the daily alternation of light and darkness, cyanobacteria harbor a circadian clock consisting of the three proteins KaiA, KaiB, and KaiC, whose biochemical interactions result in a phosphorylation cycle with a period of approximately 24 hours. I conducted three time-series experiments in the model organism Synechocystis sp. PCC 6803, which revealed a tight diurnal schedule of gene activation. However, I could not identify any self-sustained oscillations. On the contrary, I observed strong diurnal accumulation of ribosomal RNAs during dark periods, which challenges common assumptions on the amount of ribosomal RNAs. Due to their high growth rates and low demand on their environment, cyanobacteria emerged as a viable option for sustainable production of biofuels. For an industrialized production, however, optimization of growth and comprehensive knowledge of the cyanobacterial metabolism is inevitable. To address this issue, I analyzed the orthology of multiple cyanobacteria and studied the conservation of genes and metabolic pathways. Systematic analysis of genes shared by similar subsets of organisms indicates high rates of functional relationship in such co-occurring genes. I designed a novel approach to identify modules of co-occurring genes, which exhibit a high degree of functional coherence and reveal unknown functional relationships between genes. Complementing the precomputed modules, I developed the SimilarityViewer, a graphical toolbox that facilitates further analysis of co-occurrence with respect to specific cyanobacterial genes of interest. Simulations of automatically generated metabolic reconstructions revealed the biosynthetic capacities of individual cyanobacterial strains, which will assist future research addressing metabolic engineering of cyanobacteria.

Durch ihren Einfluß auf die Genexpression reguliert die zirkadiane Uhr physiologische Funktionen vieler Organe. Obwohl der zugrundeliegende allgemeine Uhrmechanismus gut untersucht ist, bestehen noch viele Unklarheiten über die gewebespezifische Regulation zirkadianer Gene. Neben ihrer gemeinsamen 24-h-Periode im Expressionsmuster unterscheiden diese sich darin, zu welcher Tageszeit sie am höchsten exprimiert sind und in welchem Gewebe sie oszillieren. Mittels Überrepräsentationsanalyse lassen sich Bindungsstellen von Transkriptionsfaktoren identifizieren, die an der Regulation ähnlich exprimierter Gene beteiligt sind. Um diese Methode auf zirkadiane Gene anzuwenden, ist es nötig, Untergruppen ähnlich exprimierter Gene genau zu definieren und Vergleichsgene passend auszuwählen. Eine hierarchische Methode zur Kontrolle der FDR hilft, aus der daraus entstehenden Menge vieler Untergruppenvergleiche signifikante Ergebnisse zu filtern. Basierend auf mit Microarrays gemessenen Zeitreihen wurde durch Promotoranalyse die gewebespezifische Regulation von zirkadianen Genen zweier Zelltypen in Mäusen untersucht. Bindungsstellen der Transkriptionsfaktoren CLOCK:BMAL1, NF-Y und CREB fanden sich in beiden überrepräsentiert. Diesen verwandte Transkriptionsfaktoren mit spezifischen Komplexierungsdomänen binden mit unterschiedlicher Stärke an Motivvarianten und arrangieren dabei Interaktionen mit gewebespezifischeren Regulatoren (z.B. HOX, GATA, FORKHEAD, REL, IRF, ETS Regulatoren und nukleare Rezeptoren). Vermutlich beeinflußt dies den Zeitablauf der Komplexbildung am Promotor zum Transkriptionsstart und daher auch gewebespezifische Transkriptionsmuster. In dieser Hinsicht sind der Gehalt an Guanin (G) und Cytosin (C) sowie deren CpG-Dinukleotiden wichtige Promotoreigenschaften, welche die Interaktionswahrscheinlichkeit von Transkriptionsfaktoren steuern. Grund ist, daß die Affinitäten, mit denen Regulatoren zu Promotoren hingezogen werden, von diesen Sequenzeigenschaften abhängen. / A circadian clock in peripheral tissues regulates physiological functions through gene expression timing. However, despite the common and well studied core clock mechanism, understanding of tissue-specific regulation of circadian genes is marginal. Overrepresentation analysis is a tool to detect transcription factor binding sites that might play a role in the regulation of co-expressed genes. To apply it to circadian genes that do share a period of about 24 hours, but differ otherwise in peak phase timing and tissue-specificity of their oscillation, clear definition of co-expressed gene subgroups as well as the appropriate choice of background genes are important prerequisites. In this setting of multiple subgroup comparisons, a hierarchical method for false discovery control reveals significant findings. Based on two microarray time series in mouse macrophages and liver cells, tissue-specific regulation of circadian genes in these cell types is investigated by promoter analysis. Binding sites for CLOCK:BMAL1, NF-Y and CREB transcription factors are among the common top candidates of overrepresented motifs. Related transcription factors of BHLH and BZIP families with specific complexation domains bind to motif variants with differing strengths, thereby arranging interactions with more tissue-specific regulators (e.g. HOX, GATA, FORKHEAD, REL, IRF, ETS regulators and nuclear receptors). Presumably, this influences the timing of pre-initiation complexes and hence tissue-specific transcription patterns. In this respect, the content of guanine (G) and cytosine (C) bases as well as CpG dinucleotides are important promoter properties directing the interaction probability of regulators, because affinities with which transcription factors are attracted to promoters depend on these sequence characteristics.

No description available.

In spite of remarkable progress in molecular biology, our understanding of the dynamics and functions of intra- and inter-cellular biological networks has been hampered by their complexity. Kinetics modelling, an important type of mathematical modelling, provides a rigorous and reliable way to reveal the complexity of biological networks. In this thesis, two genetic regulatory networks have been investigated via kinetic models. In the first part of the study, a model is developed to represent the transcriptional regulatory network essential for the circadian rhythms in Drosophila. The model incorporates the transcriptional feedback loops revealed so far in the network of the circadian clock (PER/TIM and VRI/PDP1 loops). Conventional Hill functions are not used to describe the regulation of genes, instead the explicit reactions of binding and unbinding processes of transcription factors to promoters are modelled. The model is described by a set of ordinary differential equations and the parameters are estimated from the in vitro experimental data of the clocks' components. The simulation results show that the model reproduces sustained circadian oscillations in mRNA and protein concentrations that are in agreement with experimental observations. It also simulates the entrainment by light-dark cycles, the disappearance of the rhythmicity in constant light and the shape of phase response curves resembling that of experimental results. The model is robust over a wide range of parameter variations. In addition, the simulated E-box mutation, perS and perL mutants are similar to that observed in the experiments. The deficiency between the simulated mRNA levels and experimental observations in per01, tim01 and clkJrk mutants suggests some differences in the model from reality. Finally, a possible function of VRI/PDP1 loops is proposed to increase the robustness of the clock. In the second part of the study, the sources of intrinsic noise and the influence of extrinsic noise are investigated on an intracellular viral infection system. The contribution of the intrinsic noise from each reaction is measured by means of a special form of stochastic differential equation, the chemical Langevin equation. The intrinsic noise of the system is the linear sum of the noise in each of the reactions. The intrinsic noise arises mainly from the degradation of mRNA and the transcription processes. Then, the effects of extrinsic noise are studied by means of a general form of stochastic differential equation. It is found that the noise of the viral components grows logarithmically with increasing noise intensities. The system is most susceptible to noise in the virus assembly process. A high level of noise in this process can even inhibit the replication of the viruses. In summary, the success of this thesis demonstrates the usefulness of models for interpreting experimental data, developing hypotheses, as well as for understanding the design principles of genetic regulatory networks.

Cotton has been a world-wide economic staple in textiles and oil production. There has been a concerted effort for cotton improvement to increase yield and quality to compete with non-natural man-made fibers. Unfortunately, cultivated cotton has limited genetic diversity; therefore finding new marketable traits within cultivated cotton has reached a plateau. To alleviate this problem, traditional breeding programs have been attempting to incorporate practical traits from wild relatives into cultivated lines. This incorporation has presented a new problem: uncultivated cotton hampered by photoperiodism. Traditionally, due to differing floral times, wild and cultivated cotton species were unable to be bred together in many commercial production areas world-wide. This worldwide breeding problem has inhibited new trait incorporation. Before favorable traits from undomesticated cotton could be integrated into cultivated elite lines using marker-assisted selection breeding, the markers associated with photoperiod independence needed to be discovered. In order to increase information about this debilitating trait, we set out to identify informative markers associated with photoperiodism. This study was segmented into four areas. First, we reviewed the history of cotton to highlight current problems in production. Next, we explored cotton’s floral development through a study of floral transition candidate genes. The third area was an in-depth analysis of Phytochrome C (previously linked to photoperiod independence in other crops). In the final area of study, we used Genotype-By-Sequencing (GBS), in a segregating population, was used to determine photoperiod independence associated with single nucleotide polymorphisms (SNPs). In short, this research reported SNP differences in thirty-eight candidate gene homologs within the flowering time network, including photoreceptors, light dependent transcripts, circadian clock regulators, and floral integrators. Also, our research linked other discrete SNP differences, in addition to those contained within candidate genes, to photoperiodicity within cotton. In conclusion, the SNP markers that our study found may be used in future marker assisted selection (MAS) breeding schemas to incorporate desirable traits into elite lines without the introgression of photoperiod sensitivity.