Morphological and Gene Expression Changes in Cattle Embryos from Hatched Blastocyst to Early Gastrulation Stages after Transfer of In Vitro Produced Embryos

A detailed morphological staging system for cattle embryos at stages following blastocyst hatching and preceding gastrulation is presented here together with spatiotemporal mapping of gene expression for BMP4, BRACHYURY, CERBERUS1 (CER1), CRIPTO, EOMESODERMIN, FURIN and NODAL. Five stages are defined based on distinct developmental events. The first of these is the differentiation of the visceral hypoblast underlying the epiblast, from the parietal hypoblast underlying the mural trophoblast. The second concerns the formation of an asymmetrically positioned, morphologically recognisable region within the visceral hypoblast that is marked by the presence of CER1 and absence of BMP4 expression. We have termed this the anterior visceral hypoblast or AVH. Intra-epiblast cavity formation and the disappearance of the polar trophoblast overlying the epiblast (Rauber’s layer) have been mapped in relation to AVH formation. The third chronological event involves the transition of the epiblast into the embryonic ectoderm with concomitant onset of posterior NODAL, EOMES and BRACHYURY expression. Lastly, gastrulation commences as the posterior medial embryonic ectoderm layer thickens to form the primitive streak and cells ingress between the embryonic ectoderm and hypoblast. At this stage a novel domain of CER1 expression is seen whereas the AVH disappears. Comparison with the mouse reveals that while gene expression patterns at the onset of gastrulation are well conserved, asymmetry establishment, which relies on extraembryonic tissues such as the hypoblast and trophoblast, has diverged in terms of both gene expression and morphology.     

Cell cycle dependent alterations of chromatin structure in situ as revealed by the accessibility of the nuclear protein AF-2 to monoclonal antibodies.

We have recently described a novel nuclear antigen, AF-2, which is related to cell cycle dependent alterations of chromatin structure. We show by two parameter flow cytometry on a cell by cell basis that the antigen is accessible to specific monoclonal antibodies only in mitotic and postmitotic early G1-phase cells. The evaluation of nuclease susceptibility and AF-2 antigen accessibility reveals different subcompartments of the G1-phase of the cell cycle with distinct chromatin conformations. Digestion with DNase I seems to alter the chromatin structure according to concentration and this is reflected by an increase of the antigen accessibility. Chromatin in the more condensed early G1-phase is specifically digested by lower concentrations of the enzyme than chromatin in later stages of interphase. Chromatin from cells in the late-G1, S-, and G2-phases shows a higher relative resistance to DNase I and a reduced accessibility of the AF-2 antigen to monoclonal antibodies. Nuclease S1 has a similar effect on chromatin topology, as revealed by the reaction with anti-AF-2 antibodies, without digestion of detectable amounts of DNA. The antigen becomes available to the antibodies in almost all cells by digestion with high concentrations of DNase I or Nuclease S1.     

Effects of some alkyl phenols on methanogenic degradation of phenol

The effects of six phenolic compounds (o-, m-, and p-cresol and 2-, 3-, and 4-ethylphenol) on the anaerobic biodegradation of phenol was examined in batch methanogenic cultures. Results showed that ethylphenols were more inhibitory of phenol degradation than were cresols. The inhibitory effects of the three isomers of cresol and ethylphenol did not vary with the isomer but rather with the substituted functional group.     

GTP-binding proteins in intracellular transport

One of the most exciting recent discoveries in the area of intracellular protein transport is the finding that many organelles involved in exocytic and endocytic membrane traffic have one or more Ras-like GTP-binding proteins on their cytoplasmic face that are specific for each membranous compartment. These proteins are attractive candidates for regulators of transport vesicle formation and the accurate delivery of transport vesicles to their correct targets.     

A theoretical model to study the effect of convection and leaky junctions on macromolecule transport in artery walls

A mathematical model is presented herein to determine the effect of convection on macromolecular transport across an artery wall due to transmural or osmotic pressure differences. The model is based on an extension of the leaky junction-cell turnover model of Weinbaum et al. (1985) to take into account a combined transport mechanism of convection and diffusion and also to provide the leaky junctions in the model with a finite resistance, thus allowing the results to be extended to intercellular clefts with a retarding extracellular matrix or to macromolecules whose dimensions are nearly the same as the junctional width. The results from this improved model show that the effect of pressure on transarterial macromolecular transport is important especially for cell turnover rates greater than 1% and that significant changes in the equilibrium balance of the cholesterol carrying LDL molecules in the arterial wall can occur due to a very small fraction of leaky junctions. At very high turnover rates (large fraction of leaky junctions) the effect of convection on macromolecular transport becomes dramatic and explains the very large increases in uptake observed experimentally after artificially inducing extensive endothelial damage.     

Use of P NMR to Assess Effects of DNP on ATP Levels in Vivo in Barley Roots

Previous work has shown that undissociated 2,4-dinitrophenol (DNP) both increases the permeability of roots to ions and alters the membrane lipids of barley roots. Anionic DNP is the main entrant form but has no effect on permeability or on the membrane lipids. The amount of anionic DNP taken up by the roots is sufficient, that were it in free solution in the cytoplasm, the DNP would uncouple oxidative phosphorylation, and thereby inhibit ATP synthesis. The present work was undertaken to assess whether DNP alters ATP levels when it is taken up by barley roots. ³¹P nuclear magnetic resonance spectra were used to monitor, in vivo, levels of ATP, cytoplasmic phosphate, vacuolar phosphate, and other phosphate compounds in barley roots in the presence of 10 micromolar DNP at pH 5 and pH 7. The spectra indicate that no change in the level of ATP or the cytoplasmic pH occurred in the roots in the presence of DNP for as long as 20 hours. Thus, the effects of undissociated DNP are effects directly on the root membranes and do not involve inhibition of ATP synthesis. Furthermore, the results explain why anionic DNP has no effect on ion uptake and accumulation.     

Mehrjährige Untersuchungen über Stoffbildung und Entwicklung des Maises

Zusammenfassung 1. Beschrieben und analysiert werden a) ein Schnittzeitenversuch (I) mit den beiden Maissorten Schindelmeiser und WIR 25 an den Orten Groß-Lüsewitz, Karow und Bernburg in den Jahren 1959, 1960 und 1961, b) ein Schnittzeitenversuch (II) mit 8 Maissorten (sehr früh bis sehr spät) in Groß-Lüsewitz 1963 und 1964, c) ein Defoliationsversuch mit den Maissorten Schindelmeiser, WIR 25 und Siloma in Groß-Lüsewitz 1964 und d) ein Gefäß-Schnittzeitenversuch zur Erfassung der Assimilationsrate und der Transpiration mit den gleichen 3 Maissorten in Groß-Lüsewitz in den Jahren 1961, 1962 und 1963.2. Die Variation der Blatttrockenmasse ist etwa zu 50% mit der Variation der Zeit zu erklären, die zur Ausbildung der Blattmasse zur Verfügung stand.Bei den Sorten sehr unterschiedlicher Reifezeit wird übereinstimmend 9 Wochen nach Versuchsbeginn das Maximum des Blattflächenindex erreicht. Nur die sehr späte Sorte Rumaer erreicht ihren maximalen Index erst am Versuchsende (16 Wochen nach Beginn). Die frühen Sorten haben einen Index von 3, die mittelfrühen und mittelspäten von 4 und die späten Sorten von 5 und mehr. Es gibt signifikante Interaktionseffekte Jahre/Orte auf die Ausbildung der Blattmasse.3. Die Assimilationsleistung geht von 0,3 bis 0,4 g erzeugte Gesamttrockenmasse je g vorhandene Blattmasse und je Tag am Anfang der Entwicklung auf 0,15 g während der Hauptwachstumsperiode zurück und sinkt bis zum Ende der Vegetationszeit auf 0,03 g ab. Zwischen den Orten gab es keine wesentlichen Unterschiede in der Assimilationsleistung; dagegen zeigte sich ein deutlich fördernder Einfluß des günstigen Vegetationsjahres 1959 mit trocken-warmer Witterung und ein rapider Abfall in ungünstigen kühlen und strahlungsarmen Vegetationsjahren.Die Sorte Schindelmeiser wies während der Zeit der Kolbenproduktion im Mittel der Orte und Jahre signifikant höhere Assimilationsleistungen auf als die Sorte WIR 25. Aus dem Versuch mit acht Sorten sehr unterschiedlicher Reifezeit geht hervor, daß die Assimilationsleistung während der reproduktiven Phase mit zunehmender Reifezeit abnimmt. Die Assimilationsleistung war während der vegetativen Phase bei allen Sorten etwa gleich. Mit fortschreitender Reifezeit steigen die Blattmassen erheblich an, die Assimilationsleistung während der vegetativen Phase bleibt etwa auf gleicher Höhe. Daraus ergibt sich eine größere vegetative Gesamttrockenmasse der späten Sorten.Während der generativen Phase gelten die gleichen Beziehungen zwischen den Blattmassen verschiedener Reifezeit, jedoch geht die mittlere Assimilationsleistung mit zunehmender Reifezeit erheblich zurück. Die erzeugte Trockenmasse während der generativen Phase (Kolbentrockenmasse) ist bei den späten Sorten deutlich geringer, da deren relativ geringe Assimilationsleistung nicht durch den relativ großen Blattapparat kompensiert werden kann. Die während der gesamten Vegetationszeit im Mittel der Jahre 1963 und 1964 erzeugte Trockenmasse ist bei allen Sorten etwa gleich groß.Assimilationsleistung und Sonnenscheindauer zeigen Ähnlichkeit in ihrem Verlauf über die Vegetationszeit. Die Vermutung, daß der Abfall der Assimilationsleistung mit zunehmender Reifezeit auf abnehmende Strahlungsdauer vom Hochsommer zum Herbst zurückzuführen sei, kann bestenfalls nur teilweise aufrechterhalten werden. Bezieht man nämlich die Assimilationsleistungen auf die Sonnenscheindauer, so bleibt der Assimilationsabfall von frühen zu späten Sorten bestehen. Es gab unter den 8 geprüften Sorten keine, die auch bei geringer Sonnenscheindauer hohe Assimilationsleistungen gebracht hätte.Gute Strahlungsverhältnisse sind für hohe Assimilationsleistungen eine zwar notwendige, aber nicht hinreichende Bedingung.4. Der nach der sogenannten Soghypothese zu erwartende negative Zusammenhang zwischen Blattmasse und Assimilationsleistung war signifikant nachzuweisen. Nach unseren Untersuchungen ist während der Kolbenproduktion bei der geringen Blattmasse von 10 bis 12 dt/ha Trockenmasse eine Assimilationsleistung von ca. 0,13 Kolbentrockenmasse je g vorhandene Blattmasse und je Tag möglich, bei einer Blattmenge von 38 bis 40 dt/ha dagegen nur eine Assimilationsleistung von 0,05 g/g d.Mit 100 kg Blatttrockenmasse wurden in jedem Einzelversuch mindestens etwa 4 bis 5 kg Kolbentrockenmasse je Tag erzeugt. Durch Gunst der Umwelt (Strahlung) ist es möglich, zusätzliche Assimilationsleistungen zu erzielen, die bei den geringsten Blattmassen am höchsten sind und mit zunehmender Gesamt-Blatttrockenmasse abnehmen.Die produzierte Kolbentrockenmasse pro Tag nimmt somit bei ungünstigen Bedingungen mit zunehmender Blatttrockenmasse (in einem Meßbereich bis 40 dt/ha Blatttrockenmasse) linear zu, während bei günstigen Bedingungen oberhalb 26 bis 32 dt/ha Blatttrockenmasse die je Blatteinheit produzierten Kolbenmassen wieder abnehmen. Als Ursache hierfür wird die Selbstbeschattung sehr blattreicher Formen angenommen.Die optimale Blatttrockenmasse entspricht einem Blattflächenindex von 4,2 bis 4,8, der etwa bei den Sorten Siloma und Mv 40 und nahezu bei der Sorte WIR 25 realisiert ist.Auch nach dem Defoliationsversuch nimmt mit abnehmender Blattmasse die Assimilationsleistung zu. Bei großer Standweite wurden deutlich größere Assimilationsleistungen gemessen, wobei WIR 25 unter den 3 Sorten die geringste Assimilationsleistung zeigte.Unter Feldbedingungen wiesen im Defoliationsversuch die oberen Blätter größere Assimilationsleistungen als die übrigen Blätter auf.5. Der Verlauf von Assimilation und Transpiration während der Entwicklung ist ungefähr gleich. Die Transpiration geht im Laufe der Entwicklung von etwa 0,30 auf etwa 0,05 g Wasser pro cm² Blatt und pro Tag zurück. Der Abfall verläuft, ähnlich wie bei der Assimilationsleistung, zunächst sehr schnell und dann wesentlich langsamer. Auch der Transpirationskoeffizient zeigt diesen Verlauf. Die drei geprüften Sorten unterscheiden sich in ihrem Transpirationskoeffizienten nur unwesentlich.6. Die Verteilung der Assimilate (Blatt, Stengel, Kolben) wird graphisch dargestellt. Da aus Versuchen verschiedener Autoren (u. a. auchMeinl undBellmann) hervorgeht, daß auch bei fehlendem Sog die Assimilation fast unvermindert fortschreitet, müßte die Soghypothese abgelehnt werden. Dagegen sprechen die hier gefundenen Zusammenhänge für die Hypothese. (Bei Verminderung der assimilierenden Blattfläche um ca. 30% gibt es noch keine wesentliche Einbuße an Trockensubstanzproduktion in den Speicherorganen.) Die Verteilung der Assimilate in die einzelnen Organe erfolgt je nach Sorte und Umweltbedingung trotz Relativierung des Zeitparameters sehr unterschiedlich.7. Mit Hilfe der Allometrie lassen sich die Wachstumsabschnitte Jugendentwicklung, Schossen, Rispenschieben, Blüte, Kolbenentwicklung und Reife nachweisen. Jeder Übergang von einem Abschnitt in den anderen ist durch eine Änderung der Allometriekonstanten mindestens eines der untersuchten Organe Blatt, Stengel, Rispe und Kolben, die in ihrer Beziehung zur Gesamttrockenmasse dargestellt werden, gekennzeichnet.8. Das Verhältnis von erzeugter Trockenmasse zu der dazu erforderlichen Zeit ist sorten- und umweltabhängig. Im Mittel werden während der Jugendentwicklung (32% der Gesamtzeit) nur ungefähr 7%, während der Phasen Schossen, Rispenschieben und Blüte (29% der Zeit) dagegen 46% der Gesamttrockenmasse gebildet. Im Verlauf der Kolbenbildung (39% der Gesamtzeit) werden 47% der Gesamtmasse erzeugt. Damit sind die drei mittleren Phasen je Zeiteinheit am produktivsten. Bei den mittelfrühen und mittelspäten Sorten dauern die Mittelphasen länger als bei frühen und späten Sorten.a) Es wurden für jeden der 34 Einzelversuche die Modelle der Trockenmassenproduktion aufgestellt. Dabei zeigte sich, daß auch bei einer Relativierung der Massen- und Zeitparameter die Massenkurven für die Einzelorgane umweltbedingt stark streuen (s% etwa 20–40%). Es gibt Standorte, die zur Modellbildung besonders geeignet erscheinen, da dort die umweltbedingten Parameterstreunngen sehr klein sind. Die sortenbedingte Variation ist allgemein geringer. Es läßt sich ein mittleres Wachstumsmodell der Trockenmassen (Blatt, Stengel, Rispen, Kolben, Gesamtpflanze) konstruieren, das eine Schätzung des wahren Modells darstellt. Zur Bildung von allgemeingültigen Modellen sind Versuche unter möglichst verschiedenen Umweltbedingungen und mit möglichst vielen Sorten notwendige Voraussetzung.

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Several years of investigations on dry matter production and development in maizeIII. The physiological basis of yield formation, a growth model and its variability

Summary 1. An Analysis of harvest samples of different varieties of maize was undertaken at different times in various localities. Another experiment was carried out in order to find the net assimilation rate (NAR) and transpiration of three varieties.2. Fifty percent of the variation of leaf dry matter was found to be due to variations in the length of time available for the formation of leaves. Early varieties have a leafarea index (LAI) of 3, the middle and comparatively later ones LAI is 4, and late varieties have an index of 5 or more. A significant interaction growth year and location was noticed in the build-up of leaf matter.3. The NAR ranges from 0.3–0.4 to a final level of 0.03 g/gram of leaves/day.4. A significant relationship was found between leaf dry matter and ear dry matter. Under unfavorable weather conditions there is a linear increase of ear dry matter with leaf dry matter of up to 40 dt/ha, while under favorable conditions amounts exceeding 26–32 dt/ha of dry leaf matter have a diminishing effect per leaf unit. Self-shading by the greater number of leaves is assumed to be the reason for this finding. The optimal leaf dry matter is 4.2–4.8 LAI.5. During the growth period transpiration coefficient and NAR ran a similar course.6. The distribution of assimilates to the different organs differs with variety and environmental conditions even after adjustment of time parameters.7. By means of allometry it was possible to distinguish six different growth phases: early development (I), sprouting (II), appearance of panicles (III), flowering (IV), ear development (V), and ripening (VI).8. The ratio of dry matter produced to time required depends upon varieties and environment. During phase I (32% of the entire vegetative period) only 7% of total dry matter was produced, while during II, III and IV (29% of growing time) 46% were added. During phase V (requiring 39% of the vegetative period) the remaining 47% of total dry matter was formed.9. For each of 34 experiments models of dry matter production were developed. These models indicated that individual organs are highly affected by environmental conditions (s% is about 20–40). It is possible to construct an avarage growth model for dry matter production of leaf, stem, panicle, ear, and whole plant. This model represents an estimate of the true model. To establish a universally valid model experiments with different varieties raised in widely differing environments are prerequisite.

     

Bile acid synthesis in cell culture

Confluent cultures of Hep G2 cells were found to synthesize chenodeoxycholic and cholic acids continually. Chenodeoxycholic acid was synthesized at the rate of 58 +/- 8.6 micrograms/96 h, a rate more than 7-fold greater than that for cholic acid. Addition of 5 beta-cholestane-3 alpha, 7 alpha, 12 alpha-triol but not the -3 alpha, 7 alpha-diol was followed by an increase in cholic acid synthesis, thus indicating a relatively low 12 alpha-hydroxylase activity. Endogenous synthesis of monohydroxy bile acid ester sulfates was found, with maximum rates of 135 and 74 micrograms/96 h for lithocholic and 3 alpha-hydroxy-5-cholenoic acids, respectively. Incubation of Hep G2 cells in medium containing 25% D2O permitted a comparison of the precursor/product relationship of cholesterol with 3 beta-hydroxy-5-cholenoic acid. The pattern of incorporation of deuterium was in accordance with that expected, thus allowing the conclusion that this monohydroxy bile acid is derived from cholesterol and should be considered together with chenodeoxycholic and cholic acids as a primary bile acid.