Abstract Plants and animals colonized Northern Europe after the last Ice Age from different refugia, not covered by the ice sheet. Many plants, such as the northern rock cress (Arabidopsis lyrata ssp. petraea) adapted to the short growing season in the North. We thus expect that colonization of the new environment was accompanied by directional selection for traits conferring this adaptation. In this thesis I studied whether recent directional selection can be detected in two important genes, PHYTOCHROME A (PHYA) and FLOWERING LOCUS C1 (FLC1), related to the flowering time pathway. To detect directional selection, I compared DNA sequence variation from the samples of a southern (Plech, Germany) and a northern (Spiterstulen, Norway) population. I also studied the current response potential to changing conditions in the marginal Spiterstulen population. Adaptation potential was characterized by assessing plasticity and amount of additive genetic variation, focusing on flowering traits. In addition, associations of 21 flowering time candidate genes for phenological and fitness traits were studied. There were several lines of evidence for recent directional selection in both candidate genes, PHYA and FLC1, in the northern Spiterstulen population Variation was strongly reduced around both genes and in addition they were highly differentiated between populations. In the Spiterstulen population there was a remarkable reduction in additive genetic variation for flowering traits, for instance when compared with morphological traits. On the other hand, phenological traits showed high plasticity. Some of the photoperiodic pathway genes showed association to flowering or reproductive fitness. The results suggest that directional selection during the colonization of the northern areas has impacted the two studied genes. Genetic changes were likely involved in altered photoperiodic and vernalization responses which might be adaptive for a short growing season. Further, directional selection was probably responsible for reducing additive genetic variation in flowering traits. Because there was only little genetic variation, adaptation to future environmental change of the marginal Spiterstulen population is likely to rely largely on plastic reactions to environmental signals, or tracking the environment by dispersal. / Tiivistelmä Kasvit ja eläimet levittäytyivät Pohjois-Eurooppaan viimeisen jääkauden jälkeen mannerjäätikön ulkopuolella jääneistä refugioista. Useat kasvit, kuten idänpitkäpalko (Arabidopsis lyrata ssp. petraea) sopeutuivat pohjoisen lyhyeen kasvukauteen. On syytä olettaa, että suuntaava valinta vaikutti sopeutumisessa tärkeisiin ominaisuuksiin. Tässä väitöskirjassa tutkin voidaanko suuntaavan valinnan aiheuttamia jalanjälkiä löytää kahdesta tärkeästä kukkimisaikageenistä, FYTOKROMI A (PHYA) ja FLOWERING LOCUS C1 (FLC1) geeneistä. Tätä varten vertasin DNA sekvenssimuuntelua pohjoisessa (Norja) ja eteläisessä (Saksa) populaatiossa, kiinnittäen erityisesti huomiota geneettisen muuntelun määrään ja erilaistumiseen. Lisäksi tutkin miten Spiterstulenin reunapopulaatio voi vastata tulevaisuudessa muuttuvaan ympäristöön. Sopeutumispotentiaalia arvioitiin sekä fenotyyppisen plastisuuden että additiivisen geneettisen muuntelun määrällä. Lisäksi tutkin miten vaihtelu 21 kukkimisaikageenissä liittyy fenologisiin ja kelpoisuusominaisuuksiin. Useat merkit viittasivat siihen, että suuntaava valinta oli vaikuttanut kummassakin tutkitussa geenissä. Muuntelu oli vähentynyt voimakkaasti kumpaakin geeniä ympäröiviltä kromosomialueilta, jotka olivat myös selkeästi erilaistuneet. Additiivinen geneettinen muuntelu oli selvästi vähentynyt kukkimisominaisuuksissa verrattuna morfologisiin ominaisuuksiin, mahdollisesti suuntaavan valinnan johdosta. Kukkimisominaisuudet olivat kuitenkin plastisia. Jotkin valojaksoreitin geenit vaikuttivat sekä kukkimiseen että lisääntymiskykyyn. Nämä tulokset osoittavat että suuntaava valinta vaikutti kahteen tutkittuun geeniin pohjoiseen levittäytymisen aikana. Geneettiset muutokset liittyivät todennäköisesti muuttuneisiin valojakso-, ja vernalisaatiovasteisiin, jotka saattoivat edistää sopeutumista lyhyeen kasvukauteen. Koska geneettistä muuntelua oli vain hyvin vähän, fenotyyppisellä plastisuudella on todennäköisesti tärkeä rooli sopeutumisessa muuttuvaan ympäristöön Spiterstulenin reunapopulaatiossa.

Abstract Bronchiolitis is an infection of the small airways of the lung and is a common reason for infant hospitalizations. The most common causative pathogen is the respiratory syncytial virus (RSV). Genetic factors are thought to influence the risk of bronchiolitis, and better knowledge of bronchiolitis genetics will likely help to elucidate the disease process. Severe bronchiolitis in childhood may predispose to asthma. Therefore, an effective treatment of bronchiolitis may affect the present-day as well as lifelong respiratory health. In this project, we aimed to identify genetic loci of bronchiolitis susceptibility by a genome-wide association study (GWAS) and suitable follow-up studies, and to study a previously asthma-associated CDHR3 variant for association across five bronchiolitis populations by meta-analysis. We performed the GWAS on a Finnish-Swedish case-control population and identified several loci below the suggestive genome-wide significance level. Of these, three variants showed nominal associations in a replication population from the Netherlands. One of the loci affected KCND3 expression, and two others were intergenic variants with putative regulatory potential. In a follow-up study conducted on a GWAS sub population, we identified the NKG2D locus as a candidate of susceptibility to bronchiolitis. The genomic region encompassing NKG2D variants was reportedly associated with NKG2D mRNA and protein abundance. We validated the association between NKG2D genotypes and protein expression with flow cytometry. The association between NKG2D and bronchiolitis was supported by a Finnish replication study. The meta-analysis was performed on populations from Denmark, Finland, Sweden, Germany, and the Netherlands. A potential virus-specific role for the CDHR3 variant was detected in a population that comprised mostly RSV-negative cases. In conclusion, we identified new candidates of bronchiolitis susceptibility in GWAS and subsequent studies. We found the CDHR3 variant was a potential susceptibility factor in severe non-RSV bronchiolitis and asthma. Our preliminary results provide interesting starting points for further studies. In the future, better understanding of the disease mechanisms and the relationship of bronchiolitis and asthma could provide means to design new therapeutic options. / Tiivistelmä Bronkioliitti on viruksen aiheuttama alahengitystieinfektio, joka usein johtaa pienten lasten sairaalahoitoon. Yleisin bronkioliitin aiheuttaja lapsilla on respiratory syncytial -virus (RSV). Perintötekijöiden arvellaan altistavan bronkioliitille, joten uusi tieto altistavista geeneistä voi auttaa ymmärtämään taudin taustalla olevia biologisia mekanismeja. Lapsuusiän bronkioliitin ajatellaan voivan altistaa astmalle, joten bronkioliitin tehokas hoito voi vaikuttaa merkittävästi hengitysterveyteen myös pitkällä aikavälillä. Työssä pyrittiin selvittämään lapsuusajan bronkioliitille altistavia geneettisiä tekijöitä genominlaajuisella assosiaatiokartoituksella, joka toteutettiin suomalais-ruotsalaisessa tapaus-verrokkiväestössä. Löydökset pyrittiin varmentamaan soveltuvilla jatkotutkimuksilla. Lisäksi tarkastelimme astmalle altistavaa CDHR3-geenin polymorfismia viidessä eurooppalaisessa bronkioliittikohortissa käyttäen meta-analyysia. Assosiaatiokartoituksessa havaittiin useita mahdollisia bronkioliittialttiuteen vaikuttavia geenikohtia. Näistä kolme sai tukea hollantilaisessa väestössä tehdyssä assosiaatioanalyysissä, jossa testattiin assosiaatiokartoituksen lupaavimmat löydökset. Yksi altistavista polymorfismeista vaikutti KCND3-geenin ilmentymiseen, ja kaksi muuta olivat geenien välisiä, mahdollisesti geeninsäätelyyn osallistuvia variantteja. Assosiaatiokartoituksen osa-analyysissä NKG2D tunnistettiin mahdolliseksi bronkioliitille altistavaksi geeniksi. NKG2D-immuunireseptorin alentunut ilmentyminen voi tulostemme perusteella altistaa vakavalle bronkioliitille. Meta-analyysissä, jonka tutkimuskohortit olivat peräisin Tanskasta, Suomesta, Ruotsista, Saksasta ja Hollannista, todettiin mahdollinen yhteys CDHR3-geenin polymorfismin ja muun viruksen kuin RSV:n aiheuttaman bronkioliitin välillä. Toteutimme tässä työssä ensimmäisen genominlaajuisen bronkioliittialttiutta koskevan assosiaatiokartoituksen. Assosiaatiokartoituksessa, sitä seuranneissa jatkotutkimuksissa ja meta-analyysissä tunnistimme useita lupaavia alttiusgeenejä, mutta tuloksemme vaativat varmentamista suuremmissa tutkimusväestöissä.