Characterization of bHLH transcription factors that control tissue differentiation in Physcomitrella patens

Tese de mestrado. Biologia (Biologia Celular e Biotecnologia). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2012The evolution of developmental and physiological processes in plants made possible the colonization of the terrestrial environment. The development of a rooting system was critical for the spread of plants on land. Rhizoids and caulonema are cells with rooting function that are present in early diverging groups of land plants, such as mosses. In Physcomitrella patens the development of these cells is controlled by auxin, which positively regulates PpRSL (Physcomitrella patens RHD SIX-LIKE) Class I genes. The closest relatives of PpRSLs in higher plants control root hair development. In higher plants LRL (LjRHL-LIKE) genes also control root hair development but their function in P. patens is unknown. I show here that PpLRL genes are present in P. patens and are required for caulonema and rhizoid development. In A. thaliana, RSL Class I genes positively regulate the expression of AtLRL3, and this gene is also positively regulated by auxin. I demonstrate that auxin-induced rhizoid and caulonema cell development in P. patens requires the activity of PpLRL genes, but unlike A. thaliana both PpLRL genes are negatively regulated by auxin. I also found that expression of PpLRL genes is independent of RSL Class I. These findings suggest that there exists a gene network that is conserved between A. thaliana and P. patens, but the interactions between its components are different in the two species. These different topologies observed in the network that controls the development of rooting systems may explain the diversity observed in land plant rooting systems. I also generated a knock-out mutant, Pphol, which will be used to understand the role and evolution of methyl halides production in land plants. Altogether, this work supports the hypothesis that the evolution of novel developmental and physiological processes was partly driven by the reutilization of ancient developmental and physiological mechanisms.A conquista de ambientes terrestres por parte das plantas constituiu um importante marco na História da Terra. Este evento teve impactos dramáticos nos ciclos atmosféricos e geoquímicos até aos dias de hoje. O desenvolvimento e a evolução de sistemas radiculares tornaram possíveis a conquista e adaptação das plantas a um ambiente terrestre. As primeiras plantas terrestres eram bastante semelhantes aos briófitos atuais e o seu sistema radicular era composto essencialmente por filamentos multicelulares chamados rizóides. O sistema radicular nas plantas superiores é constituído por pêlos radiculares, projeções unicelulares tubulares que cobrem a epiderme da raiz. Recentemente descobriu-se que um par de fatores de transcrição beta helix-loop-helix (bHLH), denominados Root Hair Defective Six-Like (RSL) Classe I, controla o desenvolvimento de caulonema (células com funções radiculares) e rizóides no musgo Physcomitrella patens e o desenvolvimento de pêlos radiculares em Arabidopsis thaliana. Este facto demonstra que o mecanismo genético que controla o desenvolvimento de sistemas radiculares está presente nas plantas terrestres desde a existência do ancestral comum entre P. patens e A. thaliana há cerca de 443 milhões de anos. A regulação da rede transcricional que controla o desenvolvimento de pêlos radiculares em angiospérmicas é mais estudada e compreendida do que aquela que controla o desenvolvimento de caulonema e rizóides em briófitos. Para além dos fatores de transcrição RSL Classe I, outros factores de transcrição bHLH como os Lj-Root Hairless Like (LRL) promovem o desenvolvimento de pêlos radiculares em angiospérmicas. A auxina é uma fitohormona que induz o desenvolvimento de pêlos radiculares em angiospérmicas e o desenvolvimento de rizóides em musgo. É sabido que a auxina não controla a expressão dos genes AtRSL Classe I mas controla positivamente a expressão do gene AtLRL3 que por sua vez promove o desenvolvimento de pêlos radiculares em A. thaliana. Em P. patens, ao contrário do que ocorre em A. thaliana, a expressão dos genes RSL Class I, que controlam o desenvolvimento de rizóides, é controlada positivamente pela auxina. O genoma do musgo P. patens contém dois genes LRL, contudo a sua função em P. patens é desconhecida. Uma vez que os genes RSL Classe I funcionam tanto no desenvolvimento de rizoides em P. patens como no desenvolvimento de pêlos radiculares em A. thaliana, é postulado que os genes LRL funcionem também no desenvolvimento de rizóides no musgo P. patens à semelhança do que ocorre em A. thaliana (onde promovem o desenvolvimento de pêlos radiculares). Demonstrando que os genes LRL controlam o desenvolvimento de rizóides em P. patens, é possível inferir que mais do que um conjunto de genes está presente na rede genética regulatória que controlou o desenvolvimento dos sistemas radiculares das primeiras plantas terrestres. De forma a caracterizar a função dos genes LRL em P. patens, foi gerada uma análise filogenética de forma a inferir as relações filogenéticas entre os genes LRL presentes nos genomas de A. thaliana e P. patens. O genoma de A. thaliana contém cinco genes LRL, três dos quais controlam o desenvolvimento de pêlos radiculares (AtLRL1, AtLRL2 e AtLRL3), e o genoma de P. patens contém dois genes LRL (PpLRL1 e PpLRL2). Através da análise filogenética foi possível determinar que os genes LRL presentes em P. patens e os genes AtLRL1, AtLRL2 e AtLRL3 derivam do mesmo ancestral, dando suporte à hipótese de que PpLRL1 e PpLRL2 controlam o desenvolvimento de células com função radicular em P. patens. Para caracterizar a função de ambos os LRL, foi realizada uma análise fenotípica em mutantes que não contêm cada um dos genes: (Pplrl1 e Pplrl2); e que sobre-expressem cada um dos genes: (35S::PpLRL1 e 35S::PpLRL2). Esta análise revelou que tanto PpLRL1 e PpLRL2 são necessários para o desenvolvimento de caulonema e rizóides (os dois tecidos com função radicular em P. patens). Os mutantes que não continham cada um dos genes desenvolvem filamentos de caulonema mais curtos e a coloração dos rizóides é afetada, sendo que em vez de desenvolverem rizóides com uma coloração acastanhada, desenvolvem rizóides mais pálidos comparados com as plantas wild type. Por outro lado, os mutantes 35S::PpLRL1 desenvolvem rizóides mais compridos e com uma coloração acastanhada mais demarcada quando comparados com as plantas wild type. Desta forma é possível afirmar que os componentes que compõem a rede regulatória genética que controla o desenvolvimento de sistemas radiculares nas plantas terrestres estão conservados desde a divergência entre P. patens e A. thaliana. Uma vez que a expressão de AtLRL3 é positivamente regulada pelos genes RSL Classe I em A.thaliana, e tendo em conta que os genes RSL Classe I também controlam o desenvolvimento de rizóides em P. patens, é postulado que a expressão de PpLRL1 e PpLRL2 é regulada pelos genes RSL Classe I em P. patens. De forma a verificar esta hipótese, os níveis de expressão dos genes PpLRL1 e PpLRL2 foram quantificados através de qRT-PCR no duplo mutante Pprsl1 Pprsl2 (mutante sem os genes RSL Classe I). Espantosamente, tanto a expressão do gene PpLRL1 como a do gene PpLRL2 não é afetada no duplo mutante Pprsl1 Pprsl2. Este facto demonstra que, ao contrário do que acontece em A. thaliana, a expressão dos genes LRL é independente dos genes RSL Classe I em P. patens. A auxina desempenha um papel crucial no desenvolvimento de pêlos radiculares em angiospérmicas e no desenvolvimento de células com função radicular no musgo P. patens. É sabido que a expressão do gene AtLRL3 é positivamente controlada pela auxina, regulando assim o desenvolvimento de pêlos radiculares através da sua ação na expressão do gene AtLRL3. De forma a compreender se a ação da auxina no desenvolvimento de rizoides e caulonema requer a ação dos genes PpLRL1 e PpLRL2, os mutantes Pplrl1 e Pplrl2 foram tratados com auxina e comparados com os respectivos controlos (mutantes sem qualquer adição de auxina exógena). O tratamento de auxina em ambos os mutantes não foi capaz de despoletar o desenvolvimento de caulonema e rizóides observado em plantas wild type, revelando que o desenvolvimento mediado pela auxina de células com função radicular em P. patens requer a função dos genes PpLRL1 e PpLRL2. Tendo em conta que a expressão do gene AtLRL3 é positivamente regulada pela auxina, e que o mecanismo de desenvolvimento de caulonema e rizóides induzido pela auxina requer a função de ambos os genes PpLRL1 e PpLRL2, é postulado que a auxina desempenha um papel crucial na regulação da expressão destes genes. Para verificar esta possibilidade, o nível de expressão dos genes PpLRL1 e PpLRL2 foi quantificado através de qRT-PCR em plantas tratadas com auxina exógena e plantas não tratadas. Ao contrário do que seria expectável, tanto a expressão de PpLRL1 como a de PpLRL2 é negativamente regulada pela auxina. Este resultado demonstra que, embora os componentes da rede genética regulatória que controla o desenvolvimento de células com função radicular em plantas terrestres estejam conservados, a topologia dessa mesma rede genética regulatória é diferente entre P. patens e A. thaliana. Estas diferentes interações na mesma rede genética regulatória podem justificar a diversidade morfológica observada nos sistemas radiculares em plantas terrestres. Nesta tese de mestrado é também demonstrada a geração de um mutante através de recombinação homóloga em P. patens. O objectivo é criar um mutante cujo gene Harmless to Ozone Layer (HOL) seja retirado do genoma do musgo P. patens de forma a criar uma planta que não contenha este gene: Pphol. O gene AtHOL é uma metiltransferase responsável pela catálise de haloalcanos em A. thaliana. A função dos haloalcanos não é bem conhecida em A. thaliana, mas é sabido que muitas espécies de plantas são capazes de produzir e emitir haloalcanos. O musgo P. patens é uma das plantas que produz e emite haloalcanos e sabe-se que o seu genoma contém um gene HOL, contudo a sua caracterização nunca foi realizada. De modo a caracterizar a função deste gene em P. patens, a emissão de haloalcanos será analisada no mutante Pphol, cuja geração é descrita nesta tese, e comparada com as plantas wild type. Se se verificar que este gene é necessário para a produção de haloalcanos em P. patens, é possível inferir que o mecanismo de síntese de haloalcanos está conservado nas plantas terrestres desde a divergência de P. patens e A. thaliana. Juntamente com a análise dos fatores de transcrição PpLRL1 e PpLRL2, o uso do mutante Pphol, poderá ser essencial para a compreensão da evolução de mecanismos fisiológicos e de desenvolvimento em plantas terrestres. A evolução destes processos foi crucial para a adaptação e radiação das plantas no ambiente terrestre

Determinação de cobalto em vinho e mosto por espectrofotometria de absorção atómica com atomização electrotérmica. Desenvolvimento e validação do método de análise

An electrothermal atomization atomic absorption spectrometry method was optimized to quantify cobalt in musts and wines, especially within quality control scope. As far as wine samples are concerned, the method involves reduced risk of contamination by eliminating prior treatment other than dilution (1:2). For must samples a pre-treatment is needed, in order to destroy the organic matter that could interfere with the analytical determination. A conventional thermal program (with pyrolysis step), with and without matrix modifier [Mg(NO3)2], was developed and optimized. Pyrolysis and atomization curves were studied using a Co standard solution, must and wine samples. The analytical figures of merit of the method such as linearity of the calibration curve, specificity (standard additions test), accuracy, analytical limits and precision were studied using wine samples. The linear dynamic range under optimized conditions was 0.4-10.0 μg/L. The recoveries were between 87% and 98% for all of the wines and addition levels used in the test. The method presents a very satisfactory specificity for red wines, while matrix effect was observed for white wines. The limit of detection in undiluted wines was 0.8 μg/L. Repeatability was lower than 0.7 μg/L (RSD < 5%). For accuracy evaluation, Co content in six wine samples and one Co standard solution, from an international collaborative trial, was determined by ETAAS and ICP-MS with comparable results (in general the differences were lower than 5%). Bearing in mind that must samples are previously digested, it is expected that the method performance parameters are at least as favourable as those observed with wines.-----------------------------------------Apresenta-se a optimização de um método de análise para a determinação de cobalto, em mostos e vinhos, por espectrofotometria de absorção atómica com atomização electrotérmica. A preparação das amostras de vinho consiste na sua diluição (1:2), pelo que o risco de contaminação é reduzido. No caso das amostras de mosto, é necessário eliminar previamente a matéria orgânica, susceptível de causar interferências na determinação analítica. Foi optimizado um programa térmico convencional (com etapa de pirólise), com e sem adição de modificador de matriz [Mg(NO3)2]. As curvas de pirólise e de atomização foram estabelecidas com recurso a uma solução padrão de Co, mosto e vinho tintos. Foram avaliadas as seguintes características do método: linearidade da curva de calibração, especificidade (teste das adições de padrão), exactidão, limites analíticos e precisão. A gama de trabalho do método é de 0.4 a 10.0 μg/L. As taxas de recuperação variaram entre 87% e 98%, para todos os vinhos e níveis de adição utilizados no teste. A especificidade do método é bastante satisfatória para vinhos tintos, tendo sido verificada a existência de efeito de matriz nos vinhos brancos. A quantidade mínima de analito doseável em vinhos é de 0,8 μg/L e o valor da repetibilidade inferior a 0,7 μg/L (CV < 5%). A exactidão do método foi avaliada por comparação de resultados analíticos obtidos por aplicação do método proposto (ETAAS) e de um método ICP-MS, a amostras originárias de um ensaio colaborativo internacional. As diferenças observadas foram, em geral, inferiores a 5%. É de admitir que as características do método (com excepção da praticabilidade), quando aplicado a mosto, sejam no mínimo tão favoráveis quanto aquelas observadas na sua aplicação a vinhos, uma vez que as amostras de mosto são previamente mineralizadas

Effect of wood aging on wine mineral composition and 87Sr/86Sr isotopic ratio

The evolution of mineral composition and wine strontium isotopic ratio 87Sr/86Sr (Sr IR) during wood aging were investigated. A red wine was aged in stainless steel tanks with French oak staves (Quercus sessiliflora Salisb.), with three industrial scale replicates. Sampling was carried out after 30, 60, and 90 days of aging, and the wines were evaluated in terms of general analysis, phenolic composition, total polysaccharides, multielement composition, and Sr IR. Li, Be, Mg, Al, Sc, Ti, V, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Rb, Sr, Y, Zr, Mo, Sb, Cs, Ba, Pr, Nd, Sm, Eu, Dy, Ho, Er, Yb, Lu, Tl, and Pb elements and 87Sr/86Sr were determined by quadrupole inductively coupled plasma mass spectrometry (Q-ICP-MS) and Na, K, Ca, and Fe by flame atomic absorption spectrometry (FAAS). Two-way ANOVA was applied to assess wood aging and time effect on Sr IR and mineral composition. Wood aging resulted in significantly higher concentrations of Mg, V, Co, Ni, and Sr. At the end of the aging period, wine exhibited statistically identical Sr IR compared to control. Study suggests that wood aging does not affect 87Sr/86Sr, not precluding the use of this parameter for wine traceability purposesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersio

Sensor de anticolisão Robótico

O presente relatório surge no âmbito da unidade curricular de Projeto do curso de Mestrado em Projeto e Produção Mecânica, da Escola Superior de Tecnologia de Abrantes (ESTA), pertencente ao Instituto Politécnico de Tomar (IPT) e pretende evidenciar um relatório técnico, relativo a um projeto desenvolvido pelo discente no âmbito do sensor de anticolisão robótico, bem como os estudos desenvolvidos nos últimos 20 anos, sobre o tema em questão. Ao longo deste trabalho irá ser descrito a evolução dos sistemas robóticos em termos de sensores e mecanismos de segurança quando sujeitos a um esforço excessivo. Os sensores são dos componentes mais usados em sistemas robóticos e no mundo da engenharia em geral, estes permitem prever, antecipar e precaver falhas ao segundo. No caso dos sensores de colisão, conseguem de um modo exato e preciso, afinar o esforço máximo ou mínimo que um robô ou braço robótico irá fazer num determinado movimento, bem como pará-lo de forma imediata, precavendo assim acontecimentos indesejados. Esta calibração de esforço pode ser afinada manualmente ou de um modo automático, consoante o tipo de sensor em uso. A investigação efetuada é baseada em livros credíveis e artigos científicos conceituados, em que os autores são responsáveis por variados estudos dentro do tema em ênfase. Após uma observação de vários artigos destes autores é possível constatar que é quase impossível falar de robótica sem falar de automação. Estes dois campos interagem entre eles permitindo que se complementem um ao outro, de modo a criar sistemas que satisfaçam as necessidades do mundo tecnológico. De modo a colmatar a investigação, foi desenvolvido um projeto de um sensor anticolisão robótico, onde o objetivo principal é criar uma ferramenta inovadora, precisa, exata e económica, face às ferramentas já disponíveis no mercado

Desenvolvimento de um procedimento de mineralização de mosto para análise elementar por digestão por microondas

Analytical NoteThe present work describes the development and validation of a high pressure microwave-assisted mineralization procedure for the determination of metals in grape must by spectrometric techniques. Metals of special oenological and food safety importance (Al, Co, Cu, Cd, Pb) were used as model elements to achieve the optimum working conditions. The study was conducted by monitoring their concentration in experimental samples by ETAAS. Different combinations of HNO3 and H2O2 were tested and an optimal volume of 1 mL of each reagent, added to 2 mL of sample, was selected for further studies. In comparison with experimental conditions described in literature for the mineralization of grape must and wine by HPMW, the proposed procedure requires very low reagent consumption. Time and temperature were regarded as factors in the optimization study of microwave oven program, resulting in 72 minutes of extension including ventilation. The procedure trueness and precision were evaluated using grape must and wine samples. For each element three different levels of addition were performed. The recovery range was from 94% (Co) to 113% (Pb) in grape must and from 96% (Cu) to 128% (Al) in wine. Relative standard deviations ranged from 1% (Cd) to 11% (Al) in grape must and from 2% (Cd, Pb) to 9% (Co) in wine (n = 10). The proposed procedure is suitable for grape must and wine mineralization with a view to trace element analysis

Effect of bentonite characteristics on the elemental composition of wine

Physical, chemical, and mineralogical characteristics of six bentonites were assessed and related to their elemental release to wine. Extraction essays of bentonites in wine at three pH levels were carried out. The multielemental analysis of bentonites and wines was performed by atomic absorption spectrometry (AAS) and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Bentonite addition resulted in significantly higher concentrations of Li, Be, Na, Mg, Al, Ca, Sc, V, Mn, Fe, Co, Ni, Ga, Ge, As, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, Sn, Sb, Ba, W, Tl, Bi, and W. In contrast, the concentrations of B, K, Cu, Zn, and Rb significantly decreased. A strong correlation between Na concentrations of treated wines and its content in bentonite exchange complex was observed. Al and Fe contents reflected bentonite extractable aluminous and ferruginous constituents, while Be, Mg, Ca, V, Mn, Ni, Ge, Zr, Nb, Mo, Sn, Sb, Tl, Pb, and U concentrations reflected the elemental composition of bentonites. Several nonconformances with OIV specifications demonstrated the need for an effective control

Building a thinner gap in a gas-gap heat switch

25th International Cryogenic Engineering Conference and the International Cryogenic Materials Conference in 2014, ICEC 25–ICMC 2014A gas-gap heat switch (GGHS) reaches its highest conductance state when the gap between two exchange surfaces is filled with a conducting gas in a viscous regime. The broader the surface and the thinner the gap, the higher the ON conductance achieved. In this paper we describe a very thin cold gas-gap heat switch reached upon the use of the differential thermal expansion of the construction materials. Such technique overcomes the intricacies of the manufacturing process of the switch. We designed built and tested a prototype of a very thin gap heat switch using our new methodology. The high conductance was measured with both helium and nitrogen, at temperatures ranging from 20 K (He) or 75 K (N2) up to room temperature. The inferred gap opening at low temperature (| 17 Pm) has shown to be slightly above the expected, which allowed us to reinterpret the design calculations. The switch was also characterized along its extreme conductance states while using a sorption pump, and its performance was compared with a previously developed model. Lessons learned from the first prototype led us to build a second one with better performance. Our experiments suggest that the proposed design allows for the development of a customized cryogenic switch with improved ON conductance while keeping the assembly very simple and sturdy, hence widening the scope of applicability of these devices

Como se constrói uma casa: moving and interactive typography in digital and audio-visual environments

This study aims to briefly analyze the semantic and aesthetic role of the written word and typography between the end of the 19th century and the present, paying particular attention to its perception and use in audiovisual and digital systems. Analyzing a wide range of periods, works, and artists, we aim to understand the potential of typography in the contemporary artistic discourse and explore the visual, dynamic, and interactive components in modern and contemporary typography. This study also aims to find new possibilities for using typography as an artistic component in a computational and videographic system. We will show one of our first experimental works in this field, a short stop-motion film we developed to assess original ways of converging text, image, and movement in an audio-visual and digital environment.Este trabajo pretende realizar un breve análisis sobre el papel semántico y estético de la palabra escrita y la tipografía entre finales del siglo XIX y el momento actual, prestando especial atención a su percepción y uso en los medios audiovisuales y digitales. Desde el análisis de una amplia gama de períodos, obras y artistas, su objetivo es comprender el potencial de la tipografía en el discurso artístico contemporáneo, explorando principalmente los componentes visual, dinámico e interactivo de la tipografía moderna y contemporánea. Paralelamente, el objetivo de este estudio es encontrar nuevas posibilidades de utilizar la tipografía como componente artístico en un sistema computacional y videográfico. En este artículo presentamos uno de nuestros primeros trabajos experimentales en este campo, un cortometraje en stop motion, desarrollado para evaluar formas originales de converger texto, imagen y movimiento en un entorno audiovisual y digital.Este artigo pretende realizar uma breve abordagem analítica sobre o papel semântico e estético da palavra escrita e da tipografia entre o final do século XIX e a atualidade, prestando especial atenção à sua percepção e utilização em sistemas audiovisuais e digitais. Analisando uma ampla gama de períodos, obras e artistas, o objetivo é compreender o potencial da tipografia no discurso artístico contemporâneo, explorando principalmente as componentes visual, dinâmica e interativa da tipografia moderna e contemporânea. Paralelamente, procura-se encontrar novas possibilidades de uso da tipografia como componente artístico num sistema computacional e videográfico. Neste artigo, apresentaremos um dos nossos primeiros trabalhos experimentais neste campo, um curta-metragem em stop-motion, desenvolvido com o propósito de avaliar formas originais de convergir texto, imagem e movimento num ambiente audiovisual e digital

Uma análise do método cepstral de cancelamento de realimentação acústica

Esse trabalho analisa o método cepstral de cance- lamento de realimentação acústica. Demonstra-se que o erro do filtro adaptativo é composto pela soma de dois termos. O primeiro é relacionado somente ao caminho de realimentação e tende a zero, convergindo mais rapidamente para valores menores do fator de esquecimento. O segundo é relacionado aos cepstros do sinal de entrada e ao ganho do sistema de sonorização, contendo uma soma ponderada dos cepstros em que as ponderações são potências do fator de esquecimento. Simulações mostraram que, para sinais de fala, a soma ponderada dos cepstros converge, fato preponderante para a convergência do método. A velocidade de convergência, o valor após a convergência e as oscilações ao redor desse valor do segundo termo diminuem com o aumento do fator de esquecimento, comportamentos diretamente refletidos no erro do filtro. Nas primeiras iterações, o primeiro termo tem maior influência. Após algumas iterações, o segundo termo rege o desempenho do método.This work analyzes the cepstral method for acoustic feedback cancellation. It is shown that the adaptive filter error is composed of the sum of two terms. The first is related only to the feedback path and tends to zero, converging more quickly to smaller values of the forgetting factor. The second is related to the input signal cepstra and the gain of the reinforcement system, containing a weighted sum of the cepstra where the weights are powers of the forgetting factor. Simulations showed that, for speech signals, the weighted sum of the cepstra converges, a preponderant fact for the method convergence. The convergence speed, the value after the convergence and the oscillations around this value of the second term decrease with the increase of the forgetting factor, behaviors directly reflected in the filter error. In the first iterations, the first term has the greatest influence. After a few iterations, the second term governs the method performance.info:eu-repo/semantics/publishedVersio