Abstract Schizophrenia and other psychotic disorders are severe and disabling mental disorders that break out during early adulthood, often when a person is in his/her early 20s. Furthermore, functional decline in many cognitive areas, including the ability to communicate in social interactions and impaired facial expression recognition, is typical to patients with schizophrenia. Understanding the risk factors of psychosis is essential as these disorders may be more amenable to treatment in their early stages. However, recognition of those at the highest risk of psychosis is challenging as no definitive biomarkers are available. Functional MRI is a promising tool that can potentially identify neural signals relating to the individual’s risk of psychosis onset. Psychotic disorders are etiologically heterogeneous disorders — both environmental and genetic factors have been linked to the onset of psychotic disorders. The most influential risk factor for a psychotic disorder is familial risk with genetic loading. The present study examines whether familial risk of psychosis (FR), the polygenic risk score for schizophrenia (PRS) and early adversity associate with brain response to faces. We used fMRI to measure blood oxygen level dependent (BOLD) response to faces. Our study showed that FR associated with deviant prefrontal cortex BOLD responses. In addition, we detected that interregional BOLD signal and grey matter volume varied as a function of PRS; the lowest functional and structural covariance was detected in individuals with high PRS. We also detected that early adversities associated with brain response to faces and that this association varied as a function of glucocorticoid receptor gene expression. Our findings indicate that the above risk factors of psychosis associate with brain response to faces. / Tiivistelmä Skitsofrenia ja muut psykoosisairaudet ovat vakavia mielenterveyden häiriöitä, jotka puhkeavat usein nuorella aikuisiällä. Eräs tyypillinen piirre psykoosisairauksille on vaikeus tunnistaa muiden ihmisten kasvonilmeitä. Psykoosisairauksien riskitekijöiden ymmärtäminen on tärkeää, sillä hoito tehoaa parhaiten sairastumisen alkuvaiheessa. Suurimmassa psykoosivaarassa olevien henkilöiden tunnistaminen on kuitenkin haastavaa, sillä luotettavia tautiin liittyviä biomarkkereita ei ole saatavilla. Toiminnallinen magneettikuvaus (fMRI) on lupaava työkalu, jolla saattaa olla tulevaisuudessa käyttöarvoa psykoosivaaraan liittyvien aivomuutosten tunnistamisessa. Etiologialtaan psyykoosisairaudet ovat heterogeenisiä: sekä ympäristö että perinnölliset tekijät vaikuttavat yksilön sairastumisriskiin. Voimakkain riskitekijä on suvullinen psykoosialttius. Tässä osajulkaisuväitöskirjassa tutkitaan suvullisen psykoosialttiuden, skitsofrenian polygeenisen riskipisteen (PRS) sekä varhaisten vastoinkäymisten yhteyttä aivojen kasvonilmeitä tulkitsevaan järjestelmään. Tutkimuksessa on hyödynnetty fMRI-kuvausta kasvonilmestimuluksen aikana. Tutkimuksessamme suvullinen psykoosialttius oli yhteydessä etuotsalohkon fMRI-signaalimuutoksiin. Tämän lisäksi havaitsimme, että kasvonilmejärjestelmän fMRI-signaalin ja harmaan aineen kovarianssi oli yhteydessä PRS:ään: matalin aivoalueiden välinen korrelaatio havaittiin henkilöillä, joiden PRS oli korkea. Havaitsimme myös, että varhaiset vastoinkäymiset ovat yhteydessä kasvonilmeiden aikaansaamiin aivovasteisiin. Tämä assosiaatio oli myös yhteydessä glukokortikoidireseptorin geenin ilmentymiseen. Väitöskirjan löydökset viittaavat siihen, että edellä mainitut psykoosin riskitekijät ovat yhteydessä kasvonilmeitä tulkitsevaan järjestelmään.

Abstract Adaptation through polygenic selection is a prominent feature in nature. Still, the genetic backgrounds of polygenic adaptations are often unknown. The challenges of resolving adaptive processes are related to selection being distributed over several loci with often small effect sizes. Also, even a low level of population substructure can obstruct the inference. Further, demographic factors in the history of the species, such as population size changes and range expansions leave a confounding footprint in the background genomic variation. In this thesis, polygenic adaptation was studied with Scots pine (Pinus sylvestris L.), a widespread ecologically and economically important conifer. In this thesis, timing of bud set – an adaptive polygenic trait – was studied at the level of the phenotype in a common garden study, and at the genomic level by examining the sequence and allele frequency variation patterns in bud set timing related loci, with a sampling across a latitudinal transect in Europe. An association study, combining these two levels, was carried out with a new Bayesian multipopulation method. The congruence of allozyme and nucleotide level diversity was estimated, the level of neutral genetic population structure surveyed, and a demographic background model for statistical inference of selective signals redefined. Allozyme variation seemed to correlate well with the nucleotide level variation at the between species level, but within population, at the individual allozyme coding loci, does not describe the underlying level of nucleotide variation well. Indications of recent colonization history affecting the level of differentiation between populations were seen, and the need to control for the background effects of simultaneous range expansion and adaptation shown. Lower phenotypic and additive genetic variation in timing of bud set was found in northern compared to central European populations. Signs of heterogeneity in genetic basis of this trait were also found between these areas, which could indicate different timekeeping mechanisms due to different environmental cues in the two regions. The results in this thesis are of value to the study of adaptation, but also for breeding, conservation and prediction of responses of forest trees to future climate change. / Tiivistelmä Sopeutuminen perustuu usein polygeenisiin ominaisuuksiin. Näiden ominaisuuksien geneettiset taustat ovat silti vielä pitkälti selvittämättä. Sopeutumisominaisuuksien genetiikan selvittämistä vaikeuttaa valinnan vaikutusten jakautuminen usean, usein pienivaikutuksisen lokuksen kesken. Lisäksi vähäinenkin populaatiorakenne hankaloittaa geenien tunnistamista. Myös lajin historiassa tapahtuneet demografiset muutokset, kuten populaatiokoon vaihtelut ja kolonisaatio jättävät jälkensä genomiin. Väitöskirjassani tutkin polygeenistä sopeutumista ekologisesti ja taloudellisesti tärkeän havupuulajin, metsämännyn (Pinus sylvestris L.) avulla. Väitöskirjassani tutkin metsämännyn silmunmuodostuksen ajoitusta sekä fenotyypin että sekvenssimuuntelun tasolla. Ajoitusta mitattiin eri leveysasteilta peräisin olevista eurooppalaisista populaatioista yhteiskasvatuskokeessa, ja sekvenssimuuntelua sekä alleelifrekvenssien jakautumista tutkittiin vastaavasta näytteestä. Geenikartoituskokeessa yhdistettiin nämä kaksi muuntelun tasoa hyödyntäen uutta, usean populaation tutkimiseen soveltuvaa analyysimenetelmää. Lisäksi tutkin allotsyymimuuntelun ja nukleotidimuuntelun keskinäistä tarkkuutta geneettisen diversiteetin kuvaajina, neutraalin populaatiorakenteen tasoa, sekä demografian vaikutusta metsämännyn genomissa. Allotsyymimuuntelun todettiin kuvaavan hyvin lajien välisiä diversiteettieroja. Populaation sisällä yksittäisten allotsyymien heterosygotia ei korreloinut entsyymiä koodaavan geenin muuntelun määrän kanssa. Pohjoisten populaatioiden vähäisemmät keskinäiset erot verrattuna keskieurooppalaisiin antoivat viitteitä siitä, että viimeisimmän jääkauden jälkeiset kolonisaatiotapahtumat voivat edelleen vaikuttaa populaatioiden erilaistumisasteeseen. Assosiaatiotutkimuksessa osoitettiin, kuinka tärkeää yhtäaikaisen sopeutumisen ja kolonisaation huomioiminen on sopeutumisominaisuuksien tutkimisessa. Fenotyyppinen muuntelu silmunmuodostuksen ajoituksessa oli vähäisempää pohjoisissa populaatioissa. Lisäksi löysimme merkkejä geneettisestä heterogeenisuudesta silmunmuodostuksen taustalla pohjoisten ja keskieurooppalaisten metsämäntyjen välillä, mikä voi johtua vuodenajan vaihtelun mittaamiseen käytettävien ympäristösignaalien eriytymisestä näiden alueiden välillä. Väitöskirjassani saadut tulokset hyödyttävät paitsi sopeutumistutkimusta, myös jalostus- ja luonnonsuojelututkimusta sekä ilmastonmuutoksen vaikutusten arviointia.