Bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta

 

Uusimmat julkaisut

  • Yan, Yan (Hansaprint, 2018)
    LKB1-AMPK-signalointireitti on keskeinen solujen kasvun ja energiametabolian säätelijä. AMPK-kinaasikompleksi aktivoituu solun energiatasojen laskiessa ja säätelee solun aineenvaihduntaa fosforyloimalla kohdeproteiineja sekä säätelemällä aineenvaihduntaan liittyvien geenien ilmenemistä. Yksi keskeisistä AMPK:n säätelemistä signaalinvälitysreiteistä on mTORC1, joka on aktiivinen solun kasvun ja jakautumisen yhteydessä ja yliaktivoitunut monissa syövissä. AMPK:n säätelemien signaalinvälitysreittien selvitys on ollut tärkeä osa solun energiahomeostaasin ymmärtämistä, mutta mekanismeja jotka säätelisivät AMPK:n spesifistä aktivaatiota tiettyjä substraatteja kohtaan ei ole aiemmin kuvattu. Tämän väitöskirjan ensimmäisessä osatyössä havaitsimme, että AMPK:n katalyyttisen alayksikön, AMPKa1:n, sumoylaatio SUMOylaatio säätelee mTORC1-signalointia. Muissa tutkituissa AMPK:n säätelemissä metaboliareiteissä ei havaittu aktivaatioeroja. AMPKa1:n SUMOylaatio tapahtui AMPK-aktivaation yhteydessä, ja reaktiota katalysoi SUMO E3-ligaasi PIAS4. mTORC1-aktivaatio oli merkittävästi korkeampaa soluissa, joista on poistettu SUMOylaatioon vaadittava E2-ligaasi Ubc9, E3-ligaasi PIAS4 tai joissa ilmennettiin AMPK:ta josta puuttui SUMOylaation kohdeaminohappo. Nämä löydökset viittaavat siihen, että AMPK-aktivaation säätely AMPKa1: n SUMOylaatiolla toimii "jarrujärjestelmänä" joka rajoittaa mTORC1 liiallista estämistä. Havaitsimme myös, että PIAS4:n poistaminen rintasyöpäsoluista voimistaa AMPK:n kykyä alentaa näiden solujen mTORC1-signalointia ja jakautumista, joten AMPK:n SUMOylaation estäminen voi tarjota uuden näkökulman rintasyöpälääkkeitä kehitettäessä. AMPK toimii soluissa myös muissa kuin energia-aineenvaihduntaan liittyvissä prosesseissa, mutta näitä on tutkittu aiemmin vain vähän. Väitöskirjani toisessa osatyössä tutkittiin AMPK:n roolia solujen kiinnittymisessä ja mekanotransduktiossa. Havaitsimme, että AMPK säätelee integriinejä, solukalvon reseptoreja, jotka ovat keskeisessä roolissa solun tukirangan ja soluväliaineen välisissä interaktioissa. AMPKa1 ja AMPKα2 vähensivät ß1-integriiniaktiivisuutta, integriinistä riippuvaa fibrillistä adheesiota, solujen leviämistä sekä solun ja soluväliaineen välistä kiinnittymisvoimaa. Osoitimme, että AMPK inhiboi integriiniaktiivisuutta estämällä integriiniä sitovien proteiinien Tensin 1:n ja Tensin 3:n ilmentymistä. Tutkimuksemme osoitti ensimmäistä kertaa, että AMPK säätelee Tensin 1/3 ekspressiota ja sitä kautta integriinien toimintaa, sekä solun tukirangan ja soluväliaineen välisiä vuorovaikutuksia.   Lkb1-kinaasi aktivoi AMPK:ta ja muita AMPK-kinaasiperheen jäseniä. Lkb1 on tunnettu tuumorinsuppressori, ja sen puutos johtaa solujen liikakasvuun monissa kudoksissa. Lkb1 on toisaalta tärkeä esimerkiksi veren kantasolujen ylläpidossa, ja Lkb1:n puute kantasoluissa johtaa verisolukatoon. Lkb1:n tehtävää muissa kantasolutyypeissä ei ole tutkittu. Tämän väitöskirjan kolmannessa osatyössä tutkittiin Lkb1:n roolia suolistoepiteelin aktiivisesti jakautuvissa kantasoluissa. Havaitsimme, että Lkb1 on tärkeä myös suoliston kantasolujen ylläpitämisessä. Lkb1 inhiboi erittäviin solutyyppeihin erilaistumiseen johtavaa Atoh1-geeniä, ja Lkb1:n poisto johti Atoh1-yliekspressioon sekä erittävien solutyyppien lisääntymiseen suolistoepiteelissä. Sekä Atoh1:n säätely että suoliston kantasolujen Lkb1-riippuvainen toiminta olivat riippumattomia Notch-signaloinnista. Tutkimuksessamme osoitettiin, että Lkb1 säätelee suoliston kantasolujen toimintaa ja Atoh1:n ilmenemistä solun sisäisiä signaalireittejä käyttäen.
  • Jousimo, Jussi (2018)
    Ekologisten ilmiöiden toimintaan liittyy aika ja tila. Tämä näkyy esimerkiksi siten, että luonnossa lähellä toisiaan olevat kohteet muistuttavat enemmän toisiaan kuin kaukana olevat, mikä kertoo lajien sopeutumisesta erilaisiin olosuhteisiin. Populaatioekologia tutkii lajien yksilöistä koostuvien joukkojen käyttäytymiseen liittyviä ilmiöitä ja tästä saatavia tietoja voidaan hyödyntää esimerkiksi luonnonsuojelua koskevassa päätöksenteossa. Tässä väitöskirjassa keskityimme kehittämään tilastollisia menetelmiä, jotka ottavat huomioon erityisesti ajan ja paikan vaikutuksen sekä soveltamaan menetelmiä kolmeen eri populaatioekologiseen tutkimusasetelmaan. Ensimmäinen näistä perustuu simuloituun aineistoon, jolla pyrimme testaamaan menetelmää populaatiokoon määrittämiseksi yhdistelemällä tietoja eläinten jäljistä, ympäristöstä ja GPS-seurannasta. Menetelmä tuotti selvästi tarkempia tuloksia kuin mallit, jotka eivät huomioi tilaa tai aikaa. Toisessa tutkimuksessa sovelsimme menetelmää Suomessa kattavasti kerättyyn oravan (Sciurus vulgaris) talvilaskenta-aineistoon. Tarkastelimme käpyjen ja petojen määrän sekä metsä- ja peltoympäristöjen vaikutusta oravan esiintymiseen. Tulokset viittaavat siihen, että oravien lukumäärään vaikuttaa erityisesti käpyjen runsaus, vaikka petojen määrä on yhteydessä oraviin. Arvelemme taustalla vaikuttavan ilmastoon liittyvät tekijät sekä petojen mieltymyksen samantyyppiseen elinympäristöön oravan kanssa, vaikkakin alueellista vaihtelua saattaa esiintyä. Viimeisessä tutkimuksessa tarkastelimme härmän (Podosphaera plantaginis) esiintymistä heinäratamon (Plantago lanceolata) lehdillä ja siihen liittyviä tekijöitä. Aineisto on kerätty Ahvenanmaan niityiltä, joilla heinäratamo esiintyy. Evoluutio kehittää ratamon vastustuskykyä härmää vastaan, mutta toisaalta niittyjen läheisyys edistää härmän leviämistä. Tutkimuksessa havaitsimme, että läheisyys vaikuttaa uusiin tartuntoihin ja härmän selviytymiseen talven yli negatiivisesti sekä vetäytymiseen positiivisesti. Laboratoriokokeet vahvistivat ratamon olevan vastustuskykyisempi niityillä, joita on tiheässä. Tämä on mahdollisesti seurausta siitä, että tiheillä alueilla ratamo pystyy kehittämään paremman vastustuskyvyn vaihtamalla geenejä helpommin tai investoimaan vastustuskykyyn ravinteikkaamman maan ansiosta.
  • Hasygar, Kiran (Painosalama Oy, 2017)
    Organismin selviytymismahdollisuudet riippuvat sen kyvystä sopeutua ravintomäärien vaihteluun. Kyky säilöä energiaa ja kasvaa nopeasti runsaalla ruokavaliolla tuo yksilölle kilpailuedun, mutta oleellista on myös kestää ravinnon niukkuutta. Insuliini- ja insuliinin kaltainen signalointi (IIS) on anabolinen signaalireitti, joka edistää kasvua ja energian säilömistä, kun ravintoa on runsaasti. Niukkaravinteisissa olosuhteissa IIS täytyy kuitenkin hiljentää kasvun ja energiatasapainon säätämiseksi uudelleen. Vielä tunnetaan huonosti IIS:ää sääteleviä tekijöitä, jotka määrittävät optimaalisen tasapainon anabolian ja katabolian välillä auttaen organismia selviytymään vaihtelevissa ravinto-olosuhteissa. Tutkimuksen tavoitteena oli banaanikärpästä (Drosophila melanogaster) mallina käyttäen tunnistaa uusia ravinnon säätelemiä signaalireittejä, jotka koordinoivat kasvua ja aineenvaihduntaa. Banaanikärpästen etuna on edullisuus ja lyhyt elinkierto. Niitä on käytetty biologisena mallina yli 100 vuoden ajan, joten on kehitetty useita geneettisiä työkaluja, joilla manipuloida geenien ilmentymistä eri kudoksissa. Drosophila on myös erinomainen malli tutkia kasvua ja aineenvaihduntaa, koska niihin liittyvät signalointimekanismit, kuten IIS ovat evoluutiossa hyvin säilyneitä. Ravinto säätelee insuliinihormonien eritystä kärpäsillä, ja monet ravinnon aistintaan liittyvät signalointireitit risteävät insuliinia tuottavissa soluissa (IPC, Insulin Producing Cells) insuliinin erittämiseksi ravintotason mukaan. Tässä työssä käytimme kudosspesifistä in vivo RNAi-seulontaa IPC:issä löytääksemme uusia IIS:n säätelijöitä. Tässä väitöstyössä tunnistimme ERK7-proteiinin tärkeäksi nälkiintymisvasteen säätelijäksi. Osoitamme, että ERK7-geeniä ilmennetään IPC:issä nälkiintymisen aikana, mikä on riittävää ja välttämätöntä insuliinihormonien erityksen ja eläimen kasvun estämiseksi. Mikä tärkeintä, ERK7:n hiljentäminen IPC:issä heikentää nälkiintymisvastetta. Lisäksi osoitamme, että myös proteiinikompleksi Exocyst on välttämätön insuliinihormonien eritykselle kärpäsellä. Osoitamme, että IPC:iden lisäksi ERK7:n ilmentyminen lisääntyy nälkiintymisen aikana rasvaelimessä, joka on kärpäsen maksaa ja rasvakudosta vastaava elin. Rasvaelimessä tuotettu ERK7 sekä rajoittaa eläimen kasvua vähentämällä insuliinihormonien eritystä IPC:istä että estää rasvasynteesiä ja triasyyliglyserolin (TAG) säilömistä rasvaelimeen. Olemme myös tuottaneet ERK7-mutanttikärpäsiä, jotka kasvavat nopeasti ja säilövät enemmän TAG:ia runsaalla ruokavaliolla, mikä vahvistaa ERK7:n roolia kasvun ja rasvasynteesin estäjänä. ERK7-mutantit eivät pysty rajoittamaan kasvuaan ja käyttämään rasvavarastojaan, kun ravintoa on niukasti, ja siksi ne selviytyvät huonosti nälkiintyessään. Osoitamme myös, että ERK7 säätelee suurinta osaa nälkiintymisen indusoimasta geenien ilmentymisestä, mikä todistaa ERK7:n olevan yksi tärkeimmistä tekijöistä systeemisessä nälkiintymisvasteessa. Työssä todistamme, että ERK7 on nälkiintymisen indusoima kasvun ja aineenvaihdunnan säätelijä. Estämällä anabolisia prosesseja, kuten insuliinisignalointia ja rasvasynteesiä sekä aktivoimalla katabolisia prosesseja, kuten rasvojen hajotusta, ERK7 edistää eläimen selviytymistä nälkiintymisestä.
  • Koskela, Katja (Juvenes Print, 2017)
    Mikrobin tai biologisen materiaalin aiheuttamaa epidemiaa tai sen uhkaa kutsutaan biologiseksi uhkaksi, silloin kun tauti ei tartuntavaaransa vuoksi ole yhteiskunnan normaaliresurssein hoidettavissa tai kun kyseessä on laaja epidemia, jonka hallitsemiseen tavanomaiset resurssit eivät riitä. Biologinen uhka voi olla luonnollinen, kuten esimerkiksi Länsi-Afrikan laaja ebolaepidemia vuosina 2014-2016, tai tahallinen mikrobin tai toksiinin levittäminen. Väitöskirjan tavoitteena oli kehittää ja hyödyntää molekyylibiologisia menetelmiä biologisten uhka-agenssien nopeaa ja luotettavaa tunnistamista varten. Työn tarkoituksena oli tunnistaa ja tyypittää biologisia uhka-agensseja, olivat ne sitten luonnollisia ja tahallisesti levitettyjä. Työssä hyödynnettiin polymeraasiketjureaktiota (PCR) bakteerien tunnistamisessa sekä tautia aiheuttavien ja vaarattomien bakteerikantojen erottelussa toisistaan. Lisäksi käytettiin hyväksi 16S ribomaalisen RNA (rRNA) -geenin sekvensointia tutkittaessa polymikrobisia näytteitä, ja Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR) -geenialueiden vertailua bakteerien tyypityksessä. Kolera, Vibrio cholerae -bakteerin aiheuttama tauti, on maailmanlaajuisesti suuri kansanterveydellinen ongelma. Lisäksi Yhdysvaltain tartuntatautivirasto CDC (Centers for Disease Control and Prevention) on luokitellut V. cholerae -bakteerin yhdeksi potentiaaliseksi biouhka-agenssiksi. Työssä kehitettiin kahteen polymeraasiketjureaktioon perustuva V. cholerae -bakteerin tunnistusmenetelmä. Toisen menetelmän avulla pystytään tunnistamaan kaikki V. cholerae -kannat ja toinen havaitsee vain tautia aiheuttavat kannat. Lisäksi työssä vertailtiin kolmea eri PCR-laitetta. Työssä kehitetyt tunnistusmenetelmät osoittautuivat käyttökelpoisiksi ja luotettaviksi tunnistettaessa ja eroteltaessa V. cholerae -kantoja. Käytetyt PCR-laitteet antoivat samanlaiset tulokset, mikä mahdollisti tunnistusmenetelmän siirtämisen laitteiden välillä ilman, että sillä oli vaikutusta menetelmän herkkyyteen tai spesifisyyteen. Kahta erillistä 16S rRNA -geeniin perustuvaa menetelmää yhdistettynä Sanger- ja pyrosekvensointiin hyödynnettiin tutkittaessa bakteerijäämiä kaulavaltimokudoksesta ja myyrien maksanäytteistä. Tavoitteena oli tutkia menetelmien käytettävyyttää ja vertailla menetelmiä toisiinsa. Käytetyt menetelmät osoittautuivat soveltuviksi bakteerilajien havaitsemiseen erilaisista näytematriiseista ja menetelmiä pystytään hyödyntämään tutkittaessa polymikrobisia näytteitä. Lisäksi käytetyt kaksi eri menetelmää tunnistivat samoja bakteerisukuja samoista näytteistä, mikä lisää menetelmien ja tulosten luotettavuutta. Yersinia-bakterien sukuun kuuluu kolme ihmisille tautia aiheuttavaa lajia; Y. pestis, ruton aiheuttaja ja potentiaalinen biouhkabakteeri sekä Y. enterocolitica ja Y. pseudotuberculosis, jotka aiheuttavat suolistotulehduksia. Koska Y. pestis ja Y. pseudotuberculosis -bakteerien genomit ovat hyvin samanlaisia, kantojen tyypittäminen ja erottaminen toisistaan on haastavaa. Tässä työssä CRISPR spacer -geenialueita hyödynnettiin Yersinia-suvun kantojen tyypittämisessä. Tyypitysmenetelmä osoittautui lupaavaksi työkaluksi, vaikka toisistaan eroavien spacer-sekvenssien laaja kirjo vaikeutti kantojen ryhmittämistä ja vertailua. Lisäksi Y. pestis ja Y. pseudotuberculosis -kantojen fylogeneettistä suhdetta tutkittiin vertailemalla kantojen spacer-sekvenssejä. Yllättäen lajeilla oli hyvin vähän yhteisiä spacereita. Näin ollen tutkimus ei tuonut lisätietoa kantojen fylogeneettisistä suhteista. Väitöskirjassa hyödynnettiin molekyylibiologisia menetelmiä potentiaalisten biologisten uhka-agenssien osoittamisessa, tunnistamisessa ja tyypittämisessä. Kehitetty PCR-menetelmä pystyttiin siirtämään kenttäkelpoiselle PCR-laitteelle, mikä tekee mahdolliseksi laitteen käyttämisen lähellä potilasta esimerkiksi epidemian aikana. Tulokset olivat valmiina muutamissa tunneissa, mikä mahdollistaa nopeat lääkinnälliset toimenpiteet. Lisäksi bakteerien 16S rRNA-geenialueen sekvensointiin perustuvia menetelmiä pystytään hyödyntämään sellaisten biologisten agenssien seulonnassa ja tunnistamisessa, joiden identifiointi tavanomaisilla menetelmillä, esimerkiksi viljelemällä, olisi haastavaa tai työlästä. CRISPR-geenialueeseen perustuvaa menetelmää pystyttäisiin hyödyntämään bakteerien tyypityksessä, mikäli laaja referenssitietokanta olisi käytettävissä. DNA:n sekvensointi ja viime vuosina varsinkin uuden sukupolven sekvensointimenetelmät ovat osoittautuneet käyttökelpoisiksi työkaluiksi biologisten agenssien tunnistamisessa ja tyypittämisessä. Sekvensointimenetelmiä pystytään hyödyntämään myös epidemiologisissa tutkimuksissa ja selvitettäessä taudinaiheuttajan alkuperää. Erilaiset molekyylibiologiset menetelmät ovat kehittyneet valtavasti viimevuosina ja taudinaiheuttajien tunnistamisesta on tullut nopeaa ja luotettavaa. Nopea tunnistaminen luo perustan lääkinnällisten vastatoimien aloittamiselle. Tarkka tunnistaminen ja tyypittäminen antavat myös mahdollisuuden erottaa tahallinen levitys luonnollisesta epidemiasta.
  • Mätlik, Kert (Helsingin Yliopisto, 2017)
    Aivohalvaus on teollisuusmaissa yksi yleisimmistä kuolinsyistä ja yleisin syy heikentyneeseen elämänlaatuun. Valtaosassa aivohalvaustapauksista on häiriön syynä aivovaltimoa tukkiva veritulppa joka aiheuttaa veren ja hapen puutteen, ja lopulta aivokudoksen vaurioitumisen. Nykyiset hoitokeinot verenkierron palauttamiseen ovat rajalliset ja farmakologisia menetelmiä hermosolujen kuoleman estämiseksi ei ole. Lisäksi, potilaiden toimintakyvyn palautuminen aivoinfarktin jälkeen on vain osittaista ja palautumista nopeuttavilla kuntoutusmuodoilla vaikutus on rajallinen. Näistä syistä johtuen aivoinfarktista aiheutuva vammautuminen on hyvin yleistä ja valitettavasti myös pysyvää. MANF- ja CDNFhermokasvutekijöillä on havaittu olevan vahva hermosoluja suojaava ja niiden toimintaa palauttava vaikutus Parkinsonin taudin eläinmalleissa. MANF:lla on lisäksi osoitettu olevan vahva hermosoluja suojaava vaikutus aivoinfarktin rottamallissa, mutta CDNF:n hermosoluja aivoiskemialta suojaavaa vaikutusta ei ole tähän asti tutkittu. Aivokudokseen annosteltujen CDNF ja MANF proteiinien vaikutuksista on hyvin vähän tietoa, mutta pre-kliinisten ja kliinisten jatkotutkimusten suunnittelun kannalta tämä tieto olisi olennaista. Tässä työssä on selvitetty mihin soluihin aivokudokseen annosteltu CDNF pääsee, miten se niissä sijoittuu ja miten nopeasti se aivokudoksesta häviää. Lisäksi olemme osoittaneet, että aivokudokseen annosteltu CDNF kuljetetaan myös keskiaivojen dopaminergisiin hermosoluihin, joiden rappeutuminen aiheuttaa Parkinsonin taudin motoriset oireet. Näytämme aivoinfarktin rottamallia käyttäen, että aivokudokseen annostellulla CDNF proteiinilla on kyky suojata aivokuoren soluja iskemialta. Tämän tuloksen mukaan on aivohalvauksen mahdollisen hoitokeinon löytämiseksi syytä jatkaa CDNF:n suojaavan vaikutuksen tutkimista. Lisäksi olemme havainneet geeniterapiaa käyttäen, että MANF, annosteltuna kaksi päivää aivoiskemian jälkeen, vähentää aivoinfarktin rottamallissa eläinten motorista toimintahäiriötä aivoinfarktia seuraavien viikkojen aikana. Mahdollista MANF-pohjaista hoitokeinoa voisi tämän havainnon perusteella kehittää aivoinfarktipotilaiden toiminnallisen palautumisen nopeuttamiseksi. Lopulta olemme tutkineet MANF proteiinin rakenteellisten aiheiden tärkeyttä hermosoluja suojaavan ominaisuuden kannalta, verraten niiden tarpeellisuutta viljellyissä hermosoluissa ja aivoinfarktin rottamallissa. Tämä työ on lisännyt tietojamme MANF:n ja CDNF:n terapeuttisesta potentiaalista ja näiden proteiinien farmakokineettisistä ja rakenteellisista ominaisuuksista.
  • Bulanova, Daria (Helsingin yliopisto, 2016)
    Naisten yleisin syöpä on rintasyöpä 1. Tärkeimpiä rintasyövän riskitekijöitä ovat suvun syöpähistoria ja perinnölliset geneettiset mutaatiot. Nykyisten arvioiden mukaan yleisimmät perinnölliset mutaatiot (esim. BRCA1- ja BRCA2-geeneissä) selittävät kuitenkin vain n. 30 % perinnöllisistä rintasyöpätapauksista 2-5. Uusien rintasyövälle altistavien geneettisten tekijöiden löytäminen on näin ollen tärkeää. Tässä työssä käytimme eksomisekvensointia löytääksemme uusia rintasyövälle altistavia geneettisiä mutaatioita. Löysimme inaktivoivan mutaation c.183delG [p. Arg61fs] geenistä, joka koodaa G-proteiinikytköksistä reseptoriproteiinia GPRC5A. Tämä uusi rintasyövän geneettinen determinantti on erityisen yleinen BRCA1-mutatoituneissa perinnöllisissä syövissä. Me saimme selville, että GPRC5A säätelee BRCA1:n ilmentymistä ja toimintaa homologiseen rekombinaatioon perustuvassa DNA-korjauksessa. GPRC5A:n toimintaa on aiemmin tutkittu epiteelisolujen karsinogeneesissä, mutta sen rooli on vielä kiistanalainen. Yli- ja ali-ekspressoimalla GPRC5A:a saimme selville että GPRC5A:lla on rooli syöpäsolujen ja solujenvälisen matriksin vuorovaikutuksissa, joissa se lisää integriini β1-välitteistä soluadheesiota. Tulostemme mukaan GPRC5A saattaa myös olla erityisen tärkeä tietynlaisten epiteelisyöpien kehityksessä. GPRC5A voidaan yhdistää integriini β1:n lisäksi kahteen muuhun matriksi-interaktion säätelijään, efriini-reseptori 2A:han ja hyaluronihapporeseptori RHAMM:iin. Totesimme GPRC5A:n säätelevän RHAMM:in ilmentymistä BRCA1-riippuvaisesti. Tuloksemme paljastivat myös, että GPRC5A-ekspressio rintarauhasissa on riippuvaista estrogeenista ja korreloi estrogeeni-reseptori-positiivisten (ER+) rintakasvaimien solunjakaantumispotentiaalin kanssa, minkä vuoksi GPCR5A on mahdollinen biomarkkeri ER+ kasvaimien kehityksessä. Me ehdotamme, että GPRC5A, jonka rooli riippuu geneettisestä ympäristöstä (mutaatio BRCA1:ssä) ja kasvaimen hormonistatuksesta, on tärkeä tekijä rintakudoksen karsinogeneesissä.
  • Siligato, Riccardo (2016)
    Plants possess the rare capability to shape the own architecture according to biotic and abiotic stimuli received from the environment. Spatially defined groups of cells, called meristems, contribute to the division and differentiation processes continuously occurring inside the organism. Meristems can be classified as primary meristems, if they are specified during embryogenesis, or secondary meristems, if they form from undifferentiated, quiescent cells outside the primary meristems. Primary meristems, like the Root Apical Meristem (RAM) and the Shoot Apical Meristem (SAM), coordinate the apical growth of the plant in opposite directions, while secondary meristems shape the radial architecture, regulating the thickness and branching of the primary root and shoot. Cambium is a secondary meristem which produces the vascular tissues xylem and phloem. Xylem transports water and minerals from the root to the photosynthetic tissues; it comprises lignified dead conducting cells called tracheary elements, living parenchyma cells, and lignified dead cells, called fibres, which confer mechanical support and strength. Phloem distributes glucose, RNA, viruses, and proteins from the photosynthetic sources to the sink cells; it consists of empty living sieve elements, supporting companion cells, and parenchyma cells. In order to investigate the regulation of primary and secondary growth, we developed a new chemically inducible system to control the timing and location of the induction of an effector or gene of interest. This enables us to avoid deleterious effects such as seed lethality or sterility when studying the role of a gene in a particular cell type. For example, the meristem cambium is difficult to access through normal techniques, since mutations affecting cambial cell divisions often inhibit the primary growth, too. We developed the inducible system by combining the Multi-Site Gateway cloning technology with the already extant XVE inducible system. This system was used to perform part of the research presented in the thesis. Phytohormones are involved in virtually every aspect of plant life, from development to stress response. They are small molecules which act cellautonomously or non-cell-autonomously to mediate the majority of developmental and environmental responses and, consequently, the activity of the meristems throughout the plant life cycle. Auxin and cytokinins, which were among the first phytohormones discovered, regulate almost every aspect of plant life, such as the division and differentiation processes occurring continuously in the RAM and SAM. The two phytohormones have long been known to interact, and recent studies have uncovered significant crosstalk on the level of biosynthesis, transport, signalling and degradation. We investigated the dynamic role of auxin in maintaining the balance between division, elongation, differentiation in the RAM of the model organism Arabidopsis thaliana. Our results confirm that an optimal level of auxin response is required for division and elongation, while differentiation mechanisms require just a minimal concentration of auxin to proceed normally. We discovered that auxin and cytokinin responses interact synergistically to specify the stem cells and to regulate the timing of divisions in the cambium of Arabidopsis thaliana. The auxin and cytokinin signalling pathways both have a positive role in triggering secondary growth, but the hierarchy of the crosstalk between them is still unclear. Finally, auxin transported via the AUX1/LAX auxin influx carriers regulates the differentiation of vessel elements in the later stages of root cambium development. In summary, we confirm that auxin and cytokinins behave as master regulators of meristematic activities throughout the root, as the signalling pathways associated with both phytohormones heavily influence primary and secondary growth.
  • Mönttinen, Heli (2015)
    Polymeraasit ovat elämälle välttämättömiä proteiinimolekyylejä. Niillä on välttämätön rooli genomin kopioinnissa, geenien ilmentämisessä sekä mutaatioiden korjaamisessa. Oikeakätiset polymeraasit muistuttavat rakenteeltaan oikeaa kättä ja niiden rakenne jaetaan kolmeen osaan: kämmeneen, sormiin ja peukaloon. Tällaisia polymeraaseja tunnetaan kaikista kolmesta elämän domeenista: eukaryooteista, bakteereista ja arkeoneista. Tämän lisäksi monilla viruksilla on vähintään yksi oikeakätinen polymeraasi. Nukleotidin, eli DNA:n tai RNA:n rakenneyksikön, lisääminen osaksi ketjua tapahtuu kämmenessä, jossa kaksi magnesium-ionia katalysoi reaktiota. Lisäksi, RNA virusten RNA polymeraaseilla on havaittu katalyyttisten ionien läheisyydessä katalyysiin osallistumaton ioni, joka kuitenkin on tärkeä polymeraasin toiminnalle. Oikeakätisten polymeraasien kehityshistoriaa on aikaisemmin tutkittu pääsääntöisesti vertailemalla polymeraasien aminohappojärjestystä. Tämä voi joskus kuitenkin olla hankalaa, sillä aminohappojärjestyksen samankaltaisuus on matala polymeraasiperheiden välillä. Eräs ratkaisu tähän on tutkia proteiinirakenteita, sillä niiden samankaltaisuus säilyy evoluutioprosessissa kauemmin kuin aminohappojärjestys. Tässä väitöskirjassa on tutkittu oikeakätisten polymeraasiperheiden rakenteellisia samankaltaisuuksia sekä tunnistettujen rakenneydinten pohjalta rakennettu puita kuvamaan oikeakätisten polymeraasien kehityshistoriaa. Tämän lisäksi tutkittiin oikeakätisten polymeraasien rakenteellisia sekä kehityshistoriallisia yhtäläisyyksiä muihin proteiiniperheisiin. Väitöskirja osoittaa, että polymeraasien rakenteellinen samankaltaisuus kattaa laajempia alueita polymeraaseista kuin havaittavissa oleva aminohappojärjestyksen samankaltaisuus. Rakenteellisen samankaltaisuuden perusteella on mahdollista rakentaa polymeraasien kehityshistoriaa kuvaava puu ilman merkittävää samankaltaisuutta aminohappojärjestyksessä. Tämän kehityshistoriallisen puun oksien järjestys viittaa siihen, että oikeakätiset polymeraasit eivät välttämättä ole evolutiivisesti yhtenäinen ryhmä. Lisäksi puut polymeraasiperheiden sisäisistä kehityshistorioista osoittavat, että polymeraasien evoluutio ei aina seuraa vastaavan eliön evoluutiota, mikä vuorostaan viittaa horisontaaliseen geeninvaihtoon solullisten eliöiden ja virusten välillä.
  • Jaakkola, Salla (Helsingin yliopisto, 2014)
    Halofiilit ovat eliöitä, jotka asuttavat korkean suolan ympäristöjä, kuten suolajärviä, suolanhaihdutusaltaita ja maanalaisia suolakerrostumia. Korkeasuolaisissa vesistöissä suolapitoisuus voi olla jopa kymmenkertainen meriveteen nähden, ja ainoat eliöt jotka selviytyvät näissä oloissa ovat mikrobeja. Mikrobikasvustot voivat olla runsaita, ja ne on helppo havaita punertavan värin johdosta. Suurin osa näistä mikrobisoluista kuuluu arkeoneihin (arkki), mutta myös bakteereja ja leviä esiintyy korkeasuolaisissa ympäristöissä. Virusten määrä puolestaan voi ylittää solujen määrän jopa kymmenkertaisesti. Suolakerrostumissa soluja esiintyy harvassa, ja viruksia ei tiedettävästi ole havaittu lainkaan. Korkean suolan ympäristöistä on eristetty aikaisemmin vain muutama muodoltaan ikosahedraalinen hännätön virus. Tässä työssä tutkittiin tämänkaltaista halofiilisen arkkieliön (Haloarcula hispanica) virusta Haloarcula hispanica icosahedral virus 2 (HHIV-2). Osoittautui, että virus on virulentti, ja sillä on sisäinen lipidikalvo. Lisäksi viruksen rakenne ja perimäaineksen (dsDNA-molekyyli) nukleotidisekvenssi määritettiin. HHIV-2-virusta verrattiin kahteen muuhun morfologialtaan samankaltaiseen virukseen. Tutkimuksessa näytettiin toteen, että viruksen kuoren rakenne voi säilyä muuttumattomana evoluutiossa, viruksen muihin rakennekomponentteihin ja genomisekvenssiin kohdistuneista muutoksista huolimatta. Elväviä halofiilisiä mikrobeja on eristetty jopa permikautisesta vuorisuolasta. Maanalaisesta suolakerrostumista kairatuista näytteistä eristettiin yhdeksän ominaisuuksiltaan toisistaan eroavaa arkeonia. Neljäkymmentä miljoonaa vuotta vanhasta suolasta eristetyille kannoille osoitettiin kromosomiluvuksi 6-14, kasvuvaiheesta riippuen. Korkea kromosomien lukumäärä on yhteydessä alhaiseen mutaatioiden määrään, ja voi siten pidentää mikrobin ikää. Toisesta, 123 miljoonaa vuotta vanhasta suolanäytteestä eristettiin mikrobeja, jotka edustivat uutta lajia. Lajille annettiin nimeksi Halobacterium hubeiense, ja määritetyn genomisekvenssin perusteella sen todettiin olevan läheistä sukua halofiilisille arkkieliöille maanpäällisissä elinympäristöissä. Tämän perusteella voidaan olettaa, että maanalaisissa suolavarannoissa elävät mikrobit muokkaavat maanpäällisiä halofiilisiä mikrobipopulaatioita.
  • Dopie, Joseph (2014)
    Aktiinilla on tärkeä rooli solun tumassa, jossa se osallistuu esimerkiksi transkriptiotekijöiden aktiivisuuden säätelyyn, kromatiinin muokkaukseen ja RNA polymeraasin toimintaan. Aktiinin toiminta tunnetaan kuitenkin paremmin solulimassa, jossa sitä tarvitaan solun liikkumiseen, jakautumiseen ja muodon ylläpitämiseen solutukirangan osasena. Aktiinin polymerisoitumista säikeiksi ja depolymerisaatiota takaisin aktiini monomeereiksi kutsutaan aktiinidynamiikaksi. Tämän prosessin tarkka kontrollointi on välttämätöntä aktiinin toiminnalle ja solulimassa lukuisat aktiinia sitovat proteiinit säätelevät aktiinisäikeiden muodostumista ja purkamista. Vaikka aktiinilla näyttäisi olevan tärkeä rooli tumassa, sen toiminnan yksityiskohdat tässä solun osassa ovat vielä epäselviä. Ei esimerkiksi tiedetä, miten aktiinisäikeiden muodostuminen liittyy aktiinin toimintaan tumassa. Monet soluliman aktiinia säätelevät proteiinit lokalisoituvat myös tumaan ja säätelevät geenien ilmentymistä, mutta ei tiedetä toimivatko ne yhdessä aktiinin kanssa näissä tehtävissä. Aktiinin uloskuljetus tumasta tapahtuu aktiivisen kuljetuksen kautta, mutta on epäselvää, kuinka aktiini kuljetetaan sisälle tumaan. Tässä väitöskirjassa osoitetaan, että aktiinin tumakuljetus on aktiivista ja tunnistetaan ne proteiinit, jotka säätelevät tätä prosessia. Elävien solujen kuvantamismenetelmät osoittavat, että aktiinia kuljetetaan jatkuvasti ja nopeasti sisään ja ulos tumasta. Käyttäen RNA-interferenssi (RNAi) menetelmää geenien ilmentymisen hiljentämiseen osoitamme, että aktiivista kofiliinia, joka on pieni aktiinia sitova proteiini sekä importtiini 9:ää, joka on importtiini-beta kuljetusreseptoriperheen jäsen, tarvitaan aktiinin tumalokalisaatioon. Sitoutumiskokeet puolestaan näyttävät, että importtiini 9, kofiliini ja aktiini muodostavat kompleksin, jota tarvitaan aktiinin tumakuljetuksen kautta solujen tehokkaaseen transkriptioon. Käyttäen genomin laajuista RNAi tehoseulontaa olemme tunnistaneet uusia ja konservoituneita aktiinin tumakuljetuksen säätelijöitä. Aktiinin kuljetukseen ulos tumasta vaikuttavat Cdc73 ja Cdk13 proteiinit. Cdc73 tunnetaan myös nimellä parafibromiini ja se on RNA polymeraasin toimintaan vaikuttavan PAF1 kompleksin osa. Cdk13 on sykliinistä riippuvainen kinaasi, joka säätelee solujen erilaistumista. Aktiinin kuljetukseen tumaan tarvitaan puolestaan Prkag1 proteiinia, joka on osa AMP-kinaasi kompleksia ja Rab18 proteiinia, joka on Ras-perheen jäsen. Lisäksi identifioimme seulonnastamme proteiineja, jotka säätelevät aktiinin tumalokalisaatiota vaikuttamalla kofiliinin aktiivisuuteen. Nämä proteiinit ovat aktiinisäikeiden päihin sitoutuva Cpb, endosytoosiin osallistuva dynamiini, transkription säätelijä Bach2, proteiini kinaasi C:n reseptori Rack1 ja FACT transkriptio kompleksin proteiini Ssrp. Bach2 säätelee kofiliinin fosforylaatiota estämällä LIM- ja TES-kinaasien ilmentymistä, kun taas Cpb aktivoi Slingshot-fosfataasin ekspression. Nämä tutkimukset ovat siis kartoittaneet mekanismit joilla tuman aktiinitasoja voidaan säädellä ja tunnistaneet siihen liittyviä uusia proteiineja ja signalointireittejä.
  • Yuan, Qiang (Qiang Yuan, 2012)
    SNARE-kompleksin säätely kalvojen yhteenliittymisessä SNAREt ovat kalvoproteiineja, jotka ovat välttämättömiä solunsisäiselle kalvofuusiolle ja proteiinikuljetukselle. Saccharomycescerevisiae-hiivassa esiintyy ainakin 24 ja nisäkässoluissa yli 35 SNARE-proteiinia. Nisäkässolujen syntaksiini, SNAP25 ja VAMP muodostavat SNARE-kompleksin ja osallistuvat synaptisten vesikkeleiden fuusioon hermopäätteissä. Hiivasolut sisältävät kaksi syntaksiinille homologista SNAREa, Sso1p ja Sso2p. Nämä proteiinit ovat välttämättömiä kalvofuusiolle eksosytoosin aikana yhdessä Sec9p:n ja Snc1/2p:n kanssa. Sso-proteiinin fosforyloinnin merkitystä in vivo tutkittiin uuden proteiinien fosforylaatioon liittyvän massaspektrometri-aineiston perusteella. Fosforylaatiota muistuttavien tai fosforyloimattomien Sso1p- tai Sso2p-mutanttien yliekspressio tai basaaliekspressio ei aiheuttanut selvää ilmiasua. Sso1p tarvitaan itiökalvon de novo synteesiin itiöiden muodostumisen meioosi-vaiheessa. Itiöiden muodostumisessa ei havaittu häiriöitä soluissa, jotka ekspressoivat ainoastaan mutatoituja Ssop1-proteiineja. Ravintoaineiden saatavuus säätelee itiöiden muodostumisen lisäksi pseudohyyfimäistä ja invasiivista kasvua. SSO1:n tai SSO2:n deleetio tai fosfomutanttienekspressio ainoina SSO-geenien kopioina ei johtanut häiriöihin haploidissa tai diploidissa pseudohyyfimäisessä tai invasiivisessa kasvussa. Tulokset osoittavat, että tutkitut Sso1p- tai Sso2p-fosforylaatiokohdat eivät ole solun toiminnan kannalta merkityksellisiä in vivo. SNAREn lisäksi Sec1/Munc18 (SM) proteiiniperhe ja useat muut proteiinit ottavat osaa kalvofuusioon edesauttamalla SNARE-kompleksienmuodostumista. Näiden proteiinien molekyylienväliset vuorovaikutukset tunnetaan huonosti. Tutkimuksessa osoitettiin, että hiivan Sec1p:ia sitova Mso1p on kahdella biokemiallisesti eroavalla kohdalla vuorovaikutuksessa solukalvojen kanssa. N-terminaalinen osa insertoituu lipidikaksoiskalvoon, kun taas proteiinin C-terminaalinen osa sitoutuu fosfolipideihin elektrostaattisten vuorovaikutusten kautta. Mso1p:n lipidien sitomiskyky on välttämätöntä Mso1p-Sec1p kompleksin kiinnitymisessä solukalvolle ja Mso1p:n toiminnalle kalvofuusiossa in vivo. Tulosten perusteella voidaan päätellä, että SM proteiinia sitovien proteiinien, RabGTPaasien ja lipidien sitoutumisessa SNARE-välitteisessä kalvofuusiossa on kyse konservoituneista molekyylivuorovaikutuksista. Sec1p:ssä on potentiaalinen proteiini-proteiini-vuorovaikutuspinta. Uuden sec1 mutantin avulla osoitimme, että tämä pinta vaaditaan vuorovaikutukseen Sec9p:n kanssa. Sec9p-fragmenttien avulla identifioimme Sec9p-linkkerin ja toisen SNARE-alayksikön sitovan Sec1p:in vuorovaikutuspintaa. Samainen alue Sec9p:tä on vuorovaikutuksessa Sro7p:n kanssa edesauttaen kalvofuusiota solunjakautumisen aikana. Tämä alue on myös välttämätön solukalvon ja Sec9p-Sec4p-Sro7p-kompleksin vuorovaikutukselle. Tulokset ehdottavat, että Sec1pon vuorovaikutuksessa Sec9p:n kanssa ennen sen osallistumista SNARE-kompleksin muodostumiseen ja että sillä on osuutta Sec9p-Sro7p-Sec4p-kompleksin tunnistamisessa tai kohdistamisessa kalvojen fuusiokohtiin. Tämän väitöskirjan tulokset viittaavat uudenlaiseen malliin eksosytoosin säätelyssä.
  • Sarin, Peter (2010)
    Double-stranded RNA (dsRNA) viruses encode only a single protein species that contains RNA-dependent RNA polymerase (RdRP) motifs. This protein is a central component in the life cycle of a dsRNA virus, carrying out both RNA transcription and replication. The architecture of viral RdRPs resembles that of a 'cupped right hand' with fingers, palm and thumb domains. Those applying de novo initiation have additional structural features, including a flexible C-terminal domain that constitutes the priming platform. Moreover, viral RdRPs must be able to interact with the incoming 3'-terminus of the template and position it so that a productive binary complex is formed. Bacteriophage phi6 of the Cystoviridae family is to date one of the best studied dsRNA viruses. The purified recombinant phi6 RdRP is highly active in vitro and possesses both RNA replication and transcription activities. The extensive biochemical observations and the atomic level crystal structure of the phi6 RdRP provides an excellent platform for in-depth studies of RNA replication in vitro. In this thesis, targeted structure-based mutagenesis, enzymatic assays and molecular mapping of phi6 RdRP and its RNA were used to elucidate the formation of productive RNA-polymerase binary complexes. The positively charged rim of the template tunnel was shown to have a significant role in the engagement of highly structured ssRNA molecules, whereas specific interactions further down in the template tunnel promote ssRNA entry to the catalytic site. This work demonstrated that by aiding the formation of a stable binary complex with optimized RNA templates, the overall polymerization activity of the phi6 RdRP can be greatly enhanced. Furthermore, proteolyzed phi6 RdRPs that possess a nick in the polypeptide chain at the hinge region, which is part of the extended loop, were better suited for catalysis at higher temperatures whilst favouring back-primed initiation. The clipped C-terminus remains associated with the main body of the polymerase and the hinge region, although structurally disordered, is involved in the control of C-terminal domain displacement. The accumulated knowhow on bacteriophage phi6 was utilized in the development of two technologies for the production of dsRNA: (i) an in vitro system that combines the T7 RNA polymerase and the phi6 RdRP to generate dsRNA molecules of practically unlimited length, and (ii) an in vivo RNA replication system based on restricted infection with phi6 polymerase complexes in bacterial cells to produce virtually unlimited amounts of dsRNA. The pools of small interfering RNAs derived from dsRNA produced by these systems were validated and shown to efficiently decrease the expression of both exogenous and endogenous targets.
  • Kolari, Pasi (2010)
    Metsän kasvillisuus sitoo ilmakehän hiilidioksidia (CO2) fotosynteesissä. Osa sidotusta hiilestä vapautuu nopeasti takaisin ilmakehään kasvien hengityksessä mutta merkittävä osa varastoituu kasveihin, ennenkaikkea puiden runkoihin. Hiiltä kertyy myös maahan kasvien karikkeena sekä juurten kautta. Näistä hiilivarastoista hiilidioksidia taas vapautuu ilmakehään kuolleen biomassan hajotessa. Metsän hiilitase on hiilidioksidin sidonnan ja vapautumisen erotus. Työssä määritettiin eri-ikäisten eteläsuomalaisten mäntymetsiköiden hiilitase ja hiilidioksidin vaihdon jakautuminen eri biomassaositteiden välillä tyypillisen 80:n vuoden hakkuukierron aikana. Työ perustui suoriin CO2-vuon mittauksiin kammioilla ja mikrometeorologisella eddy covariance -menetelmällä sekä CO2-komponenttivoiden mallintamiseen. Metsikön hiilidioksidin kokonaisvaihto jaettiin puiden ja pintakasvillisuuden fotosynteesiin, puiden lehvästön ja runkojen hengitykseen sekä maasta tulevaan CO2-vuohon. Näiden yhteyksiä ympäristötekijöihin (valo, lämpötila, ilmakehän hiilidioksidi sekä ilman ja maan kosteus) tutkittiin matemaattisten mallien avulla. Tutkituista metsiköistä avohakkuualue oli hiilidioksidin lähde, voimakkuudeltaan n. 400 g C/m2 vuodessa. 12-vuotias taimikko oli muuttumassa hiilen lähteestä hiilen nieluksi. Keski-ikäinen (40-vuotias) ja lähes hakkuukypsä (75-vuotias) metsikkö sitoivat vuodessa hiiltä 200 300 g C/m2. Keski-ikäisessä sulkeutuneen latvuston metsikössä puiden osuus fotosynteesituotoksesta oli hallitseva ja pintakasvillisuuden osuus 10 20%. Nuoremmissa metsiköissä pintakasvillisuuden suhteellinen osuus ja absoluuttinen tuotos olivat huomattavasti suuremmat. Keski-ikäisen metsikön suurin maanpäällinen hengityskomponentti oli puiden lehvästön hengitys, joka oli noin kolmannes koko metsikön hengityksestä. Puuaineksen hengitys oli suuruusluokkaa 10% kokonaishengityksestä. Kaikissa metsiköissä CO2-vuo maasta oli suurin hengityskomponentti. Välittömät ja viiveelliset vasteet ympäristötekijöihin selittivät hyvin fotosynteesituotoksen vuodenaikaista vaihtelua. Lyhyellä aikavälillä kasvukauden aikana fotosynteesinopeus seuraa lähinnä valon vaihteluita kun taas vuodenaikaisvaihtelu on voimakkaammin yhteydessä lämpötilaan. Fotosynteesin vuosisyklin ja lämpötilan yhteys oli lähes samanlainen eteläboreaalisen vyöhykkeen ja pohjoisen metsänrajan männyillä. Hengityskomponentit olivat yhteydessä lämpötilan hetkelliseen ja vuodenaikaiseen vaihteluun mutta vuositaseiden vaihtelu korreloi myös fotosynteesituotoksen kanssa.
  • Mattsson, Tuija (2010)
    Liuenneen orgaanisen aineen huuhtoutumiseen valuma-alueelta vesistöihin vaikuttavat useat tekijät kuten valuma-alueen ominaisuudet, maankäyttö ja hydrologia. Huuhtoutumistutkimukset ovat perinteisesti keskittyneet epäorgaanisiin ravinteisiin, vaikka erilaisilta maankäyttömuodoilta vesistöihin huuhtoutuu myös runsaasti orgaanisia ravinteita. Valuma-alueelta huuhtoutuva orgaaninen aines vaikuttaa veden laatuun, sillä se edistää rehevöitymistä sekä vaikuttaa veden lämpötilaan ja näkösyvyyteen. Tutkimuksessa selvitettiin orgaanisen hiilen, typen ja fosforin huuhtoutumista pieniltä luonnontilaisilta latvavaluma-alueilta sekä suurilta jokivaluma-alueilta. Lisäksi orgaanisen ja minerogeenisen happamuuden merkitystä veden pH-tason säätelijänä tutkittiin määrittämällä orgaanisen anionin, sulfaatin ja emäskationeiden pitoisuudet luonnontilaisissa puroissa sekä suurissa joissa. Kaikissa joissa ja puroissa orgaaninen hiili muodosti suuren osan liuenneesta orgaanisesta aineesta. Orgaanisen typen ja orgaanisen fosforin pitoisuudet olivat huomattavasti pienempiä. Luonnontilaisissa puroissa yli 90 % kokonaistypestä ja yli 50 % liuenneesta kokonaisfosforista oli orgaanisessa muodossa. Suurin osa orgaanisesta typestä ja hiilestä oli liuenneessa muodossa. Orgaanista hiiltä huuhtoutui eniten alueilta, joilla topografia ja ilmasto-olosuhteet suosivat orgaanisen hiilen varastojen kertymistä valuma-alueelle, kuten Suomen runsassoisilla alueilla. Suomalaisilla puro- ja jokivaluma-alueilla orgaanisen hiilen huuhtouma lisääntyi soiden osuuden kasvaessa. Luonnontilaisilla latvavaluma-alueilla myös kuusen osuus puustosta korreloi positiivisesti sekä orgaanisen hiilen että orgaanisen typen pitoisuuksien ja huuhtoumien kanssa. Suomalaisissa joissa orgaanisen hiilen pitoisuuksiin vaikuttivat lisäävästi paitsi suot myös maatalousalueet. Ihmistoiminnan vaikutus näkyi myös lisääntyneinä orgaanisen typen ja orgaanisen fosforin kuormina maatalousvaltaisilta ja taajamavaltaisilta jokivaluma-alueilta. Kaikkein voimakkaimmin orgaanisen aineen huuhtoumiin jokivaluma-alueilla vaikutti valuma-alueen järvisyys. Mitä suurempi oli valuma-alueen järviprosentti sitä pienemmät olivat huuhtoumat, mikä indikoi orgaanisen aineen pidättymistä järviin. Orgaanisten ravinteiden osuus kokonaisravinteiden pitoisuuksista laski luonnontilaisilta metsäisiltä latvavaluma-alueilta alavirtaan suurille maankäytöltään vaihteleville jokivaluma-alueille tultaessa. Samalla orgaanisen typen ja fosforin pitoisuudet kuitenkin nousivat alajuoksua kohden. Orgaanisen hiilen pitoisuudet sen sijaan olivat korkeimmillaan latva-valuma-alueilla ja laskivat suurille jokivaluma-alueille tultaessa. Maankäytön muutos luonnontilaisilta latvavaluma-alueilta suuriin jokiin tultaessa aiheutti muutoksia huuhtoutuvaan orgaaniseen aineeseen, koska luonnontilaisilta, kaupunkimaisilta ja maatalousvaltaisilta alueilta huuhtoutuva orgaaninen aines on ravinnesuhteiltaan erilaista. Myös jokien eri merialueille kuljettaman orgaanisen aineen ravinnesuhteet vaihtelivat merkittävästi heijastaen kunkin valuma-alueen maankäyttöä. Nämä vaihtelut orgaanisen aineen ravinnesuhteissa vaikuttavat mahdollisesti orgaanisen aineen hajoamiseen ja biologiseen käytettävyyteen. Valuma-alueiden maankäyttö vaikutti myös sekä orgaaniseen että minerogeeniseen happamuuteen joissa ja puroissa. Orgaaninen anioni dominoi pohjoisissa puroissa ja joissa heijastaen valuma-alueiden soiden runsautta, kun taas sulfaatti dominoi Etelä-Suomessa ja rannikkoalueilla, missä on runsaasti reheviä alueita, maatalous- ja taajama-alueita, happamia sulfaattimaita sekä korkein sulfaattilaskeuma. Korkea orgaanisen hiilen pitoisuus laski pH arvoja puroissa ja joissa, mutta sulfaatin ja pH:n välillä ei ollut riippuvuutta, mikä korostaa orgaanisten happojen merkitystä pH tason säätelijänä suomalaisissa puroissa ja joissa.
  • Sirkiä, Saija (Helsingin yliopisto, 2010)
    Metso on merkittävä laji maisema- tai makroekologisissa tutkimuksissa: soidinalueen vähimmäistilavaatimus kattaa 300 hehtaaria, ja yksilön vuodenaikainen elinpiiri jopa 30 80 neliökilometriä. Suomen metsopopulaatiot ovat pienentyneet 40 85%, todennäköisesti jo 1940-luvulta alkaen. Vaikka lajin alamäki on tasoittunut 1990-luvulta lähtien, on selvää, että maankäytön muutokset ovat olleet osasyyllinen kantojen vähenemiseen. Väitöskirjan tavoitteena oli tarkastella maankäytön ja metsopopulaatioiden välistä yhteyttä Suomessa useilla laajoilla tila- ja aikamittakaavoilla. Ensimmäiseksi tutkin metsän ikärakenteen muutoksen vaikutusta metsopopulaatioiden vähenemiseen 18 metsälautakunnassa, vuosina 1965 1988. Toiseksi vertailin metson ja hirven runsauksia suhteessa useisiin maankäyttömuuttujiin 50 x 50 km ruuduissa ja viidellä osa-alueella Suomessa. Kolmanneksi selvitin metsän määrän ja hienojakoisen pirstoutumisen vaikutuksia metson soidinalueiden säilymiseen kolmella tutkimusalueella, 1000 ja 3000 metrin säteellä soidinpaikkojen ympärillä. Soidinalue-analyysit suoritettiin käyttäen kahta kuutiotilavuutta, > 60 ja > 152 m3ha 1, metsän määritelmänä. Tulokset osoittavat, että laajojen mittakaavojen maisemarakenne ja sitä muokkaavat prosessit vaikuttavat voimakkaasti metson ekologiaan Suomessa. Etenkin Etelä- ja Keski-Suomessa runsas metsäpeite ja ihmisasutuksen vähäisyys olivat eduksi metsolle. Metsän määrä vaikutti positiivisesti metson soidinalueiden säilymiseen vain laajemmalla tilamittakaavalla tarkasteltuna (3000 m säteellä). Vanhan metsän määrän vaikutuksia oli vaikea todentaa niiden vähäisen määrän takia. Nuoria ja keski-ikäisiä metsiä esiintyi paljon metsorunsailla alueilla etenkin Pohjois-Suomessa. Nuorten metsien määrän lisääntyminen ei selittänyt metsokannan vähenemistä vuosina 1965 1988. Vanhojen (> 152 m3ha 1) metsien määrän ja soidinalueiden säilymisen välillä ei myöskään havaittu merkitsevää yhteyttä. Vaikuttaa siltä, että nyky-Suomessa vanhan metsän määrä on maisematasolla niin alhainen, että se ei merkitsevästi selitä metson runsautta eikä soidinalueiden säilymistä, tai metsän ikä on metsolle tärkeä tekijä vain pienemmillä mittakaavoilla tarkasteltuna. Johtopäätöksenä voidaan todeta, että metson kannanhoidossa tulisi tulevaisuudessa ottaa huomioon entistä suurempia tilamittakaavoja. Esitän, että metson kannanhoito tulisi toteuttaa useammalla tasolla. Ensiksi, laajojen mittakaavojen metsäpeitteisyys tulisi säilyttää riittävän korkeana, ja toiseksi, yksittäisten metsäalueiden sisällä tulisi suosia monipuolista metsän ikä-, puulaji- ja aluskasvillisuusrakennetta. Metson kannanhoidon yksikkönä tulisi tarkastella satojen hehtaarien, jopa kymmenien tai satojen neliökilometrien laajuisia alueita. Tämä vaatii uudenlaista aluetason maankäytön suunnittelua ja yhteistyötä metsänomistajien kesken.
  • Jaatinen, Silja (Silja Jaatinen, 2009)
    Rasvakalvolliset ikosahedraaliset kaksoisjuoste-DNA bakteriofagit: sisäänmeno, poistuminen ja rakenne Tutkimuksessa on tarkasteltu PRD1, Bam35 ja P23-77 bakteerifageja, joilla on kaksoisjuoste-DNA (dsDNA) perimä sekä ikosahedraalisen proteiinikuoren alla rasvakalvo. Tutkimus on osana laajempaa kalvollisten virusten rakennetutkimusta sekä rakenteiden perusteella tapahtuvaa virusten syntyhistoriaa sekä niiden sukulaissuhteita määrittävää tutkimusta. PRD1 kuuluu Tectiviridae-heimoon ja infektoi Gram-negatiivista bakteeria. Tutkimus valottaa PRD1:n kulmissa olevaa reseptoriin sitoutuvaa tarttumisrakennetta (koostuu P31, P5 ja P2 proteiineista) sekä sen merkityksestä isäntäsolun infektioon. Kalvon läpäisevällä proteiinilla P16 havaittiin olevan tärkeä tarttumisrakennetta vakauttava merkitys neljäntenä rakenneosana. Mahdollisesti proteiini P16 myös vaikuttaa putkimaisen kalvorakenteen muodostumiseen, jota tarvitaan perimän kuljettamiseen isäntäsoluun. Tectiviridae-heimoon kuuluva, Gram-positiivista bakteeria infektoiva Bam35:lla on samankaltainen perimän järjestäytyminen ja morfologia kuin PRD1:lla. Tutkimuksessa valotettiin Bam35 elinsyklin aikaisia ja myöhäisiä tapahtumia käyttäen elektokemiallisia menetelmiä. Infektion alussa fysiologiset muutokset havaittiin sekä lysogeenisessa että villi tyyppisissä isäntäsolulinjoissa. Bam35 aiheutti väliaikaisen kalvojännitteen alenemisen sekä kaliumin vapautumisen soluista. Infektiosyklin lopussa ainoastaan villi tyypin solulinjassa havaittiin fysiologisia muutoksia. Tutkimuksessa havaittu voimakas kaliumin vapautuminen solusta infektiosyklin lopussa sekä indusoimalla aikaistettu isäntäsolujen lyysi antavat olettaa, että Bam35:lla on PRD1:n kaltainen holini-endolysiini lyysijärjestelmä. Lämpöäkestävien Thermus-bakteriofagien P23-65H, P23-72 ja P23-77 on oletettu kuuluvan Tectiviridae-heimoon. Bakteriofagien stabiliteetin ja rakenneproteiinien analysointi paljasti näiden olevan hyvin samankaltaisia toisiinsa nähden mutta ei identtisiä. Kaikista stabiilein bakteriofagi P23-77 analysoitiin pidemmälle määrittämällä 14 Å resoluutio tarkkuuteen P23-77 kolmiulotteinen rakennemalli käyttäen cryo-elektronimikroskopiaa. Yhdessä ohutlevykromatografian tulokset sekä P23-77 kolmiulotteisen rakennemallin analysointi osoittivat, että proteiinikuoren alla on rasvakalvo. Yleisesti ottaen P23-77 proteiinikuoren rakenne on samankaltainen PRD1:n ja Bam35:n kanssa mutta kaikista läheisin se on arkkivirus SH1 kanssa. Mikä vaikeuttaa rasvakalvollisten ikosahedraalisten dsDNA bakteriofagien luokitusta.
  • Koivunen, Minni (Helsingin yliopisto, 2006)
    Polymeraasit ovat entsyymejä, jotka vastaavat eliöiden geneettisen materiaalin kopioimisesta jälkipolville. Tämä perinnöllinen aines voi koostua joko deoksiribonukleiini- tai ribonukleiinihaposta (DNA tai RNA), joiden emäsjärjestykseen on kirjattu geneettinen koodi. Väitöskirjatyössä kuvataan phi6 viruksen polymeraasin toimintaa ja rakennetta sen entsymaattisen toiminnan eri vaiheissa. Kyseisen viruksen RNA:sta riippuvainen RNA-polymeraasi pystyy käyttämään substraattinaan yksijuosteista RNA:ta tuottaen sille RNA-vastinjuosteen.Väitöskirjassa tutkittiin, miten eristetty RNA:sta riippuvainen RNA-polymeraasi aloittaa RNA-synteesin käyttäen geneettisesti muunneltuja polymeraasivariantteja. Lisäksi tutkittiin, miten viruksen RNA:sta riippuvainen RNA-polymeraasi toimii substraatista riippumattomana entsyyminä. Virukset infektoivat lähes kaikkia maapallolla esiintyviä organismeja. Bakteereita infektoivat virukset ovat nimeltään bakteriofaageja.Phi6 virusta on tutkittu pitkään ja se on kaksijuosteisten RNA-virusten malliorganismi. Phi6 virus infektoi kasvipatogeenisia Pseudomonas syringae bakteereita ja sen geneettinen materiaali koostuu kaksijuosteisista RNA-juosteista, joita ympäröi kaksi virusproteiineista koostuvaa vaippaa sekä uloimpana isäntäsolun fosfolipideistä koostuva kalvo. Yksi sisimmän vaipan virusproteiineista on tässä työssä tutkittu RNA:sta riippuvainen RNA-polymeraasi. Tällaisilla polymeraaseilla on tärkeä rooli RNA-virusten geneettisen materiaalin kopioinnissa ja elinkierrossa, mutta niiden toimintamekanismi on vielä epäselvä. Phi6:n polymeraasia voidaan tuottaa viruksesta erillään ja entsyymiä voidaan tutkia koeputkessa erossa muista viruksen tai solun osista. Väitöskirjatyön tuloksena phi6 viruksen RNA:sta riippuvaisen RNA-polymeraasin RNA-synteesin aloitusmekanismi on saatu selvitettyä hyvin yksityiskohtaisesti. Polymeraasin aktiivisen keskuksen lähellä sijaitseva alue on välttämätön osatekijä, jotta polymeraasi voi onnistuneesti aloittaa RNA-synteesin ja kopioida tarkasti viruksen RNA-juosteet seuraaville virussukupolville. Väitöskirjatyön tulokset osoittavat ja kuvaavat myös tarkasti miten phi6 viruksen RNA:sta riippuvainen RNA-polymeraasi voi lisätä epäspesifisesti nukleotideja vain viruksen nukleiinihappoketjun päähän. Työn tuloksia voidaan soveltaa suunniteltaessa RNA:ta kopioivia entsyymejä bioteknisiin sovelluksiin molekyylibiologian alalla.
  • Pahlberg, Johan (2007)
    Kaikki näköaistin käytettävissä oleva informaatio on peräisin fotoreseptorisoluista, joiden tehtävänä on aistia valoa. Fotoreseptorin näköpigmenttimolekyyli, rodopsiini, koostuu transmembraanireseptoriosasta (opsiini), sekä siihen sitoutuneesta valoherkästä A-vitamiinialdehydistä (kromofori). Eläimen näkö on suoraan riippuvainen näköpigmenttimolekyylien absorptiospektristä, eli siitä, mitä valon eri aallonpituuksia ne pystyvät absorboimaan. Jokaisella pigmentillä on tietty absorptiomaksimi, missä fotonin absorptiotodennäköisyys on korkein. Näköpigmenttimolekyylin pitäisikin pystyä absorboimaan mahdollisimman hyvin juuri sitä valon aallonpituusaluetta, jota eläimen ympäristössä on tarjolla. Samalla sen tulisi olla mahdollisimman stabiili, jotta kohinaa, eli (termistä) sisäistä satunnaisaktivoitumista, muodostuisi vähän ja signaali/kohina-suhde olisi mahdollisimman korkea. Väitöskirjassa tarkasteltiin näköpigmentin spektraaliherkkyyttä ja termisiä ominaisuuksia, niiden riippuvuutta toisistaan, sekä näköpigmentin sopeutumista eri valoympäristöihin. Tutkimuksessa mallina oli Mysis halkoisjalkais-äyriäisiä sekä murto- että sisävesistöistä, joissa nämä eläimet ovat sopeutuneet eri valoympäristöihin. Mysis-äyriäisiin kuuluu useita geneettisesti määriteltyjä lajeja, joiden syntyhistoria tunnetaan melko hyvin (mm jääkauden erottamat lajit). Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää millä aikavälillä evolutiivinen sopeutuminen on optimoinut näköaistin toimintaa ja mitkä ovat ne selektiiviset paineet, jotka muokkaavat näköaistia. Väitöskirjatyössä selvitettiin myös molekyylitason mekanismeja, jotka säätelevät näköpigmentin toiminnallisia ominaisuuksia. Meri- ja makeavesi populaatioiden absorptiospektrit erosivat toisistaan kaikissa tutkituissa lajeissa. Tulokset osoittavat, että noin 9000 vuodessa evolutiivinen adaptaatio on muokannut valoaistin toimintaa valoympäristöön sopivaksi, jossa selektiivinen paine on ollut valoherkkyyden optimoinnissa. Laskennalliset arviot termisten ja spektraalisten ominaisuuksien riippuvuudesta toisistaan osoittivat, että Mysis näköpigmentin sopeutumisessa eri valoympäristöihin signaali/kohina suhdetta parannetaan minimoimalla sisäistä satunnaisaktiviteettiä, eikä niinkään fotonisaaliin, eli absorptiomaksimin maksimoinilla. Tietyissä makeanveden populaatioissa havaittiin kuitenkin yhtäläinen absorptiomaksimi eri valoympäristöissä, joten myös fylogeneettinen historia ja aika olivat asettaneet rajoituksia näköpigmentin sopeutumiseen. Makean- ja murtoveden Mysis-populaatioiden näköpigmenttien opsiinisekvenssien vertailu osoitti, että Mysis-lajeilla on vain tietty rajallinen määrä mahdollisuuksia muuttaa aminohapposekvenssiään suuntaan, joka tuottaisi kullekin populaatiolle sen valoympäristöön sopivimman näköpigmentin.
  • Raateoja, Mika (Merentutkimuslaitos, 2006)
    Merien aavoilla keijuva kasviplankton vastaa suurimmasta osasta merien yhteyttämisessä sidotusta hiilestä ja on täten tärkein linkki meriekosysteemin tuotantoketjua, joka ulottuu aina kalakantoihin asti. Yhteyttämisen mittaaminen on ollut vaivalloista, sillä nykymenetelmät vaativat huomattavaa työpanosta laboratoriossa. Tämä taas rajoittaa näytemääriä; tietomme merien tuottavuudesta ovatkin edelleen varsin rajalliset. Entistä parempi tietotaso olisi kuitenkin tärkeää selvitettäessä merien merkitystä esim. kasvihuoneilmiössä. Viime aikoina optiikkaan perustuvat, perustuotantotehokkuutta mittaavat tekniikat ovat todenteolla lyöneet itseään läpi. Merentutkimuslaitoksen tutkijan Mika Raateojan väitöskirjassa on testattu uutta kasviplanktonin yhteyttämistehokkuutta mittaavaa menetelmää, fast repetition rate (FRR) fluorometriaa, joka perustuu kasviplanktonin sisältämän lehtivihreän fluoresenssiominaisuuksiin. FRR-menetelmä osoittautui erittäin tehokkaaksi, nopeaksi ja joustavaksi verrattuna yhteyttämistä mittaaviin nykymenetelmiin. Menetelmä kykenee lisäksi määrittämään yhteyttämiskyvyn suoraan vedessä keijuvasta kasviplanktonista, eikä vaadi vesinäytteenottoa, kuten nykymenetelmät. FRR-menetelmän tuottama tieto yhteyttämistehokkuudesta ei ole nykytietämyksen valossa kuitenkaan suoraan rinnastettavissa nykyisten menetelmien tuottamaan tietoon. Syvempien vesikerrosten alhaisissa valaistusoloissa menetelmä tuottaa samanlaisia tuloksia nykyisten menetelmien kanssa, mutta veden pintakerroksen kirkkaissa valaistusoloissa menetelmä pyrkii yliarvioimaan yhteyttämistehokkuutta. Tämä FRR-menetelmän ominaisuus johtuu osittain menetelmään liitettävästä mallinnuksesta, joka ei vielä täytä käytännön vaatimuksia. Kuten todettu, FRR-menetelmä on erittäin nopea; se määrittää yhteyttämistehokkuuden sekunneissa, kun taas nykymenetelmät tekevät saman tunneissa. Tämä ominaisuus on tietenkin etu, mutta saattaa tuottaa ongelmia vertailussa muiden menetelmien kanssa. Näin suuri aikaero tuottaa eroavaisuuksia tuloksissa, mikäli valon määrä vaihtelee mittausaikana esim. pilvisyyden muutosten vuoksi. Tutkimus keskittyy tällä hetkellä näiden menetelmällisten ongelmien ratkaisuun. Tällä hetkellä FRR-menetelmää ei voida käyttää nykyisiä menetelmiä korjaavana, vaan pikemminkin nykyisiä menetelmiä täydentävänä menetelmänä, joten työsarkaa riittää. Osa tutkimuksen aikana havaituista ongelmista liittyy yleisesti optisten laitteiden käyttöön merentutkimuksessa. Kasviplankton kohtaa vedessä kaiken väristä valoa sinisestä punaiseen ja käyttää sitä yhteyttämiseensä sen mukaan, miten planktonsolun pigmentit vastaanottavat valoa. FRR-menetelmä tuottaa sinisen valoympäristön, joka poikkeaa suuresti luonnonvalosta. Niinpä kaikki se FRR-menetelmän tuottama tieto, mikä riippuu valon väristä, täytyy jälkikäteen suhteuttaa vastaamaan luonnonvalon olosuhteita. FRR-menetelmän tuottama sininen valo sopii kuitenkin hyvin useimpien kasviplanktonlajien yhteyttämisen tutkimiseen. Kuitenkin ne planktonlajit, jotka käyttävät pääasiassa keltaista ja punaista valoa, eivät pysty hyödyntämään FRR-menetelmän valoympäristöä. Vastaavasti FRR-menetelmä ei kykene kuvaamaan näiden lajien yhteyttämistä. Näitä lajeja ovat mm. Itämerellä yleisimmin kukintoja muodostavat sinilevät Nodularia ja Aphanizomenon.

Näytä lisää