articles+ search results

Ciències de la salut, Ciencias biomédicas, Medical sciences, Microbiota, Malalties bronquials, Enfermedades de los bronquios, Bronchial diseases, Fibrosi quística, Fibrosis quística, Cystic fibrosis, Fenotip, Fenotipo, Phenotype, and Ciències de la Salut

Programa de Doctorat en Genètica / Tesi realitzada a l'Institut d'Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS)

Fenotip, Fenotipo, Phenotype, Blat, Trigo, Wheat, Blat de moro, Maíz, Corn, Teledetecció, Teledetección, Remote sensing, Drons, Drones, Drone aircraft, Productivitat agrícola, Productividad agrícola, Agricultural productivity, and Ciències Experimentals i Matemàtiques

Supplying sufficient food to an increasing population is one of the most important challenges over the next century. To meet this demand, crop productivity will need to increase while it is being threatened by climate change effects like the increase of temperatures and the intensity of drought periods. Improving crop performance is key for an efficient adaptation to these challenging growing conditions, with crop breeding being one of the pillars. In that sense selecting more productive varieties for specific environments requires a better understanding of plant acclimation to stress conditions, including efficient phenotyping approaches. Plant phenotyping research pursues the development of new methods with high-throughput capacity and affordable to characterize non-destructively plant traits of interest. The main focus of this thesis was to develop and study versatile and precise methodologies with high-throughput capacity in order to improve crop performance assessments, while saving time and costs in the phenotyping tasksof two of the most important cereal crops: maize and wheat. The use of unmanned aerial vehicles (UAV) equipped with imaging sensors (including RGB, multispectral and thermal) permits covering simultaneously hectares of experimental fields fast, precisely, and in a non-destructive way. However, ground evaluations may still be an alternative in terms of cost and spatial resolution. The performance of these methodologies to assess genotypic differences in grain yield was evaluated in maize and wheat under different agronomical and environmental growing conditions such as nutrient deficiency, conservation agriculture, drought and heat stress. On one side, maize studies were performed in trials in Zimbabwe focused on the evaluation of genotypes under either low and normal phosphorus conditions or the application of conservation agriculture together with different top-dressing nitrogen fertilization regimes, to overcome the nutrient poverty of soils. In these studies, vegetation indices, related to parameters informing on the above-ground biomass and assessed during early stages of development, performed well as grain yield indicators. Moreover, during more advanced phenological stages, indices informing on the leaf and the canopy color were the traits that reported a better association with grain yield and N content in leaves. For the case of wheat, evaluations were performed in different latitudes in Spain covering a range of environments and grown under different management conditions, and sampling was performed during the reproductive stage (heading, anthesis and grain filling). In general terms, biomass indicators, such as canopy green biomass inferred from vegetation indices, together with water status indicators, such as canopy temperature, were the most critical traits predicting GY. The delay of senescence in water-limited environments and the photosynthetic efficiency measured by multispectral indices like the photochemical reflectance index (PRI) during anthesis were also relevant traits for GY under the rainfed and late-planting trials, respectively.

Hidrosadenitis supurativa, Fenotip, Fenotipo, Phenotype, Genotip, Genotipo, Genotype, and Ciències de la Salut

Introducció. La hidrosadenitis supurativa (HS) és una malaltia crònica, inflamatòria de la unitat pilosebàcia. Es caracteritza per la formació de nòduls, abscessos i fístules en zones riques en glàndules apocrines. L’etiopatogènia és multifactorial i es relaciona amb múltiples comorbiditats. L’expressió clínica és diferent interindividualment i intraindividualment a mesura que la malaltia progressa. S’ha proposat que diverses vies patogèniques serien les responsables de l’expressió fenotípica variada i s’han descrit algunes classificacions fenotípiques basades en dades clíniques i epidemiològiques. Objectius. L’objectiu principal fou classificar als pacients de la nostre cohort en dos clústers que es poden interpretar com a endotips de la malatia. Els objectius secundaris foren: determinar si els pacients amb afectació del clatell i les pacients amb afectació de la vulva pertanyien a un fenotip atípic; descriure el subgrup de pacients amb Malaltia de Dowling-Degos (MDD) i HS i, per últim, analitzar el perfil antropomètric d’un grup de malalts amb HS en comparació als malalts amb psoriasi i a un grup control. Material i mètodes. S’analitzà la cohort de pacients tractats a les consultes monogràfiques de HS. Per a l’estudi de la MDD també s’inclogueren pacients de l’Hospital General de Alicante. Les dades que es recolliren dels pacients foren els antecedents familiars, personals i epidemiològics; les característiques clíniques; les mesures antropomètriques i els tractaments. En 103 pacients, també s’analitzaren paràmetres analítics (hemograma, vitamina D, insulina, HLA B27, proteïnograma, funció hepàtica i renal), inflamatoris (VSG, PCR, interleuquines 10,1,6 i 17) i mutacions de la via gamma secretasa (APH1A, APH1B, MEFV, NCSTN, PSEN1, PSEN2, PSENEN, PSTPIP1). Resultats. S’obtingueren dos grups. El grup (C1) o atípic estava format per pacients no obesos, la majoria homes, amb un debut precoç, alteracions de la via gamma secretasa, increment de IL-10 i lesions en la part posterior del tronc tipus acne conglobata i fol·liculitis cicatricial. El segon grup (C2) es caracteritzava per incloure pacients obesos, amb un debut més tardà, amb un increment de la PCR, ILs-1, 6 i 17; per la formació d’abscessos i de lesions en la part anterior del cos. El subgrup de pacients amb afectació del clatell es podia incloure dins el C1, ja que presentaven més gravetat i la majoria eren homes prims. Les malaltes amb afectació de la vulva, també presentaven un fenotip atípic amb predomini de lesions fol·liculars i cicatricials, un IMC inferior, una major gravetat, però excepcionalment un debut més tardà. D’altra banda, els pacients afectes de MDD presentaven un debut més precoç i un patró clínic compatible amb el grup C1, però per contra, un 53% dels malalts tenien sobrepès i pràcticament de forma constant lesions axil·lars i engonals (característic del grup C2). Quan es comparava l’IMC i el percentatge de greix corporal entre pacients amb HS, psoriasi i un grup control, s’observa que el percentatge de greix corporal era superior en els pacients amb HS en comparació al grup control (P=0,02), però no s’observarà cap relació amb la gravetat. En fases inicials de la malaltia, el pilar terapèutic dels pacients del grup C1 serien els fàrmacs amb acció sobre la unitat fol·licular (acitretina, gluconat de zinc, sulfona, colquicina, antiandrògens), mentre que als del grup C2, serien els antibiòtics. Conclusions. Existeixen dos clústers interpretables com a endotips: el C2 o típic i el C1 o atípic, on s’inclouen els malalts amb afectació del clatell, la vulva i els malalts amb MDD. No hi ha cap tractament curatiu per se i els equips multidisciplinars per al maneig integratiu del malalt són indispensables.

Urticària crònica espontània, Urticaria crónica espontánea, Chronic spontaneous urticaria, Fenotip, Fenotipo, Phenotype, Genètica, Genética, Genetics, and Ciències de la Salut

La urticària crònica espontània (UCE) és una malaltia inflamatòria cutània que es caracteritza per l’aparició de faves pruriginoses i/o angioedema sense causa aparent durant 6 setmanes o més. El picor pot arribar a ser intens, interferir en les activitats diàries i donar lloc a un impacte significatiu en la qualitat de vida dels pacients que la pateixen. L’angioedema, per la seva banda, pot arribar a canviar la fisonomia del malalt quan afecta, per exemple, als llavis o a les parpelles. A més a més, el patró d’aparició espontània i el fet que el pacient no pugui detectar una causa o motiu pel qual està patint aquests signes i símptomes produeix incertesa i angoixa. La UCE és una malaltia heterogènia amb diferents graus d’intensitat clínica, duració i resposta al tractament. Els pacients poden presentar tant brots recurrents de lesions al llarg de tota la vida, com un únic episodi d’UCE amb un número de lesions i una simptomatologia pruriginosa molt variables. Així mateix, alguns pacients responen de forma ràpida i completa a dosis estàndard d’antihistamínics i el procés sol resoldre’s en pocs mesos, mentre que altres presenten una malaltia refractària a múltiples tractaments i que pot persistir durant molts anys. Malgrat aquesta gran variabilitat observada a la pràctica clínica diària, no s’han definit de forma precisa els diferents perfils fenotípics de la urticària crònica i existeix un important desconeixement dels mecanismes patogènics i moleculars implicats en aquesta gran variabilitat clínica, evolutiva i de resposta terapèutica. L’objectiu d’aquest treball de tesi és caracteritzar la urticària crònica des del punt de vista fenotípic i de genotipat. En el primer article hem estudiat la signatura genètica dels pacients amb urticària crònica espontània greu refractaris al tractament amb antihistamínics. Hem pogut observar com la pell de pacients amb UCE sense lesions urticariformes clínicament visibles expressa gens relacionats amb l’homeòstasi epidèrmica i la reparació dèrmica. En el mateix sentit, la pell lesional mostra una sobreexpressió molt important de múltiples gens relacionats amb diverses funcions biològiques com la diferenciació epidèrmica, la inflamació, la senyalització intracel·lular i la coagulació. Observem un gradient uniforme quant a la sobreexpressió o expressió disminuïda de gens des de la pell de controls sans fins a la fava, passant per la pell no lesional dels pacients amb urticària crònica. L’objectiu de la segona part d’aquest treball de tesi ha estat identificar factors pronòstics, pel que fa al curs de la malaltia i resposta a tractaments, en pacients amb urticària crònica espontània. Hem observat que els factors de mal pronòstic, quant a duració o activitat de la malaltia són: (1) la presència de múltiples episodis d’urticària crònica, (2) el debut tardà, (3) la presència d’una urticària crònica induïble (UCInd) associada i (4) la presència d’autoreactivitat sèrica. D’altra banda, els pacients amb una UCInd associada, necessiten tractament antihistamínic durant més temps i a dosis més altes que aquells que presenten una urticària crònica espontània pura. En relació amb la resposta al tractament, l’únic factor capaç de predir la refractarietat a antihistamínics és el valor de l’escala d’activitat Urticaria Activity Score dels 7 dies previs (UAS7) realitzada al moment del diagnòstic de la malaltia. Arrel d’aquestes observacions inicials hem pogut definir 5 fenotips diferents: (1) urticària crònica espontània pura, (2) urticària crònica espontània amb urticària crònica induïble associada, (3) urticària crònica espontània recurrent, (4) urticària crònica espontània de debut tardà i (5) urticària crònica espontània amb presència d’autoreactivitat sèrica.

Fenotip, Fenotipo, Phenotype, Predicció, Predicción, Prediction, Mètodes Kernel, Métodos Kernel, Kernel Methods, and Ciències Experimentals

La relació entre fenotip i informació genotípica és considerablement intricada i complexa. Els mètodes d’aprenentatge automàtic s’han utilitzat amb èxit per a la predicció de fenotips en un gran ventall de problemes dins de la genètica i la genòmica. Tanmateix, les dades biològiques sovent estan estructurades i són de tipus “no estàndard”, el que pot suposar un repte per a la majoria de mètodes d’aprenentatge automàtic. Entre aquestos, els mètodes kernel proporcionen un enfocament molt versàtil per manejar diferents tipus de dades i problemes mitjançant la utilització d’una família de funcions anomenades de kernel. L’objectiu principal d’aquesta tesi doctoral és el desenvolupament i l’avaluació d’estratègies de kernel específiques per a la predicció fenotípica, especialment en problemes biològics amb dades o dissenys experimentals de tipus estructurat. A la primera part, utilitzam seqüències de proteasa, transcriptasa inversa i integrasa per predir la resistència del VIH a fàrmacs antiretrovirals. Proposam dos kernels categòrics (Overlap i Jaccard) que tenen en compte les particularitats de les dades de VIH, com per exemple les barreges d’al·lels. Els kernels proposats es combinen amb Support Vector Machines (SVM) i es comparen amb dos kernels estàndard (Linear i RBF) i dos mètodes que no són de kernel: els boscos aleatoris (RF) i un tipus de xarxa neuronal (el perceptró multicapa). També incloem en els kernels la importància relativa de cada posició de la proteïna pel que fa a la resistència. Els resultats mostren que tenir en compte la naturalesa categòrica de les dades i la presència de barreges millora sistemàticament la predicció. L’efecte de ponderar les posicions per la seua importància és més gran en la transcriptasa inversa i en la integrasa, el que podria estar relacionat amb les diferències que hi ha entre els tres enzims pel que fa als patrons de mutació per adquirir resistència a fàrmacs antiretrovirals. A la segona part, ampliam l’estudi anterior per considerar no-independència entre les posicions de la proteïna. Representam les proteïnes com a grafs i ponderam cada aresta entre dos residus per la seua distància euclidiana, calculada a partir de dades de cristal·lografia de rajos X. A continuació, els aplicam un kernel per a grafs (el random walk exponential kernel) que integra els kernels Overlap i Jaccard. A pesar dels avantatges potencials d’aquest kernel, no aconseguim millorar els resultats obtinguts en la primera part. A la tercera part, proposam un kernel framework per unificar les anàlisis supervisades i no supervisades en el camp del microbioma. Aprofitam la mateixa matriu de kernel per predicció mitjançant SVM i visualització mitjançant anàlisi de components principals amb kernels (kPCA). Discutim com transformar mesures de beta-diversitat en kernels, i definim dos kernels per a dades composicionals (Aitchison-RBF i compositional linear). Aquest darrer kernel també permet obtenir les importàncies dels tàxons respecte del fenotip predit (signatures microbianes). Per a les dades amb estructuració espacial i temporal utilitzam Multiple Kernel Learning i kernels per a sèries temporals, respectivament. El framework s’il·lustra amb tres bases de dades: la primera conté mostres de sòl, la segona mostres humanes amb una component espacial i la tercera, no publicada fins ara, dades longitudinals de porcs. Totes les anàlisis es contrasten amb els estudis originals (en els dos primers casos) i també amb els resultats dels RF. El nostre kernel framework no només permet una visió global de les dades, sinó que també dóna bons resultats a cada àrea d’aprenentatge. En les anàlisis no supervisades, els patrons detectats en estudis previs es conserven a la kPCA. En anàlisis supervisades, el SVM té un rendiment superior (o equivalent) al dels RF, mentre que les signatures microbianes són coherents amb els estudis originals i la literatura prèvia.

Compra compulsiva, Compulsive buying, Trastorn de joc, Trastorno de juego, Gambling disorder, Fenotip, Fenotipo, Phenotype, and Ciències de la Salut

La literatura empírica actual muestra un creciente interés por los modelos dimensionales en el ámbito de los trastornos mentales, que agrupan diferentes condiciones psicopatológicas en base a las similitudes en sintomatología, inicio y curso evolutivo, comorbilidades, respuesta al tratamiento y múltiples condicionantes etiológicos. Una de las agrupaciones clínicas que conforman este nuevo enfoque, y que constituye el objeto de estudio de esta tesis doctoral, es la que incluye los denominados trastornos del espectro impulsivo-compulsivo (TEIC), caracterizados por presentar comportamientos persistentes, excesivos e incontrolables, que conducen a un severo deterioro a nivel psicológico, social y ocupacional. Dentro de este espectro se incluyen las denominadas adicciones comportamentales (o adicciones sin sustancias), siendo dos de las más prevalentes, en población general y clínica, el trastorno de juego (TJ) y la compra compulsiva (CC). Pero a pesar del ingente número de trabajos empíricos publicados, se necesitan nuevos estudios en cuestiones relacionadas con los TEIC, como por ejemplo las que se refieren a la expresión emocional (particularmente en el ámbito de las emociones implícitas), o los mecanismos subyacentes que conducen a la aparición y mantenimiento de condiciones comórbidas. Son también necesarios estudios clínicos que incluyan muestras heterogéneas amplias, formadas por pacientes con distintos subtipos diagnósticos y diferentes fenotipos. Esta tesis se plantea los siguientes objetivos principales, cuya respuesta se ha obtenido con dos estudios independientes: a) conocer los mecanismos subyacentes de la presencia comórbida de la CC y el TJ, incluyendo como variables explicativas (independientes y mediadoras) el sexo, la edad de inicio y los rasgos de personalidad; y b) examinar la expresión emocional implícita y explícita en pacientes con diagnóstico de TJ en diferente estado clínico (agudo y en remisión), y comparar el perfil que presentan con un grupo control de sujetos sin problemas de juego. Se han analizado los datos procedentes de la Unidad de Juego Patológico y Otras Adicciones Conductuales, perteneciente al servicio de Psiquiatría del Hospital Universitario de Bellvitge. Las muestras de cada estudio se formaron en base a los objetivos específicos de cada estudio, y se incluyeron pacientes que cumplían criterios clínicos para CC, para TJ y también un grupo de control formado por sujetos procedentes del mismo hospital. Se realizó una evaluación clínica exhaustiva basada en instrumentos estandarizados que han obtenido adecuadas propiedades psicométricas en estudios de fiabilidad y validez. En el primer estudio se utilizaron modelos de ecuaciones estructurales (SEM) para el estudio de los mecanismos subyacentes asociados a la presencia concurrente de CC y TJ. En el segundo estudio se utilizó un videojuego serio (plataforma Playmancer) como herramienta de ayuda terapéutica y procedimiento de evaluación de expresión emocional implícita. Los resultados indican que las dimensiones de personalidad influyeron directamente sobre la presencia comórbida de la CC y el TJ (en concreto, la búsqueda de sensaciones y la evitación del daño), así como también la edad de inicio y el sexo masculino. En cuanto a la valoración emocional, los pacientes con TJ en estado agudo presentaron mayor expresión de emociones implícitas y disregulación emocional que los pacientes en estado de remisión y el grupo control. Los resultados del primer estudio aportan evidencias empíricas sobre los mecanismos subyacentes que se relacionan con la comorbilidad transversal de la CC y el TJ, que pueden resultar de suma utilidad para diseñar programas preventivos y terapéuticos efectivos focalizados en las características específicas de los sujetos y poblaciones de estudio. Los resultados del segundo estudio referidos a la expresión emocional implícita en pacientes con TJ, en diferente estado clínico, poseen también relevancia para implementar estrategias de intervención directamente focalizadas en el área del control emocional.

Fenotip, Fenotipo, Phenotype, Conreu, Cultivos, Crops, Cereals, Cereales, Canvi climàtic, Cambio climático, Climatic change, and Ciències Experimentals i Matemàtiques

Global climate change effects on agroecosystems together with increasing world population is already threatening food security and endangering ecosystem stability. Meet global food demand with crops production under climate change scenario is the core challenge in plant research nowadays. Thus, there is an urgent need to better understand the underpinning mechanisms of plant acclimation to stress conditions contributing to obtain resilient crops. Also, it is essential to develop new methods in plant research that permit to better characterize non-destructively plant traits of interest. In this sense, the advance in plant phenotyping research by high throughput systems is key to overcome these challenges, while its verification in the field may clear doubts on its feasibility. To this aim, this thesis focused on wheat and secondarily on maize as study species as they make up the major staple crops worldwide. A large panoply of phenotyping methods was employed in these works, ranging from RGB and hyperspectral sensing to metabolomic characterization, besides of other more conventional traits. All research was performed with trials grown in the field and diverse stressor conditions representative of major constrains for plant growth and production were studied: water stress, nitrogen deficiency and disease stress. Our results demonstrated the great potential of leave-to-canopy color traits captured by RGB sensors for in-field phenotyping, as they were accurate and robust indicators of grain yield in wheat and maize under disease and nitrogen deficiency conditions and of leaf nitrogen concentration in maize. On the other hand, the characterization of the metabolome of wheat tissues contributed to elucidate the metabolic mechanisms triggered by water stress and their relationship with high yielding performance, providing some potential biomarkers for higher yields and stress adaptation. Spectroscopic studies in wheat highlighted that leaf dorsoventrality may affect more than water stress on the reflected spectrum and consequently the performance of the multispectral/hyperspectral approaches to assess yield or any other relevant phenotypic trait. Anatomy, pigments and water changes were responsible of reflectance differences and the existence of leaf-side-specific responses were discussed. Finally, the use of spectroscopy for the estimation of the metabolite profiles of wheat organs showed promising for many metabolites which could pave the way for a new generation phenotyping. We concluded that future phenotyping may benefit from these findings in both the low-cost and straightforward methods and the more complex and frontier technologies.