Single-cell transcriptomics : a high-resolution avenue for plant functional genomics

Plant function is the result of the concerted action of single cells in different tissues. Advances in RNA-seq technologies and tissue processing allow us now to capture transcriptional changes at single-cell resolution. The incredible potential of single-cell RNA-seq lies in the novel ability to study and exploit regulatory processes in complex tissues based on the behaviour of single cells. Importantly, the independence from reporter lines allows the analysis of any given tissue in any plant. While there are challenges associated with the handling and analysis of complex datasets, the opportunities are unique to generate knowledge of tissue functions in unprecedented detail and to facilitate the application of such information by mapping cellular functions and interactions in a plant cell atlas. [Abstract copyright: Copyright © 2019 The Authors. Published by Elsevier Ltd.. All rights reserved.

Auswirkungen der Digitalisierung und Industrie 4.0 auf den bundesdeutschen Sozialstaat: Sozialpolitik im Spannungsgefüge der digitalen Transformation

Die Dissertation beschäftigt sich mit den Auswirkungen der Digitalisierung und Industrie 4.0 auf den deutschen Wohlfahrtsstaat und geht der Frage nach, welche Anforderungen sich an die Sozialpolitik im Spannungsgefüge der digitalen Transformation des 21. Jahrhunderts stellen. Hierfür werden im ersten Teil der Arbeit die für die Analyse und Beantwortung der Fragestellung notwendigen Grundlagen der Industrialisierung sowie des bundesdeutschen Sozialstaates dargelegt und erörtert. In diesem Kontext wird zunächst diskutiert, wie das Phänomen der Industrialisierung in historischer, theoretischer, ökonomischer und gesellschaftlicher Hinsicht charakterisiert werden kann. Dabei liegt ein wesentlicher Schwerpunkt zum einen auf dem mit der Industrialisierung einhergehenden Wandel der Arbeits- und Produktionsweisen und zum anderen auf der Erkenntnis, dass bereits die Zeitgenossen des 18. und 19. Jahrhunderts die Industrialisierung und damit technisch-ökonomische Transformationsprozesse in einem – ähnlich wie heute – äußerst ambivalenten Licht betrachtet haben: So wurde die industrielle Entwicklung nicht nur als Anbruch eines verheißungsvollen, neuen technologischen Zeitalters gedeutet, sondern auch als Hauptursache für den ökonomischen und sozialen Niedergang im Gewand des Pauperismus, obgleich sie diesen doch langfristig durch den steigenden Wohlstand hat überwinden helfen können. Darauf aufbauend wird gezeigt, dass die Industrialisierung in Verbindung mit anderen Faktoren einerseits zu ökonomischen und andererseits zu gesellschaftlichen und letztlich auch politischen Umwälzungen und Konflikten geführt hat, womit sie in erheblichem Maße die Entstehung der Sozialen Frage mitbedingt und zugleich eine notwendige Bedingung für die Genese des deutschen Wohlfahrtsstaates dargestellt hat. Darauf basierend werden die Grundzüge der Sozialpolitik und des bundesdeutschen Sozialstaates dargestellt. Während zunächst auf die normativen Hintergründe, Gestaltungsprinzipien, Funktionen und Wirkungen sowie Instrumente der Sozialpolitik eingegangen wird, gilt der Fokus der weiteren Abhandlung auf der Erstellung einer Momentaufnahme des bundesdeutschen Sozialstaates, bei der nicht nur die verfassungsrechtliche Verankerung und Gestaltungsprinzipien desselben, sondern auch die zentralen sozialstaatlichen Regelungskompetenzen, Handlungsfelder und Aufgabenbereiche ausgeführt und seine integralen Institutionen, sowie finanzielle Aspekte seiner gegenwärtigen Konstitution beleuchtet werden. Erst diese umfassende Darstellung der Grundlagen der Sozialpolitik und die Skizzierung des Status quo des bundesdeutschen Wohlfahrtsstaates als Referenzarchitektur machen eine Überprüfung künftiger Wechselwirkungen zwischen der digitalen Transformation und der Arbeitswelt einerseits sowie den hieraus potentiell resultierenden Auswirkungen auf und Anforderungen an den Sozialstaat andererseits möglich. Von dieser Thematik zunächst losgelöst widmet sich der zweite Teil der Arbeit dem Gegenstand der Digitalisierung sowie der Industrie 4.0. Dabei liegt das Hauptaugenmerk auf einer umfassenden Darstellung und Abgrenzung beider Bezugsgegenstände, um ein fundiertes Verständnis der digitalen Transformation und der damit einhergehenden Änderungen zu generieren. Hierzu werden in einem ersten Schritt die Entwicklung sowie die Grundzüge der Digitalisierung erörtert. In diesem Zusammenhang besteht das übergeordnete Ziel darin, das Phänomen umfassend, d. h. multiperspektivisch zu definieren, da der Begriff in einer Vielzahl von sozial- und wirtschaftswissenschaftlichen Abhandlungen des englischen und des deutschen Sprachraums als ein weitestgehend selbstverständliches und deshalb nicht näher zu bestimmendes Topos gehandelt wird, mit dem – mittlerweile einem Schlagwort gleichend – verschiedenste technologische, ökonomische, soziale, ja sogar politische Entwicklungen subsumiert und erklärt werden sollen, dies aber ohne einerseits sich ausreichend mit den informationstechnologischen und ökonomischen Charakteristika der Digitalisierung auseinanderzusetzen, und andererseits eine adäquate Abgrenzung dessen vorzunehmen, was unter dem Bezugsgegenstand konkret zu verstehen ist. In diesem Sinne werden nicht nur die technologischen und theoretischen Voraussetzungen der Digitalisierung erörtert, auch wird die attestierte Neuartigkeit des Phänomens diskutiert. Zudem wird die informationstechnologische Digitalisierung des 20. Jahrhunderts am Beispiel der Entwicklung der Computer-, Speicher-, Übertragungs- und Vernetzungstechnik, insbesondere mit Blick auf die für die heutige Digitalisierung unerlässliche Entstehung des Internets, beschrieben und ökonomische sowie arbeitstechnische Aspekte erörtert, um eine Deutung des Begriffs jenseits des Technologischen vorzunehmen und die wesentlichen Treiber der Digitalisierung freizulegen. Diese Thematisierung ist gerade für ein tiefergehendes Verständnis der digitalen Transformation und der mit ihr einhergehenden gegenwärtigen, wie auch künftigen technisch-ökonomischen Entwicklungen sowie Auswirkungen auf die Arbeitswelt von besonderer Relevanz. In einem zweiten Schritt gilt es das Konzept der Industrie 4.0 hinsichtlich seines wirtschaftlichen und politischen Entstehungskontextes zu beleuchten und die es auszeichnenden Basistechnologien sowie die zentralen betriebswirtschaftlich-produktionstechnischen Gestaltungsprinzipien herauszuarbeiten. Schließlich wird die Frage diskutiert, inwiefern die Industrie 4.0 ein Produktionsregime neuen Typs darstellt und wie die digitale Transformation von der früheren industriellen Entwicklung abgegrenzt werden kann. Ausgehend von der grundlegenden Rückkopplung zwischen technisch-ökonomischem Fortschritt, dem menschlichen Produktionsfaktor Arbeit sowie den sozialpolitischen Rahmenbedingungen und Strukturen folgt die im dritten Teil vollzogene Analyse einem dreigliedrigen Aufbau. So werden zunächst wichtige theoretische Zugriffe für das sich auf Grund der digitalen Transformation im Wandel befindende Konzept von Arbeit aufbereitet. Hierbei liegt das Hauptaugenmerk auf der digitalen Informatisierung von Arbeit, der sich im Zuge von Industrie 4.0 und Digitalisierung verändernden Mensch-Technik-Interaktion sowie auf den im Kontext des technologischen Fortschritts resultierenden qualifikatorischen Anforderungen an die menschliche Arbeitskraft von morgen. Anschließend werden eine Reihe gegenwärtig empirisch beobachtbarer sowie kurz- bis mittelfristig erwartbarer Auswirkungen der digitalen Transformation auf die Arbeitswelt der deutschen Volkswirtschaft, allen voran in Gestalt sich verändernder Tätigkeits- und Qualifikationsstrukturen, potentieller Beschäftigungseffekte und struktureller Veränderungen des Arbeitsmarktes sowie des möglichen Wandels der Arbeits- und Beschäftigungsformen erarbeitet und bewertet. In diesem Kontext werden die identifizierten Auswirkungen dahingehend erörtert, welche Anforderungen hieraus für die bundesdeutsche Sozialpolitik im Spannungsgefüge der digitalen Transformation des 21. Jahrhunderts resultieren. Darauf aufbauend werden die im Rahmen der Analyse gewonnenen Ergebnisse diskutiert und die mit Blick auf die zentrale Fragestellung zu ziehenden Schlussfolgerungen erörtert. Zuletzt erfolgt eine kritische Reflexion der Leistungen und Grenzen der Dissertation, die mit einem Forschungsausblick endet

Magnetic field stabilization system for atomic physics experiments

Atomic physics experiments commonly use millitesla-scale magnetic fields to provide a quantization axis. As atomic transition frequencies depend on the amplitude of this field, many experiments require a stable absolute field. Most setups use electromagnets, which require a power supply stability not usually met by commercially available units. We demonstrate stabilization of a field of 14.6 mT to 4.3 nT rms noise (0.29 ppm), compared to noise of $\gtrsim$ 100 nT without any stabilization. The rms noise is measured using a field-dependent hyperfine transition in a single $^{43}$Ca$^+$ ion held in a Paul trap at the centre of the magnetic field coils. For the $^{43}$Ca$^+$ "atomic clock" qubit transition at 14.6 mT, which depends on the field only in second order, this would yield a projected coherence time of many hours. Our system consists of a feedback loop and a feedforward circuit that control the current through the field coils and could easily be adapted to other field amplitudes, making it suitable for other applications such as neutral atom traps.Comment: 6 pages, 5 figure

Ex Vivo Model of Neuroblastoma Plasticity

Simple Summary The complexity of tumor cell plasticity is still poorly understood. In particular, cellular changes during the metastatic process are difficult to monitor. This is a descriptive study of cell lines derived from primary tumors of xenografted LAN-1 cells and the corresponding three generations of bone metastases. Our results of ex vivo analysis of the cell lines depict the ability of tumor cells to adapt and survive in different microenvironments undergoing significant cellular alterations. The cell lines show strong phenotypical and biochemical changes and even an altered response to immune cells and chemotherapy. In conclusion, this mouse model allows to analyze the complex changes in tumor cell populations during metastasis and can be adapted to cell lines from different tumor origins. Abstract Tumor plasticity is essential for adaptation to changing environmental conditions, in particular during the process of metastasis. In this study, we compared morphological and biochemical differences between LAN-1 neuroblastoma (NB) cells recovered from a subcutaneous xenograft primary tumor (PT) and the corresponding three generations of bone metastasis (BM I–III). Moreover, growth behavior, as well as the response to chemotherapy and immune cells were assessed. For this purpose, F-actin was stained, mRNA and protein expression assessed, and lactate secretion analyzed. Further, we measured adhesion to collagen I, the growth rate of spheroids in the presence and absence of vincristine, and the production of IL-6 by peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) co-incubated with PT or BM I–III. Analysis of PT and the three BM generations revealed that their growth rate decreased from PT to BM III, and accordingly, PT cells reacted most sensitively to vincristine. In addition, morphology, adaption to hypoxic conditions, as well as transcriptomes showed strong differences between the cell lines. Moreover, BM I and BM II cells exhibited a significantly different ability to stimulate human immune cells compared to PT and BM III cells. Interestingly, the differences in immune cell stimulation corresponded to the expression level of the cancer-testis antigen MAGE-A3. In conclusion, our ex vivo model allows to analyze the adaption of tumor populations to different microenvironments and clearly demonstrates the strong alteration of tumor cell populations during this process

Scalable Dictionary Classifiers for Time Series Classification

Dictionary based classifiers are a family of algorithms for time series classification (TSC) that focus on capturing the frequency of pattern occurrences in a time series. The ensemble based Bag of Symbolic Fourier Approximation Symbols (BOSS) was found to be a top performing TSC algorithm in a recent evaluation, as well as the best performing dictionary based classifier. However, BOSS does not scale well. We evaluate changes to the way BOSS chooses classifiers for its ensemble, replacing its parameter search with random selection. This change allows for the easy implementation of contracting (setting a build time limit for the classifier) and check-pointing (saving progress during the classifiers build). We achieve a significant reduction in build time without a significant change in accuracy on average when compared to BOSS by creating a fixed size weighted ensemble selecting the best performers from a randomly chosen parameter set. Our experiments are conducted on datasets from the recently expanded UCR time series archive. We demonstrate the usability improvements to randomised BOSS with a case study using a large whale acoustics dataset for which BOSS proved infeasible

Transport poverty and fuel poverty in the UK: From analogy to comparison

The notion of ’fuel poverty’, referring to affordable warmth, underpins established research and policy agendas in the UK and has been extremely influential worldwide. In this context, British researchers, official policymaking bodies and NGOs have put forward the notion of ’transport poverty’, building on an implicit analogy between (recognised) fuel poverty and (neglected) transport affordability issues. However, the conceptual similarities and differences between ’fuel’ and ’transport’ poverty remain largely unaddressed in the UK. This paper systematically compares and contrasts the two concepts, examining critically the assumption of a simple equivalence between them. We illustrate similarities and differences under four headings: (i) negative consequences of lack of warmth and lack of access; (ii) drivers of fuel and transport poverty; (iii) definition and measurement; (iv) policy interventions. Our review suggests that there are important conceptual and practical differences between transport and domestic energy consumption, with crucial consequences for how affordability problems amongst households are to be conceptualised and addressed. In a context where transport and energy exhibit two parallel policy worlds, the analysis in the paper and these conclusions reinforce how and why these differences matter. As we embark on an ever closer union between our domestic energy and transport energy systems the importance of these contradictions will become increasingly evident and problematic. This work contributes to the long-term debate about how best to manage these issues in a radical energy transition that properly pays attention to issues of equity and affordability

Vulnerability to fuel price increases in the UK: A household level analysis

In highly motorised countries, some sectors of the population own and use cars despite struggling to afford their running costs, and so may be particularly vulnerable to motor fuel prices increases, whether market-led or policy-driven. This paper proposes a novel, disaggregated approach to investigating vulnerability to such increases at the household level. We propose a set of indicators of ‘car-related economic stress’ (CRES), based on individual household level expenditure data for the UK, to identify which low-income households spend disproportionately on running motor vehicles, and to assess the depth of their economic stress. By subsequently linking the dataset to local fuel price data, we are able to model the disaggregated price elasticities of car fuel demand. This provides us with an indicator of each households’ adaptive capacity to fuel price increases. The findings show that ‘Low-Income, High Cost’ households (LIHC) account for 9% of UK households and have distinct socio-demographic characteristics. Interestingly, they are characterised by very low responses to fuel price increases, which may cause them to compromise on other important areas of their household expenditures. Simulations suggest that a 20% increase in fuel prices would substantially increase the depth, but not the incidence of CRES. Overall, the study sheds light on a sector of the population with high levels of vulnerability to fuel price increases, owing to high exposure, high sensitivity and low adaptive capacity. This raises challenges for social, environmental and resilience policy in the transport sector

Modulating Catalytic Selectivity by Base Addition in Aqueous Reductive Amination of 1,6-Hexanediol Using Ru/C

Efficient base-modulated product selectivity in the aqueous-phase Ru/C-catalyzed reductive amination of 1,6-hexanediol (HDO) was reported by performing the reaction at mild conditions (463 K, 25 bar H2). High selectivity of amines could be controlled by the addition of different bases; for example, Cs2CO3 addition gave a high yield of 6-amino-1-hexanol (AH, 26%). However, the addition of Ba(OH)2 resulted in the formation of high yield of secondary amination products, hexamethylenediamine (HMDA, 34%) and azepane (26%). The hydroxide base, especially Ba(OH)2, aids in the initial conversion of HDO to AH by significantly decreasing the apparent activation energy from 68 to 48 kJ mol–1. A closer analysis of the formation of secondary products (azepane and HMDA) revealed a faster reaction between NH3 and the carbonyl-containing intermediate by the addition of Ba(OH)2 into the reaction solution