Optimized imaging using non-rigid registration

The extraordinary improvements of modern imaging devices offer access to data with unprecedented information content. However, widely used image processing methodologies fall far short of exploiting the full breadth of information offered by numerous types of scanning probe, optical, and electron microscopies. In many applications, it is necessary to keep measurement intensities below a desired threshold. We propose a methodology for extracting an increased level of information by processing a series of data sets suffering, in particular, from high degree of spatial uncertainty caused by complex multiscale motion during the acquisition process. An important role is played by a nonrigid pixel-wise registration method that can cope with low signal-to-noise ratios. This is accompanied by formulating objective quality measures which replace human intervention and visual inspection in the processing chain. Scanning transmission electron microscopy of siliceous zeolite material exhibits the above-mentioned obstructions and therefore serves as orientation and a test of our procedures

Genetische Adaption an lokale, ökologische Anbaubedingungen: Vergleich zwischen ‚bester’ reiner Linie und genetisch breiter Population am Beispiel Sommer- und Winterackerbohne

Die Fababohne (Vicia faba L.) ist als Körnerleguminose eine ‘low input’-Frucht, die gut zur ökologischen Landwirtschaft passt und die dem ökologischen Anbausystem eine Reihe von Vorteilen gibt (z.B. ‚break crop’, positive N-Bilanz, Unkraut-Unterdrückung). Der Einsatz von Chemikalien in der konventionellen Landwirtschaft mildert dort teilweise die Auswirkungen von Umweltschwankungen auf die Feldfrucht. In der ökologischen Landwirtschaft ist es sehr wichtig, genetische Variation zu nutzen als Mittel, um mit den agro-ökologischen und umweltbedingten Schwankungen umzugehen, um das Risiko eines Anbau-Misserfolges zu vermindern. Deswegen benötigt die ökologische Landwirtschaft Sorten, die besonders an die ökologischen Bedingungen angepasst sind. Die hauptsächlichen Ziele dieser Studie waren: (1) lokal angepasste Ackerbohnen-Sorten für einige ökologische Bauernhöfe in Deutschland zu entwickeln, und dazu den partizipativen Ansatz zu wählen, (2) eine lokale mit der üblichen, überregionalen Pflanzenzüchtung zu vergleichen, und Inzuchtlinien mit synthetischen Sorten als Sortentyp für die ökologische Landwirtschaft zu vergleichen, (3) die Wirkung von Heterogenität des Inzuchtstatus und der Wuchshöhe auf die Konkurrenz zwischen Fababohnen-Genotypen abzuschätzen und schließlich (4) die Konkurrenzkraft zwischen Unkraut und Ackerbohnen-Genotypen zu prüfen, wenn die Bohnen sich in ihrer Heterozygotie, Heterogenität und Wuchshöhe kontrastierend unterscheiden. Für das erste Ziel wurden 49 Sommerbohnen-Genotypen und 56 Winterbohnen-Genotypen mit unterschiedlicher genotypischer Struktur (hoch und niedrig heterozygot bzw. heterogen) in Feldversuchen über vier ökologische Standorte und einen konventionellen Standort in Deutschland über die Jahre 2004, 2005 und 2006 geprüft. Das Material umfasste sowohl bei Winterbohnen als auch bei Sommerbohnen 18 Inzuchtlinien, ihre 18 Polycross-Nachkommenschaften, Polycross-Nachkommenschafts-Mischungen, Inzuchtlinien-Mischungen, eine F1-Hybriden-Mischung (Sommerbohnen) und Kontroll-Genotypen. Der Ertrag von synthetischen Sorten wurde aus dem Ertrag von Inzuchtlinien und ihren Polycross-Nachkommenschaften vorhergesagt. Für das zweite Ziel wurden die Resultate der genotypischen Leistung von Inzuchtlinien und Polycross-Nachkommenschaften von Sommerbohnen-Genotypen über diese fünf Orte und diese drei Jahre betrachtet. Für das dritte Ziel wurde ein Experiment über drei Jahre (2004, 2005, 2006) an einem Ort durchgeführt, wo geprüft wurden: eine hochwüchsige Hybride, eine hochwüchsige Hybriden-Mischung, eine kurze Hybriden-Mischen, eine hoch- und eine kurzwüchsige Inzuchtlinie, dieses in allen möglichen Zwei-Komponenten-Kombinationen des Typs „Linie plus Hybride“ und „Linie plus Linie“. Für jede Kombination wurde eine Serie von fünf Mischungs-Anteilen der je zwei Komponenten aufgestellt. Effekte aufgrund von Konkurrenz zwischen den Komponenten wurden auf der Ebene der Parzellen und auf der Ebene der einzelnen Komponenten erfasst. Was das vierte Ziel betrifft, so wurde ein Satz von 24 Genotypen, der aus verschiedenen genotypischen Strukturen zusammengesetzt wurde (acht Inzuchtlinien, acht Polycross-Nachkommenschaften, zwei Inzuchtlinien-Mischungen, zwei F1-Hybriden-Mischungen, vier Kontroll-Genotypen) unter zwei Behandlungen geprüft: mit Unkraut und ohne Unkraut. Die Konkurrenzkraft dieser Fababohnen-Genotypen gegenüber dem Unkraut wurden mit dem Modell-Unkraut Camelina sativa in zwei Orten in den Jahren 2005 und 2006 geprüft. Die Resultate dieser Versuche zeigten, dass die Kriterien der Landwirte bei der züchterischen Auslese stark durch die biotischen und abiotischen Bedingungen beeinflusst war, denen die Ackerfrucht an dem jeweiligen Ort ausgesetzt war. Der Ertrag bildete für alle Partner ein wichtiges Merkmal für die Einschätzung der Genotypen. Unerwarteterweise wurden anscheinend eher homogene Genotypen als heterogene Genotypen von den Landwirten wertgeschätzt. Aufgrund der großen Genotyp x Orts-Interaktionen der ökologischen Anbauorte versprach eine lokale Züchtung höhere Selektionsgewinne und wäre offensichtlich effizienter als die überregionale Züchtung. Trotz der großen Varianz zwischen Inzuchtlinien, die einer lokalen Züchtung zur Verfügung steht und die einen hohen Auslesegewinn erlaubt, waren die Synthetiks mit dem höchsten Ertrag in beiden Züchtungsstrategien aufgrund ihrer partiell genutzten Heterosis den Linien mit dem höchsten Ertrag überlegen. Durch ihre Heterogenität und Heterozygotie haben synthetische Sorten den Vorteil, an einem gegebenen Anbauort über die Jahre stabiler und auch anpassungsfähig zu sein. Außerdem zeigte sich klar, dass Heterogenität für den Inzuchtstatut, eine Eigentümlichkeit von Fababohnen-Synthetiks, ein Vorteil ist und zu einer Erhöhung der Ertragsleistung führt. Heterogenität der Wuchshöhe im Fall von Inzuchtlinien wurde nicht als Vorteil für die Ertragsleistung gefunden. Mit der Heterozygotie der Genotypen stieg die Konkurrenzkraft gegenüber Unkräutern, was durch die Hybriden-Mischungen gezeigt wurde, die die höchste Konkurrenzkraft hatten, wohingegen Inzuchtlinien am konkurrenzschwächsten waren. Es wurde innerhalb einer genotypischen Struktur (z.B. innerhalb der Gruppe der Inzuchtlinien) keine Korrelation zwischen der Ertragsleistung von Genotypen und ihrer Konkurrenz-Reaktion gefunden. Die Konkurrenzkraft gegen Unkräuter wurde durch frühe Blüte, hohen Wuchs und hohe Heterozygotie verbessert, obwohl einige Inzuchtlinien gefunden wurden, die gegen den Unkrautstress ebenso konkurrenzkräftig waren wie die teilweise heterozygoten und heterogenen Polycross-Nachkommenschaften und Kontroll-Genotypen. Dennoch, über all die verschiedenen Aspekte dieser Studie erschien generell Heterozygotie und Heterogenität als notwendiges Charakteristikum einer Sorte, um zu den Bedingungen und Auflagen der ökologischen Landwirtschaft zu passen. Somit scheint die synthetische Sorte der angemessene Sortentyp zu sein, der den Erfordernissen der ökologischen Landwirtschaft entspricht

Prognostic significance of DNA cytometry in cutaneous malignant lymphomas.

The current classification of cutaneous malignant lymphomas (ML) into low-grade and high-grade lymphomas was found to be of limited reproducibility and permitted only a rough prediction about outcome. With this in mind, the relationship between nuclear DNA content and both prognosis and histologic grading according to the Kiel classification was evaluated on Feulgen-stained imprint specimens. In all, 49 cases of malignant non-Hodgkin's lymphoma, primary of the skin or with an involvement of the skin as one of the first symptoms, were studied using a computerized high-resolution image analysis system. The 2c deviation index (2cDI), which reflects the variation of the nuclear DNA values around the normal diploid peak, was found to be the best prognostically relevant criterion. Using the 2cDI, a significant discrimination (P less than 0.001 in the U test) between low-grade and high-grade ML was achieved. The prognostic benefit of the 2cDI was well documented by a significant inverse correlation between the 2cDI and the period of time until the patients progressed at least into one higher stage or died of lymphoma (r equals -0.63, P less than 0.05). In addition, the 2cDI enabled prognosis of the course of disease. In the group with low 2cDI values (2cDI, less than 0.5), no progression of the disease was observed after 1 year. In the groups presenting with a 2cDI between 0.5 and 1.0 and higher than 1.0, a progression was found in 57% and 64% of the cases studied, respectively. In conclusion, these measurements indicate that the determination of DNA distribution patterns in imprint specimens allows a precise and objective prognostic evaluation of cutaneous ML

Chapter 5-Parkinson's disease - A role of non-enzymatic posttranslational modifications in disease onset and progression?

Parkinson's disease (PD) is a still incurable neurodegenerative disorder with a highly complex etiology. While about 10% of cases are associated with single-gene mutations, the majority of PD is thought to originate from a combination of factors such as environmental impact, lifestyle and aging. Even though investigations into the genetically caused cases have uncovered major pathomechanisms of the disease there still exists a wide gap concerning the molecular impact of the other risk factors. All of them are known to have a major impact on the oxidative burden of the cell and thus strongly influence the non-enzymatic posttranslational modifications (nePTMs) of proteins. These modifications are by now known to dramatically alter the stability of proteins, their interactomes, and also their functions. However, the knowledge of nePTMs and their possible causative role in the pathoetiology of PD is just starting to emerge again guided by research on PD-associated genes. In this short review, we will thus concentrate on known nePTMs of two PD-associated genes, SCNA and DJ-1, and discuss their role in the pathoetiology of PD. In the future, it will, however, be essential to unravel the complete environmental proteome to understand the impact of nePTMs on PD etiology. This might open up new pathways urgently needed to develop new diagnostic and therapeutic tools for this still incurable disease