Clonal composition of colonies of a eusocial aphid, Ceratovacuna japonica

High degrees of relatedness among colony mates and kin recognition ability are important factors maintaining eusociality. However, in eusocial aphids, clone mixing between different colonies is reported to occur frequently, suggesting a lack of kin recognition. Studies investigating the clonal composition of eusocial aphid colonies have focused on the aphid generation on the primary host plant (gall generation). To test whether clone mixing also occurs in open colonies of eusocial aphids on their secondary host plants (open-colony generation), we carried out an amplified fragment length polymorphism analysis to investigate clonal composition within colonies of the eusocial aphid Ceratovacuna japonica. The results showed that clone mixing occurred frequently in open-colony generation

The adaptation against soldier caste of a eusocial aphid: eggs are not attacked by soldiers in specialist predator Atkinsonia ignipicta (Lepidoptera: Stathmopodidae)

Predators generally have traits that enable them to efficiently capture their prey and thus improve their survival. Natural selection should also favor traits of predators that improve the survival rate of their eggs, which are immobile and incapable of active resistance. We hypothesized that eggs of Atkinsonia ignipicta, a specialist predator of the eusocial aphid Ceratovacuna japonica, exhibit a defensive trait against aphid soldiers. We found that the hatchability of A. ignipicta eggs did not differ significantly between the experimental treatments with and without soldiers, which suggests that the eggs have a defensive trait that protects them from soldier aphids. Moreover, although the soldiers occasionally exhibited attack behavior when they encountered an egg, they did not continue the attack. We have observed a similar interruption of attack behavior by soldiers that attacked their aphid siblings by mistake, suggesting that the eggs may chemically mimic the soldiers' siblings. This study thus provides evidence for adaptation in a specialist predator of a eusocial aphid.ArticleSOCIOBIOLOGY. 59(4):1315-1322 (2012)journal articl

Soldiers' armature changes seasonally and locally in an eusocial aphid (Homoptera : Aphididae)

Size-frequency distribution of social insect castes has been reported to change temporally and spatially, and be influenced by external factors Such as colony size. Here, we show for the first time that the sterile soldiers of eusocial aphids change the size and shape of their armatures, seasonally and locally. Evidence is presented that, in non-soldier individuals, the sizes of armatures were seasonally constant. Two potential mechanisms causing these morphological changes in the soldiers' armatures are discussed in relation to predation pressure on the aphid.ArticleSOCIOBIOLOGY. 52(2):429-436 (2008)journal articl

Eggs of a Eusial Aphid’s Predator are Protected Against Attacks by Aphid Soldiers

Predators generally have traits that enable them to efficiently capture their prey and thus improve their survival. Natural selection should also favor traits of predators that improve the survival rate of their eggs, which are immobile and incapable of active resistance. We hypothesized that eggs of Atkinsonia ignipicta, a specialist predator of the eusocial aphid Ceratovacuna japonica, exhibit a defensive trait against aphid soldiers. We found that the hatchability of A. ignipicta eggs did not differ significantly between the experimental treatments with and without soldiers, which suggests that the eggs have a defensive trait that protects them from soldier aphids. Moreover, although the soldiers occasionally exhibited attack behavior when they encountered an egg, they did not continue the attack. We have observed a similar interruption of attack behavior by soldiers that attacked their aphid siblings by mistake, suggesting that the eggs may chemically mimic the soldiers' siblings. This study thus provides evidence for adaptation in a specialist predator of a eusocial aphid.

The Effects of Restricting Nitrogen, Phosphorus, and Potassium Fertilizers on Erianthus (\u3cem\u3eErianthus arundinaceus\u3c/em\u3e) Growth and Nutrient Contents

Low inputs and sustainability are the major concerns in bioenergy crop production (Reijnders 2006). Erianthus spp. is a relative of sugarcane and is a perennial crop with high dry matter production (Matsuo et al. 2003). It is expected to become a cellulosic bioenergy crop. However, its fertilizer requirements are still unknown because erianthus has a highly developed root system (Matsuo et al. 2003), and appears to absorb nutrients from the subsoil layer, which is hardly used by other crops. Therefore, it is necessary to experimentally restrict fertilizer application and maintain the rhizosphere to clarify the fertilizer requirements. In this study, we grew Erianthus (Erianthus arundinaceus) in pots and restricted nitrogen (N), phosphorus (P), and potassium (K) fertilizer application to evaluate the fertilizer requirements

Asymmetric syntheses of daedalin A and quercinol and their tyrosinase inhibitory activity

Stereoselective syntheses of daedalin A and quercinol, an enantiomer of daedalin A, is described. The tyrosinase inhibitory activities of daedalin A and quercinol were examined. The activity of quercinol was weaker than that of daedalin A at high concentration.ArticleBIOORGANIC & MEDICINAL CHEMISTRY LETTERS. 20(3):1063-1064 (2010)journal articl

Механізми участі фізіологічної системи сполучної тканини у формуванні патологічних процесів

Дисертація присвячена вирішенню актуальної проблеми встановлення ролі стереотипних реакцій сполучної тканини як фізіологічної системи в розвитку патологічного процесу. Сформульовані загальні принципи оцінки стану фізіологічної системи сполучної тканини та визначена її роль у розвитку патологічного процесу в паренхіматозних органах (нирки, печінка, підшлункова залоза) і кістковій тканині. Вперше вивчена роль регуляторного шляху RANK-RANKL-OPG при експериментальному моделюванні патології нирок, встановлена його активація та наявність взаємозв'язку з про- та протизапальними цитокінами, у тому числі позитивна кореляція між RANKL і профібротичним TGF-β1 (r = 0,61). Виявлені нові патогенетичні механізми порушення стану кісткової тканини, розвитку фіброзу печінки та підшлункової залози, пов'язані зі зниженням функціональної активності тромбоцитів. Встановлено, що механізми гемостазу впливають на активацію проліферативних процесів у сполучній тканині. Можливість перенесення отриманих даних на організм людини уточнювалася на клінічному матеріалі. Виявлена роль стану фізіологічної системи сполучної тканини у розвитку ускладнень і рецидивів у хворих з гідронефротичною трансформацією нирок, встановлена активація регуляторного шляху RANK-RANKL-OPG у хворих на гідронефроз. Показана взаємодія різних механізмів регуляції фізіологічної системи сполучної тканини при розвитку патології органів панкреатодуоденальної зони. На основі оцінки стану фізіологічної системи сполучної тканини запропоновані методи прогнозування хірургічних ускладнень та рецидивів захворювання. Проведений метааналіз отриманих даних, на основі якого за допомогою факторного аналізу встановлені основні групи показників (факторів), які відображають основні напрямки патологічного процесу, опосередковані реакцією фізіологічної системи сполучної тканини. Доповнені наукові дані про механізми хронізації патологічного процесу при захворюваннях нирок, показано, що зміни функціонального стану сполучної тканини можуть бути кількісно зафіксовані навіть у разі уповільненого патологічного процесу в невеликому за масою органі. Доповнені наукові дані про роль та ступінь залученості порушень регуляторної функції фізіологічної системи сполучної тканини у розвиток захворювань шлунково-кишкового тракту, в тому числі дуоденальної виразки. Показана роль і значення зниження фізіологічних резервів фізіологічної системи сполучної тканини для збільшення ризиків захворюваності в популяції. Запропоновано метод оцінки ризиків для популяційного здоров'я населення на основі аналізу фізіологічних резервів фізіологічної системи сполучної тканини.Диссертация посвящена решению актуальной проблемы – установления роли стереотипных реакций соединительной ткани как физиологической системы в развитии патологического процесса. Изучались механизмы регуляции на уровне межклеточных медиаторов и других молекулярных факторов на моделях патологии паренхиматозных органов (почки, печень, поджелудочная железа) и костной ткани в эксперименте. Возможность переноса полученных данных на организм человека уточнялась на клиническом материале. Установлено, что при моделировании патологии почек нарушаются механизмы регуляции соединительной ткани, которые осуществляются цитокинами, увеличиваются уровни адипокинов, активируется регуляторное звено костной ткани – путь RANKRANKL-OPG, имеет место положительная корреляция между RANKL и висфатином (r = 0,48), профибротическим TGF-β1 и адипонектином (r = 0,47). Моделирование патологии органов панкреатодуоденальной зоны и фиброза печени приводит к развитию деструктивно-дистрофических изменений, наиболее выраженных в печени, которые сопровождаются повышением экскреции оксипролина с мочой за счет связанной фракции. Нарушение репаративной регенерации и выход патологического процесса на системный уровень определяется расстройством взаимодействия клеток соединительной ткани с тромбоцитами. Механизм влияния реализуется через систему цитокинов, которые имеют тесные корреляционные связи с функциональной активностью тромбоцитарного звена гемостаза. При моделировании нарушений состояния костной ткани, хронической патологии органов панкреатодуоденальной зоны и фиброза печени механизмы гемостаза влияют на активацию пролиферативных процессов в соединительной ткани, что проявляется снижением функциональной активности тромбоцитов. В группе больных с гидронефрозом установлена активация регуляторного пути RANK-RANKL-OPG, что свидетельствует о вовлечении механизмов регулирования на уровне физиологической системы соединительной ткани. Основой этого процесса является дисбаланс в системе цитокинов – IL-1RA, IL-17 и висфатина, а также дисбаланс (отрицательная корреляция) между уровнями TGF-β1 и адипонектина (r = - 0,29). У больных с обструктивной патологией панкреатодуоденальной зоны развитие и тяжесть послеоперационных осложнений зависят от степени выраженности исходного дисбаланса цитокинового профиля, в том числе снижения уровня противовоспалительной защиты. Развитие обструкции на фоне хронических заболеваний этой области сопровождалось появлением в крови антител к атипичным формам коллагена, что может вести к нарушению репаративной регенерации и развитию аутоиммунных повреждений. На основе анализа корреляционных связей и метаанализа данных определены три группы показателей, отражающих стереотипные механизмы регуляции физиологической системы соединительной ткани. Группа 1 – соответствует механизмам, которые действуют на уровне физиологической системы соединительной ткани в целом. Срыв этих адаптационных механизмов ведет к хронизации патологического процесса и повышению риска развития осложнений и рецидивов. К ней относятся уровни висфатина, IL-4, IL-6, TGF-β1, масса и плотность кости, параметры агрегации тромбоцитов при концентрации индуктора 10 мкмоль/л, которые являются основными молекулярными посредниками срыва естественного течения репаративной регенерации. Группа 2 – соответствует компенсаторным механизмам, действующим на уровне физиологической системы соединительной ткани при достаточном уровне физиологических резервов, при котором повреждение локализовано, а на системном уровне – компенсировано. В нее входят: уровни IL-1, IL-1RA, RANKL, кальцитонина и параметры агрегации тромбоцитов при концентрациях индуктора 2,5 и 10 мкмоль/л. Показатели группы 2 являются наиболее значимыми критериями для оценки снижения риска развития осложнений в ходе мониторинга заболеваний. Группа 3 – соответствует резкой активации обменных процессов на уровне физиологической системы соединительной ткани, при которых задействовано большинство путей регулирования, со смешением в сторону преобладания синтеза над распадом. Группа 3 объединяет уровни IL-17, OPG, RANKL, адипонектина, паратиреоидного гормона, всех фракций оксипролина и параметров агрегации тромбоцитов при концентрациях индуктора 2,5 и 5 мкмоль/л. Показатели этой группы наиболее информативны для оценки вовлеченности физиологической системы соединительной ткани в патологический процесс на ранних стадиях его развития, включая донозологические состояния. При значительных объемах повреждения и длительности заболевания выявляется вовлечение в развитие патологического процесса физиологической системы соединительной ткани в целом, то есть ее реакция наряду с реакциями других органов и систем при воспалении является одним из важных компонентов синдрома системного воспалительного ответа (SIRS). В зависимости от реактивности организма и особенностей повреждения изменяется ход процесса и степень вовлечения системы соединительной ткани, что является важным фактором хронизации и риска рецидивирования. Доказано значение степени вовлечения соединительной ткани и диагностическая ценность показателей её обмена (оксипролина и гликозаминогликанов) для ранней диагностики нефросклероза у больных хроническим пиелонефритом, ренальной остеодистрофии у больных с хронической почечной недостаточностью, патологических процессов разной интенсивности в желудке; роль межклеточных медиаторов в механизме репаративной регенерации у подростков с дуоденальной язвой, у детей с кардиопатией и остеопенией на фоне недифференцированной дисплазии соединительной ткани. Доказана возможность использования оксипролина, гликозаминогликанов и антител к атипичным формам коллагена в качестве молекулярных маркеров для диагностики донозологических состояний и оценки популяционного здоровья.Dissertation is devoted to solving the urgent problem of establishing the role of the stereotypical reactions of connective tissue as a physiological system in the development of the pathological processes. General principles for the assessment of the physiological system of connective tissue are formulated, and its role in the development of the pathological processes in the parenchymatous organs (kidney, liver, pancreas) and bone is determined. We first studied the role of regulatory path RANK-RANKL-OPG in experimental modeling of renal diseases, its activation and the relationship with pro- and anti-inflammatory cytokines, including a positive correlation between RANKL and profibrogenic TGF-β1 (r = 0,61). New pathogenetic mechanisms of disturbances of condition of bone tissue are identified and development of fibrosis of the liver and pancreas, associated with a decrease in the functional activity of platelets is made. It is established that the hemostasis mechanisms influence the activation of proliferative processes in the connective tissue. Possibility of transferring the data on the person was specified on the clinical material. Role of the state of the physiological system of connective tissue in the development of complications and recurrences in patients with hydronephrotic transformation of the kidneys is detected; activation regulatory path RANKRANKL-OPG in patients with hydronephrosis is established. Interrelation of the various mechanisms of regulation of the physiological system of connective tissue in the development of pathology of the pancreatoduodenal zones’ organs is shown. Based on the assessment of the physiological system of connective tissue the methods for predicting surgical complications and recurrence of the disease are proposed. Conducted meta-analysis of the obtained data, on the basis of which with the help of factor analysis, the main groups of indicators (factors) are established, which reflect the main directions of the pathological process, mediated reactions in physiological system of the connective tissue. Augmented scientific data on the mechanisms of chronization of the pathological process in diseases of the kidneys is supplemented; it is shown that changes of the functional state of the connective tissue can be quantitatively recorded even in the case of a sluggish pathological process in the small mass organ. Augmented scientific data on the role and degree of involvement of the regulatory function damages of the physiological system of connective tissue in the development of diseases of the gastrointestinal tract, including duodenal ulcer is supplemented. Role and significance of the decline in physiological reserves of the physiological system of connective tissue to increase the risk of morbidity in the population is shown. Method of risk assessment for population health based on the analysis of physiological reserves of the physiological system of the connective tissue is proposed

Positive geographic correlation between soldiers’ weapon size and defensive prowess in a eusocial aphid, Ceratovacuna japonica

Some aphid species produce a soldier caste with enlarged forelegs and horns (weapons). It has been hypothesised that the evolution of morphological specialization by soldiers in social aphids is accelerated by high predation pressure, but this possibility has not been tested. Here, we investigated the relationship between local predator abundance and soldiers\u27 weapon size and aggressiveness in a prey-predator system comprising a eusocial aphid, Ceratovacuna japonica, and its predators (larvae of the butterfly Taraka hamada and of the moth Atkinsonia ignipicta) in two populations with different predator abundances. We found that the soldiers in the predator-abundant population had larger weapons and were more aggressive than those in the population with lower predator abundance. Furthermore, the soldiers\u27 defensive prowess (evaluated as the survival of aphids in the presence of predators) was greater in the predator-abundant population. These results provide the first evidence that a population of eusocial aphids experiencing high predation pressure has soldiers with pronounced defensive traits and defensive prowess

Demonstration of pollinator-mediated competition between two native Impatiens species, Impatiens noli-tangere and I. textori (Balsaminaceae)

Plant–plant interspecific competition via pollinators occurs when the flowering seasons of two or more plant species overlap and the pollinator fauna is shared. Negative sexual interactions between species (reproductive interference) through improper heterospecific pollen transfer have recently been reported between native and invasive species demonstrating pollination-driven competition. We focused on two native Impatiens species (I. noli-tangere and I. textori) found in Japan and examined whether pollinator-mediated plant competition occurs between them. We demonstrate that I. noli-tangere and I. textori share the same pollination niche (i.e., flowering season, pollinator fauna, and position of pollen on the pollinator's body). In addition, heterospecific pollen grains were deposited on most stigmas of both I. noli-tangere and I. textori flowers that were situated within 2 m of flowers of the other species resulting in depressed fruit set. Further, by hand-pollination experiments, we show that when as few as 10% of the pollen grains are heterospecific, fruit set is decreased to less than half in both species. These results show that intensive pollinator-mediated competition occurs between I. noli-tangere and I. textori. This study suggests that intensive pollinator-mediated competition occurs in the wild even when interacting species are both native and not invasive.ArticleECOLOGY AND EVOLUTION. 5(6):1271-1277 (2015)journal articl