Der DNS-Gehalt von Kotyledonen und Hypokotyl des Senfkeimlings (Sinapis alba L.) bei der phytochromgesteuerten Photomorphogenese

Zusammenfassung Der DNS-Gehalt und somit auch die Zellzahl von Kotyledonen und Hypokotyl des Senfkeimlings sind zwischen 36 und 60 Std nach Aussaat sowohl im Dunkel als auch im Dunkelrot weitgehend konstant. Die durch Phytochrom bewirkte Zunahme des RNS-und Proteingehaltes (Weidner u. Mitarb., 1965) muß deshalb als eine RNS-bzw. ProteinZunahme pro Zelle aufgefaßt werden. Dieser Befund stützt die Vorstellung einer differentiellen Genaktivierung durch P₇₃₀ (z.B. Mohr, 1966).—Die weitgehend konstante Zellzahl von Hypokotyl und Kotyledonen während des von uns verwendeten Experimentierzeitraumes ist eine wichtige Voraussetzung für die Vergleichbarkeit biochemischer Daten, z.B. bei kinetischen Studien (vgl. Mohr, 1966).

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The DNA contents of cotyledons and hypocotyl of the mustard seedling (Sinapis alba L.) during phytochrome-mediated photomorphogenesis

Summary DNA contents and accordingly cell numbers of cotyledons and hypocotyl of the mustard seedling were virtually constant during the experimental period (between 36–60 hours after sowing) in the dark as well as under the influence of P₇₃₀, the active phytochrome (Table).—Therefore the phytochromemediated increase of the RNA and protein contents (Weidner et al., 1965) must be understood as an increase of RNA and protein per cell. This fact is in agreement with the conception of differential gene activation mediated by P₇₃₀ (Mohr, 1966). The virtually constant DNA contents during the period of time which is regularly used for experimentation on photomorphogenesis in our laboratory (36–60 hours after sowing; Mohr, 1966) is an important prerequisite for comparing biochemical data under the point of view of differential gene activation, e.g. in kinetical studies in the dark and under continuous far-red light.

     

Die Wirkung von Phytochrom und Actinomycin D auf die Chlorophyll a-Synthese von Senfkeimlingen (Sinapis alba L.)

Zusammenfassung Eine Vorbestrahlung der etiolierten Senfkeimlinge mit 4 Std Dunkelrot bewirkt eine Steigerung der Chlorophyll a-Synthese im Weißlicht. — Andererseits wird die Chlorophyll a-Synthese bereits durch relativ niedrige Actinomycin D-Konzentrationen gehemmt oder verzögert. — Die hemmende Wirkung von Actinomycin D ist — ausgedrückt in Prozent Hemmung — mit und ohne Vorbelichtung genau dieselbe. Auch die übrigen Daten deuten darauf hin, daß Actinomycin D nicht auf die Protochlorophyllsynthese als solche wirkt, sondern vielmehr die Synthese bestimmter Strukturproteine in den Plastiden beeinträchtigt. —Die Daten der Arbeit werden genphysiologisch gedeutet. Der wesentliche Punkt dabei ist, daß aktive Gene (z.B. jene, welche die Enzyme der bekanntlich auch im Dunkeln ablaufenden Protochlorophyllsynthese codieren) relativ unempfindlich gegenüber Actinomycin D sind; potentiell aktive Gene hingegen (z.B. jene, die einige nur im Licht entstehende spezifische Strukturproteine der Plastiden codieren) scheinen sehr viel empfindlicher gegenüber Actinomycin D zu sein. Diese Schlüsse stehen im Einklang mit einer früher geäußerten Hypothese (Lange und Mohr, 1965) und mit den Daten von Schopfer (1966) über die Regulation der Ascorbatsynthese im Senfkeimling durch Phytochrom und Actinomycin D.

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The action of phytochrome and actinomycin D on chlorophyll a formation in mustard seedlings (Sinapis alba L.)

Summary In the mustard seedling chlorophyll a synthesis under white light is enhanced by a pretreatment with far-red which maintains a low but virtually stationary concentration of active phytochrome (=P₇₃₀) (Fig. 1) during the period of irradiation (4 hours). — On the other hand chlorophyll a synthesis is inhibited or delayed by relatively low concentrations of Actinomycin D(=Act) (Fig. 2)The inhibitory action of Act (on a percent basis) is exactly the same with and without a far-red pre-irradiation (Fig. 3). Act in relatively low doses (5 or 10 g/ml) greatly extends the lag-phase of chlorophyll synthesis; however, these doses do not influence the effect of the far-red pretreatment on the rate of chlorophyll synthesis when it finally takes place (Fig.4,5,6). The data presented in this paper indicate that Act does not inhibit protochlorophyll synthesis as such; we have rather to conclude that Act inhibits the de novo synthesis of some specific structural proteins which are prerequisites of chlorophyll accumulation and maintenance in the plastids (Table 1). Synthesis of these structural proteins seems to be under the control of phytochrome too.It is concluded that those genes which are already in function are relatively resistant to Act (e. g. those genes which are needed for protochlorophyll synthesis) whereas potentially active genes (e. g. those which code some specific structural proteins of the plastids) are very sensitive to Act. —A similar conclusion has been reached in an earlier paper in connection with phytochrome-induced antocyanin synthesis (Lange and Mohr, 1965). Our argumentation is further supported by Schopfer's data on control of ascorbate synthesis in the mustard seedling by phytochrome and Act (Schopfer, 1966).

     

Aktivitätsänderungen der Isocitritase (E C 4. 1. 3. 1.) Während der Photomorphogenese beim Senfkeimling (Sinapis alba L.)

Zusammenfassung In einer vorangegangenen Arbeit (Hock, Kühnert und Mohr, 1965) haben wir festgestellt, daß der Fettabbau im Senfkeimling über das aktive Phytochrom (= P₇₃₀) in einem bestimmten Ausmaß reguliert werden kann. Die Annahme lag nahe, daß die Regulation über die Isocitritase erfolge.In der vorliegenden Arbeit haben wir festgestellt, daß P₇₃₀ keinen Einfluß auf die Isocitritase-Aktivität des Senfkeimlings ausübt, obgleich sich die Isocitritase-Aktivität in dem von uns untersuchten Zeitraum (24–96 Std nach der Aussaat) stark verändert. Um diesen Nachweis zu führen, war es notwendig, störende phenolische Substanzen im Rohextrakt an Divergan zu adsorbieren und die Enzymaktivität auf die biologische Einheit Keimling zu beziehen.Puromycin hemmt die Isocitritase-Synthese stark; Actinomycin D hingegen hat kaum einen Einfluß. — Vielleicht liegt eine langlebige mRNS vor, und die Regulation erfolgt auf der Ebene der Translation. Auch andere Interpretationen sind jedoch möglich.

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Changes of activity of isocitritase (E C 4. 1. 3. 1.) during photomorphogenesis in mustard seedlings (Sinapis alba L.)

Summary In a previous paper (Hock, Kühnert and Mohr, 1965) we have shown that fat degradation in the cotyledons of the mustard seedling (Sinapis alba L). is under the control of active phytochrome (=P₇₃₀), at least to a certain extent. One could imagine that P₇₃₀ might exert this control over fat consumption through isocitritase (E C 4. 1. 3. 1). In the present paper we demonstrate that P₇₃₀ does not have any influence on the activity of isocitritase in the mustard seedling, although the enzyme activity does show a strong increase and a following decline during the time of our experimentation (Fig. 8, 9). — Isocitritase could be assayed in a satisfactory manner in the raw extract only after the adsorption of phenolic compounds on Divergan (Fig. 1, 3). Furthermore the biological unit of the seedling turned out to be the only reliable system of reference for the enzyme activity determined in the extract. Puromycin strongly inhibits isocitritase synthesis whereas Actinomycin D is hardly effective (Fig. 10). It has been concluded that there might exist a relatively stable m-RNA which has been formed during the early stage of germination. Regulation of enzyme synthesis might occur on the level of translation. The evidence for this conclusion is not convincing, however; other interpretations are not excluded.

     

Kinetische studien zur Interpretation der Wirkung von Sukzedanbestrahlungen mit Hellrot und Dunkelrot bei der Photomorphogenese (Anthocyansynthese bei Sinapis alba L.)

Zusammenfassung In einer früheren Arbeit (Bertsch und Mohr, 1965) haben wir bei der lichtinduzierten Anthocyansynthese des Senfkeimlings gefunden, daß eine Vorbestrahlung mit Dunkelrot die Wirkung einer nachfolgenden Bestrahlung mit Hellrot steigert. Eine Vorbestrahlung mit Hellrot hingegen reduziert die Wirksamkeit einer nachfolgenden Bestrahlung mit Dunkelrot (Tabelle 1). Die 48 St nach Beginn des Bestrahlungsprogramms vorhandene Menge an Anthocyan wurde als ein Maß für die Wirksamkeit der Sukzedanbestrahlungen angesehen. — In der vorliegenden Arbeit wurde mit Hilfe kinetischer Studien gezeigt, daß ein spezifischer Effekt der Dunkelrot-Vorbestrahlung nicht existiert. Der apparente Effekt ist darauf zurückzuführen, daß das zuerst gegebene Dunkelrot die lag-Phase für das nachfolgende Hellrot eliminiert. — Der Effekt, daß eine Hellrot-Vorbestrahlung die Wirkung von nachfolgendem Dunkelrot stark reduziert, ist hingegen real. Dieser Effekt muß auf einen Verlust an Phytochrom zurückgeführt werden.

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Kinetical studies to interpret the effects of succedaneous irradiations with red and far-red on photomorphogenesis (anthocyanin synthesis in mustard seedlings, Sinapis alba L.)

Summary In a previous paper (Bertsch and Mohr, 1965) we reported that in light-induced anthocyanin synthesis of the mustard seedling (Sinapis alba L.) a preirradiation with far-red light increases the effectiveness of a following irradiation with red light, whereas a preirradiation with red reduces the effectiveness of a following irradiation with far-red (Table 1). The amount of anthocyanin present 48 hours after the onset of the irradiation programme was taken as a gauge for the effectiveness of the irradiation with succedaneous red and far-red (and vice versa).In the present paper it is shown—using detailed kinetical studies (Fig. 1 and 2) —that a specific potentiating effect of the preceding far-red is not involved. The apparent effect is due to the fact that the preceding far-red eliminates the lag-phase for the following red (Fig. 1). — On the other hand, the depressing effect of red light preceding far-red is very real. This latter effect must be attributed to a loss of phytochrome.We demonstrate in the present paper that the effects of succedaneous red and far-red irradiations can be attributed altogether to phytochrome if several assumptions concerning the stability of phytochrome 730 (Hartmann, 1966; Wagner and Mohr, 1966) are made. These assumptions seem to be well justified. — In any case our kinetical studies have revealed no data which indicate that in red or far-red light we have to deal with anything else except phytochrome.

     

Ein Beitrag zur Interpretation der Dunkelrotbande der Hochenergiereaktion bei der Photomorphogenese (Lichtabhängige Anthocyansynthese bei Senfkeimlingen,Sinapis alba L.)

Zusammenfassung Die Anthocyansynthese des Senfkeimlings (Sinapis alba L.) wird über das Phytochrom und eine hypothetische Hochenergiereaktion (=HER) reguliert (Mohr 1957). Das Wirkungsspektrum der HER zeigt Gipfel im Dunkelrot und im Blau.Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der Frage, ob wenigstens die dunkelrote Wirkungsbande der HER auf der Basis des Phytochroms zu deuten sei. Die Resultate (Wirkungsspektrum der HER mit Hellrot-Hintergrund, Intensitäts-Effekt-Kurven, Zeit-Effekt-Kurven) schließen eine befriedigende Deutung auf der Basis der momentan akzeptierten Theorie des Phytochroms aus.Eine längere Vorbestrahlung mit Dunkelrot erhöht die Wirksamkeit einer kurzen Hellrot-Bestrahlung. Eine Vorbestrahlung mit Hellrot hingegen erniedrigt die Empfindlichkeit des Systems für Dunkelrot. Auch die Deutung dieser Daten erfordert eine Modifikation der Theorie des Phytochroms. Im Anschluß an eine diesbezügliche Hypothese von Hartmann (1965) für die HER des Lactuca sativa-Keimlings wird die Annahme gemacht, daß zumindest die dunkelrote Wirkungsbande der HER auf der Basis des Phytochromsystems gedeutet werden kann, falls die in vivo-Destruktion von P₇₃₀ in die Theorie einbezogen wird. Für eine befriedigende quantitative Theorie der HER des Senfkeimlings auf der Basis einer modifizierten Phytochromtheorie sind aber weitere Daten und Überlegungen erforderlich.

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A contribution to interpret the far-red action band of the high energy reaction of photomorphogenesis (light dependent synthesis of anthocyanin in mustard seedlings, Sinapis alba L.)

Summary Anthocyanin synthesis in mustard seedlings is known to be controlled by phytochrome and by a hypothetical high energy reaction (Mohr 1957). This high energy reaction (=HER) is characterized by an action spectrum with peaks in the far-red and in the blue range of the visible spectrum (Fig. 2). Photosynthesis is not involved (Bertsch and Mohr 1965).The present paper is concerned with the problem of whether at least the far-red action band of the HER could be explained on the basis of phytochrome. It is evident, however, that the action spectrum of the HER elaborated with simultaneous red background irradiation (Fig. 2), the irradiance-response curves (Fig.3) and the timeresponse curves (Fig. 4) are hardly to be explained on the basis of the presently accepted phytochrome theory (e. g. Hendricks 1964).Red light is only slightly effective in anthocyanin synthesis of mustard seedlings when brief exposures to red are used in order to once saturate the photostationary state of phytochrome (Fig.5). If, however, brief exposures to red are preceded by long exposures to far-red, the red is much more effective (Fig.6). Long exposures to far-red increase the sensitivity of the system to red (Table 1). — On the other hand, a pretreatment with long exposures to red will decrease considerably the sensitivity of the system to far-red (Fig. 7, Table 1). These data, too, cannot be understood solely on the basis of the conventional phytochrome theory.It is assumed, following a recent hypothesis by Hartmann (1965) for hypocotyl lengthening in lettuce seedlings (Table 2), that at least the far-red band of action of the HER can eventually be understood on the basis of phytochrome if the in-vivo destruction of phytochrome 730 (Butler 1964) is taken into account. This assumption is supported by recent experiments in which anthocyanin synthesis in the mustard seedling was studied under steady state conditions of irradiation (Mohr, Wagner and Hartmann 1965), but more data and more reasoning will be required before the explanation of the HER on the basis of phytochrome will be satisfactorily established.

     

Vom Einfluß des Phytochroms auf die Xylemdifferenzierung im Hypokotyl des Senfkeimlings (Sinapis alba L.)

Zusammenfassung P₇₃₀, das aktive Phytochrom, bewirkt eine vermehrte Bildung von Gefäßen (Tracheen und Tracheiden) im Hypokotyl des Senfkeimlings. Das Differenzierungsmuster der Leitbündel und der Verlauf der Leitbahnen sind im belichteten und im etiolierten Keimling gleich. Es wird geschlossen, daß auch bezüglich der Ausbildung der Leitbahnen das P₇₃₀ lediglich im Rahmen einer sekundären Differenzierung als Auslöser wirkt. Die primäre Differenzierung (vgl. Wagner und Mohr, 1966 b) wird durch P₇₃₀ offenbar nicht beeinflußt.

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Phytochrome-mediated control of xylem differentiation in the hypocotyl of the mustard seedling (Sinapis alba L.)

Summary P₇₃₀, the active phytochrome, causes an increased formation of xylem elements (tracheids and vessel elements) in the hypocotyl of the mustard seedling (Figs. 3,4). On the other hand, the pattern of differentiation of the bundles and the course of the bundles within the hypocotyl (Figs. 1,2) are the same in etiolated as well as in illuminated seedlings.—It has been concluded that in connection with bundle differentiation P₇₃₀ acts only as a trigger at the level of secondary differentiation. The pattern of differentiation is laid down in the course of primary differentiation which apparently is not influenced by P₇₃₀. The same problem has been dealt with more in detail in a foregoing paper (Wagner and Mohr, 1966b).

     

Protein- und RNS-Gehalt des Hypokotyls beim stationären Wachstum im Dunkeln und unter dem Einfluß von Phytochrom (Keimlinge von Sinapis alba L.)

Zusammenfassung Das Wachstum des Hypokotyls wurde an Restkeimlingen ohne Kotyledonen (Abb. 1) untersucht. Die Wachstumsgeschwindigkeit ist in dem von uns untersuchten Zeitraum sowohl im Dunkeln als auch unter dem Einfluß von P₇₃₀ (Dauer-Dunkelrot) praktisch konstant. Obgleich sich die Wachstumsgeschwindigkeiten im Dunkeln und im Dauer-Dunkelrot um den Faktor 4 unterscheiden, hat das Dunkelrot keinen signifikanten Einfluß auf den Gesamt-Proteingehalt des Hypokotyls (bzw. der durchschnittlichen Hypokotylzelle). Der Proteingehalt nimmt im Dunkeln und im Licht kontinuierlich ab. Auch der Gesamt-RNS-Gehalt zeigt innerhalb des Versuchszeitraums eine Abnahme, die unter dem Einfluß von Dunkelrot früher einsetzt als im Dunkeln. — Man kann aus den Daten der vorliegenden Arbeit schließen, daß nur ein kleiner Teil des Gesamt-Proteins und der Gesamt-RNS einer Zelle mit dem Zellwachstum unmittelbar in Verbindung gebracht werden kann.

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Protein and RNA contents of the hypocotyl during steady state growth lengthening in the dark and under the influence of phytochrome (seedlings of sinapis alba L.)

Summary Inhibition of hypocotyl lengthening by phytochrome can be regarded as a prototype of a negative photoresponse. The hypothesis has been advanced (Schopfer, 1967) that negative photoresponses are the consequence of a differential gene repression which is exerted by P₇₃₀, the active phytochrome. This hypothesis is mainly based on experiments with specific inhibitors of RNA- and protein synthesis. —The present paper is part of an experimental program which has been designed to check this hypothesis.—Continuous irradiation with standard far-red has been used to establish a virtually stationary concentration of P₇₃₀ over the whole period of experimentation (36–60 hours after sowing). To correlate more strictly the growth response of the hypocotyl with molecular changes in this organ the axis system without cotyledons has been used (Fig. 1). Even under these conditions the growth rate of the hypocotyl is nearly constant in light (continuous far-red) and dark during the whole period of experimentation (36–60 hours after sowing) (Fig. 2, 3). It is known from earlier experiments that cell division in the hypocotyl are very rare during this period and that there is virtually no increase in the DNA contents of the organ during the period of our experimentation (Weidner, 1967). Obviously the number of cells per hypocotyl is virtually constant between 36 and 60 hours after sowing. Organ (i.e. hypocotyl) lengthening is nearly exclusively due to cellular lengthening.—If we follow the protein contents of the hypocotyl we find (Fig. 4) that the total protein of the organ decreases steadily in spite of the fact that the organ grows at a constant rate. There is no significant difference in protein contents between dark-grown and far-red grown systems although the growth rates differ by a factor of 4 (Fig. 2, 3).—The situation is some-what different with respect to total RNA (Fig. 5). The RNA contents eventually decrease in far-red as well as in dark-grown systems but the decrease is significantly faster in the far-red treated systems than in the dark controls.—It is concluded that only a very small part of the total RNA and total protein of a cell can be related to the control of cellular growth. Changes in bulk RNA and bulk protein obviously do not necessarily reflect changes in the growth rate or growth capacity of an organ or a cell.

     

Die Wirkung von Actinomycin D auf die phytochromabhängigen Veränderungen des RNS-Gehaltes im Senfkeimling (Sinapis alba L.)

Summary Actinomycin D (10 g/ml) cancels completely the phytochrome-mediated RNA net synthesis in the cotyledons of the mustard seedling whereas RNA net synthesis in the cotyledons of the dark-grown seedling is only partially inhibited (Fig. 1). — In the hypocotyl Actinomycin D of the same concentration lowers the RNA contents in the light (i.e. far-red)-grown seedling as well as in the dark-grown seedling down to the same level (Fig. 2). In the presence of Actinomycin D phytochrome has no significant influence on the RNA contents neither in the cotyledons nor in the hypocotyl (Fig. 1,2).The data support the view that P₇₃₀, the active phytochrome, acts through differential gene activation in the cotyledons and predominantly through differential gene repression in the hypocotyl (cf. Mohr, 1966; Schopfer, 1967a, b). —The data further support the conception that active genes (as defined by Mohr, 1966 and Schopfer, 1967a, b) are much less sensitive towards Actinomycin D than potentially active and repressible genes (cf. Schopfer, 1967a; Mohr and Bienger, 1967).     

Anthocyanin formation in turnip seedlings (Brassica rapa L.): Evidence for two light steps in the biosynthetic pathway

Summary In turnip seedlings, anthocyanin synthesis can be induced with light as soon as water uptake enables the seed coat to be removed. In very young seedlings the main site of production is in the cotyledons but this moves to the hypocotyl when the period of dark growth, before transfer to the light, is increased. The total amount of anthocyanin formed decreases as the seedlings become older. It is suggested that a substance stored in the cotyledons is needed for anthocyanin synthesis and that this substance disappears during growth in the dark. It cannot be replaced by known anthocyanin precursors such as phenylalanine, acetate, shikimic acid and sugars.Anthocyanin synthesis in the hypocotyl is almost completely prevented when the cotyledons are excised, or covered: no anthocyanin is formed in the hypocotyl when the cotyledons alone are irradiated. Cotyledons that have been excised from the hypocotyl synthesize about as much anthocyanin as is formed in the whole intact seedling, but covering the hypocotyl does not increase the amount formed in the cotyledons. These results suggest that pigment synthesis begins in the cotyledons, where a light reaction is needed for the formation of a precursor; the precursor is translocated to the hypocotyl where a second photochemical reaction is required for anthocyanin synthesis. If translocation to the hypocotyl is prevented, anthocyanin is formed in the cotyledons. The nature of the transported precursor is not yet known.

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Zusammenfassung In Keimlingen vonBrassica rapa kann Anthocyansynthese durch Licht induziert werden, sobald es möglich ist, die Samenschale zu entfernen. In den jüngsten Keimlingen sind die Kotyledonen der Ort stärkster Anthocyanbildung, in älteren Keimlingen das Hypokotyl. Die Gesamtmenge an gebildetem Anthocyan nimmt mit zunehmendem Alter der Keimlinge ab. Es wird vermutet, daß eine für Anthocyansynthese notwendige Substanz in den Kotyledonen gespeichert ist und während des Wachstums im Dunkeln abnimmt. Diese Substanz konnte durch bekannte Anthocyanvorstufen wie Phenylalanin, Acetat, Shikimisäure und Zucker nicht ersetzt werden.Anthocyansynthese ist im Hypokotyl fast vollständig unterdrückt, wenn die Kotyledonen entfernt oder verdunkelt werden: Kein Anthocyan wird im Hypokotyl gebildet, wenn die Kotyledonen allein belichtet werden. Isolierte Kotyledonen synthetisieren ungefähr die gleiche Menge Anthocyan wie intakte Keimlinge, aber eine Verdunkelung des Hypokotyls bewirkt keine Steigerung der Anthocyanbildung in den Kotyledonen. Diese Ergebnisse lassen vermuten, daß die Synthese von Anthocyan in den Kotyledonen beginnt, wo eine lichtabhängige Reaktion zur Bildung einer Zwischenstufe notwendig ist; diese Zwischenstufe wird in das Hypokotyl transportiert, wo eine zweite photochemische Reaktion für Anthocyansynthese erforderlich ist. Wird der Transport in das Hypokotyl verhindert, findet Anthocyansynthese in den Kotyledonen statt. Über die Natur dieser Zwischenstufe ist jedoch noch nichts bekannt.

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With 9 Figures in the Text     

Phytochrom-induzierte Enzymbildung (Phenylalanindesaminase), ein schnell ablaufender Prozeß

Zusammenfassung Bei Erstbelichtung des Senfkeimlings mit Dauer-Dunkelrot tritt der P₇₃₀-abhängige Anstieg der Phenylalanindesaminase-Aktivität erst mit einer lag-Phase von 1,5 Std ein (Abb. 3, 4 unten). Bei einer Zweitbelichtung (Programm: Erstbelichtung — längere Dunkelperiode — Zweitbelichtung) fehlt die lag-Phase (Abb. 4, oben). Die Enzymaktivität steigt sofort linear an. Da der Anstieg der Enzymaktivität wahrscheinlich auf eine de novo Synthese von RNS und Enzymprotein zurückzuführen ist (Tabelle), so erscheint der Schluß berechtigt, daß P₇₃₀ sehr rasch eine differentielle Genaktivierung mit anschließender Enzymsynthese bewirken kann, falls die Gene der Aktivierung durch P₇₃₀ zugänglich sind. Die relativ lange lag-Phase nach Einsetzen der Erstbelichtung benötigt das P₇₃₀ offenbar dazu, die potentiell aktiven Gene (P₇₃₀) für das P₇₃₀ zugänglich zu machen. Das Problem der primären lag-Phase ist in einer vorangegangenen Arbeit zur P₇₃₀-abhängigen Anthocyansynthese ausführlich diskutiert worden (vgl. Lange, Bienger und Mohr, 1967).

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Phytochrome-mediated enzyme formation (Phenylalanine deaminase) as a rapid process

Summary In previous papers we have reported (Mohr and Durst, 1966a, b) that synthesis of phenylalanine deaminase (EC 4.3.1.5), an important enzyme of phenolic metabolism, can be stimulated by the physiologically active phytochrome (=P₇₃₀) in the mustard seedling. The data of the present paper suggest that induction of this enzyme is a rapid process if the gene in question is easily accessible for the activating action of P₇₃₀.The seedlings were irradiated with continuous standard far-red light. Longtime irradiation with far-red will maintain a low but virtually constant level of P₇₃₀ in the seedling over an extended period of time. At the moment when the far-red light is turned off the action of P₇₃₀ will virtually cease. — Fig. 3 and Fig. 4, lower part, show the kinetics of enzyme induction by P₇₃₀ in an etiolated seedling. The initial (or primary) lag-phase after the onset of far-red is 1.5 hours. If, however, a seedling which has been pre-irradiated with 12 hours of far-red is kept in darkness for 6 hours and is then re-irradiated with far-red no lag-phase for the action of the second irradiation can be found. Enzyme activity increases immediately after the onset of far-red. Since the action of the second irradiation as measured by increase of enzyme activity can be inhibited by relatively low doses of Puromycin and Cycloheximide (table) we conclude that the re-appearance of P₇₃₀ leads to de novo synthesis of enzyme protein. — Application of Actinomycin D (10 g/ml) only partially inhibits the action of the second irradiation as measured by increase of enzyme activity. This finding was to be expected. In preceding papers (e.g. Mohr and Bienger, 1967) it has been concluded that genes which have once been activated by P₇₃₀ remain less sensitive towards Actinomycin D even when P₇₃₀ has disappeared. Taking into account all available data the conclusion seems to be justified that the induction of enzyme synthesis by P₇₃₀ (i.e. differential gene activation followed by enzyme synthesis) is a rapid process if the genes are accessible for the action of P₇₃₀. The relatively long initial lag-phase (1.5 hours) is needed to make the potentially active genes (P₇₃₀) accessible for the action of P₇₃₀. The problem of how the initial lag-phase can be understood has been dealt with more in detail in a previous paper on phytochrome-mediated anthocyanin synthesis (Lange, Bienger and Mohr, 1967).

     

Untersuchungen über die Natur der „Phytagglutinine” in chemischer,immunochemischer und pflanzenphysiologischer Sicht

Zusammenfassung Es werden Untersuchungen über die Lokalisation der Phytagglutinine, hauptsächlich der blutgruppenspezifischen, in 15 Samenpflanzen mitgeteilt. Dabei konnte festgestellt werden, daß die Agglutininproteine sowohl in den Samen als auch in sämtlichen vegetativen Pflanzenteilen wie Wurzeln, Stengeln und Blättern vorkommen können. Innerhalb des Embryos der Samen — die Schalen und das Endosperm waren agglutininfrei — wechselt die Agglutininverteilung bei den einzelnen Pflanzen zwischen den beiden Extremen: Kotyledonen agglutininhaltig, Radicula so gut wie frei (Beispiel:Dolichos biflorus) und Radicula agglutininhaltig, Kotyledonen fast frei (Beispiel:Laburnum alpinum) mit allen Übergängen. Die aus allen Teilen der Pflanze erhaltenen blutgruppenspezifischen Agglutinine waren nicht kochbeständig. Ob diese leicht charakterisierbaren Proteine eine besondere physiologische Bedeutung für die Pflanze haben, wird offen gelassen.Herrn Prof. Dr.Hans Schmidt in Verehrung zum 75. Geburtstag.Die Arbeit wurde mit Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft durchgeführt.     

Chemische und mikroskopische Untersuchungen über die Ursache des Kotyledonenbruches bei Samen vonPhaseolus vulgaris L.

Zusammenfassung Ausgehend von den Befunden früherer Versuche, nach denen bei Bohnenkotyledonen ein Zusammenhang zwischen geringer Quellungsgeschwindigkeit ihres Zellinhaltes und BruchhÄufigkeit besteht, wurden die Ursachen dieser verlangsamten Wasseraufnahme brechender Kotyledonen untersucht und auf deren Bedeutung bei der Entstehung der zum Kotyledonenbruch führenden Spannungen geschlossen.In den brechenden Kotyledonen treten grö\ere Lipidmengen auf als in den nichtbrechenden. Die geringere Quellungsgeschwindigkeit der lufttrockenen brechenden Kotyledonen beruht wahrscheinlich auf einer Abschirmung der normalerweise stark quellfÄhigen Aleuronkörner gegenüber dem eindringenden Wasser. Für die Abschirmung sind Lipidsubstanzen verantwortlich, die dem Tonoplasten unmittelbar aufliegen. Mit zunehmendem Wassergehalt der Kotyledonen wird diese Lipidbarriere durch EntmischungsvorgÄnge aufgehoben. Die sich daraus ergebende unterschiedliche Quellungsgeschwindigkeit von durchfeuchteten und trockenen Gewebebereichen führt wÄhrend des Quellvorganges zu Spannungen im Kotyledonengewebe. Die Spannungen sind bei den zu Quellbrüchen neigenden B-Kotyledonen mit einem Anfangswassergehalt von 11% auf Grund der sich durch vorübergehende Abschirmung der Eiwei\-substanzen stÄrker Ändernden Quellungsgeschwindigkeit erheblich grö\er als bei den nichtbrechenden F-Kotyledonen. In den B-Kotyledonen wird dabei die Gewebefestigkeit überwunden, und es entstehen Querrisse im Keimblatt.

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Chemical and microscopical investigations of the causes for cotyledonar ruptures in seeds ofPhaseolus vulgaris L.

Summary Results of previous investigations indicated a connection between slow swelling of cell contents and frequency of ruptures in bean cotyledons. This prompted an analysis of delayed water uptake in breaking cotyledons, which led to an evaluation of its role in the bildup of tensions resulting in cotyledonar ruptures.Breaking cotyledons contain higher amounts of lipids than non-breaking cotyledons. The delay in swelling of air-dry breaking cotyledons is likely to be due to masking of the aleuron grains, which are normally capable of pronounced swelling, against penetrating water. Lipid substances immediately apposed to the tonoplast are responsible for this masking. Increasing water content of the cotyledons leads to removal of the lipid barrier through phase separation. A difference in swelling velocities of wet and dry tissue regions results in tensions in the cotyledonar tissue during the swelling process. These tensions are strikingly more pronounced in B-cotyledons with an initial water content of 11%, which are disposed for breaking, because swelling velocities are changing more rapidly here due to transient masking of proteins than in non-breaking F-cotyledons. Tissue strength is thereby overcome, and transverse ruptures in the cotyledon arise.

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Diese Arbeit ist Teil einer Dissertation der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen FakultÄt der UniversitÄt Hamburg.

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Meinem verehrten Lehrer, Herrn Prof. Dr. U.Rüge, möchte ich an dieser Stelle für die zahlreichen RatschlÄge und wertvollen Anregungen herzlich danken.

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FrÄulein R.Timm bin ich für die gewissenhafte Ausführung der elektronenmikroskopischen Arbeiten zu au\erordentlichem Dank verpflichtet.

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Herrn Dr. D.Düvel danke ich ebenfalls für seine Unterstützung bei der Durchführung der elektronenmikroskopischen Untersuchungen.     

Zur Regulation der RNS-Synthese durch Phytochrom bei der Photomorphogenese des Senfkeimlings (Sinapis alba L.)

Summary P₇₃₀, the active phytochrome, increases the rate of RNA synthesis (Table) and the RNA contents in the cotyledons of the mustard seedling (Sinapis alba L.) (Fig. 1) whereas the RNA contents in the hypocotyl is decreased under the influence of P₇₃₀ (Fig. 2).—It takes about 6 hours until changes in the RNA contents-which must be attributed to the formation of P₇₃₀—can be measured after the onset of light (continuous far-red). Since the lag-phases of positive photoresponses in the cotyledons and negative photoresponses in the hypocotyl (Mohr, 1966) are in general much shorter than 6 hours, the changes of the RNA contents of the organs cannot be regarded as being directly connected with the formation of characteristic positive photoresponses such as anthocyanin synthesis, induced enzyme synthesis, ascorbic acid synthesis, etc., or negative photoresponses such as inhibition of hypocotyl lengthening.We have rather to conclude that the changes of RNA contents are secondary adaptations of the organs which lead to an increase (cotyledons) or decrease (hypocotyl) of protein synthesizing capacity of the cells and tissues. The P₇₃₀-dependent increase of bulk RNA in the cotyledons is probably due to a differential gene activation and the P₇₃₀-dependent decrease of bulk RNA in the hypocotyl is due to a differential gene repression. The causalities of these processes are possibly complex.The hypothesis of differential gene activation or repression by P₇₃₀ (Mohr, 1966; Schopfer, 1967a, b) is not disproved by these results. We have rather to reach a conclusion which has already been suggested by other data (e.g. Karow and Mohr, 1966), namely, that positive as well as negative photoresponses are due to changes in the activity of a limited (possibly small) number of enzymes. Correspondingly changes in only a minute amount of the total RNA are directly involved in the formation of photoresponses. These changes cannot be detected by following RNA contents.—It seems to be of great interest, however, that P₇₃₀ eventually brings about strong tissue specific changes in the RNA contents per cell as described in the present paper.     

“Primäre” und “Sekundäre” Differenzierung im Zusammenhang mit der Photomorphogenese von Keimpflanzen (Sinapis alba L.)

Zusammenfassung Die Anthocynsyanthese des Senfkeimlings ist phytochromabhängig. Lediglich zwei Gewebe, die Epidermis der Cotyledonen und die Subepidermis des Hypocotyls sind zu dieser Anthocyansynthese fähig. Erst 24 Std nach Aussaat ist Anthocyansynthese möglich und bereits etwa 60 Std nach Aussaat (25° C; Standardbedingungen vgl. Methoden) erlischt dei Fähigkeit zur Anthocyansynthese weitgehend und zwar unabhängig von der Menge des synthetisierten Anthocyans. Die höchste Empfindlichkeit für Licht besitzt das Anthocyan bildende System etwa 36 Std nach Aussaat. — Teilt man den Keimling unmittelbar vor der Anthocyanmessung in 4 Segmente auf (Abb. 9) und mißt den Anthocyangehalt der Segmente getrennt, so stellt sich heraus, daß die Fähigkeit zur Anthocyansynthese im mittleren und basalen Bereich des Hypocotyls rapide verloren geht. Im oberen Hypocotylabschnitt hingegen und in den Cotyledonen nimmt diese Fähigkeit erst zu, und die Abnahme ist langsamer. —Es werden Argumente für die Auffassung entwickelt, daß das spezifische und dynamische Zellmuster, das man hinsichtlich der P₇₃₀-abhängigen Anthocyansynthese vorfindet, ein Ausdruck der primären Differenzeierung sei (vgl. Abb. 4). P₇₃₀ hingegen, so stellen wir uns vor, wirkt unspezifisch im Rahmen einer sekundären Differenzierung, indem es potentiell aktive Gene (P₇₃₀) in Funktion setzt. Welche Gene in den einzelnen Zellen des Dunkelkeimlings potentiell aktiv sind, legt die primäre Differenzierung fest. — Diese Vorstellungen werden durch den Befund gestützt, daß eine Applikation von Actinomycin D zu einer zeitlich sehr viel ausgedehnteren Anthocyansynthese führt; offenbar deshalb, weil die genetisch kontrollierte Entwicklung des primären Differenzie-rungsmusters gebremst wird. Eine Folge wäre, daß die Inaktivierung der zur Anthocyansynthese benötigten Gene, die normalerweise etwa 60 Std nach Aussaat erfolgt, weit hinausgezögert wird.

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Primary and secondary differentiation in connection with photomorphogenesis of seedlings (Sinapis alba L.)

Summary Anthocyanin synthesis of the mustard seedling (Sinapis alba L.), a typical phytochrome-dependent photoresponse has been further investigated. — It has been found that only two types of tissue can synthesize anthocyanin under the influence of active phytochrome (=P₇₃₀), namely, the epidermis of the votyledons and the subepidermal layer in the hypocotyl (Fig. 2, 3). — Under our standard conditions (25° C; cf. methods) phytochrome-potentiated anthocyanin synthesis is only possible 24 hours after sowing and it ceases about 60 hours after sowing, independent of the amount of anthocyanin which has been accumulated (Fig. 5, 6). On the basis of the whole seedling the highest sensitivity of the anthocyanin producing system to light is around 36 hours after sowing (Fig. 8). Within the tissues which are capable of forming anthocyanin there is a characteristic shift of the ability to respond to P₇₃₀ as the seedling ages. If we devide the seedling into 4 segments (Fig. 9) it turns out that in the basal and middle part of the hypocotyl the ability to form anthocyanin is rapidly lost whereas in the upper part of the hypocotyl and in the cotyledons this ability even increases at first. The following decrease is slower than in the basal parts (Fig. 10, 11).It is argued that this specific and dynamic cellular pattern of responsiveness to P₇₃₀ can be regarded as a manifestation of a primary differentiation in the course of which the genotype of each individual cell in the dark-grownt seedling is devided into 3 functional types of genes: active, inactive, and potentially active genes (P₇₃₀) (Fig. 4). — In connection with anthocyanin synthesis P₇₃₀ is thought to act exclusively at the level of secondary differentiation, i.e., it is thought to initiate the action of potentially active genes via a signal-chain. The action of P₇₃₀ is non-specific. The specificity of the photoresponse of an individual cell is determined by the status of its primary differentiation (Fig. 4).If the process of differentiation is slowed down (e.g. by the application of low doses of Actiomycin D) anthocaynin synthesis can continue much longer than under our standard conditions where it ceases around 60 hours after sowing (Fig. 12). This fact seems to indicate that the loss of the ability to form anthocyanin is due to an inactivation of pertinent genes by the process of primary differentiation, which is itself, as one would expect, under the control of genes.

     

Hat J. G. Mendel bei seinen Versuchen „zu genau“ gearbeitet? — Der χ2-Test und seine Bedeutung für die Beurteilung genetischer Spaltungsverhältnisse

Zusammenfassung R. A. Fisher (1936) hat im Zusammenhang mit einer statistischen Analyse der Versuche GregorMendels die Auffassung geäußert,Mendels Versuchsergebnisse seien statistisch gesehen zu exakt. DaMendel vielleicht auf Grund der ersten Spaltungen die obwaltende Gesetzmäßigkeit bereits erkannt habe, könne den weiteren Versuchen wohl nur demonstrativer Wert zuerkannt werden. Andere Autoren, z.B. Zirkle (1964) sowiede Beer (1964), schließen sich diesem Urteil an. Fisher — und mit ihm die genannten Autoren — haben jedoch übersehen, daß bei Beurteilung der F₃-Analysen derMendelschen Versuche, soweit nicht Samen-, sondern Pflanzenmerkmale geprüft wurden, die die Aufzucht einer F₃ erforderlich machten, die Größe der ausgewerteten Nachkommenschaften kaum gleich der Zahl der jeweils ausgelegten oder als ausgelegt angenommenen Samen 10 gewesen sein kann, da mit Auflaufschäden, Verlust durch Vogelfraß usw. gerechnet werden muß. Unsere Untersuchung zeigt, daß bei Annahme einer effektiven Größe dieser Nachkommenschaften von durchschnittlich 8 Pflanzen sich zahlenmäßig fast die gleiche Gesamtwahrscheinlichkeit für die Übereinstimmung aller Versuche mit der Erwartung ergibt, die sich als Gesamtwahrscheinlichkeit auch für die Versuche an Erbsen beiCorrens (1900),Tschermak (1900),Bateson undKillby (1905) sowieDarbishire (1908, 1909) — diese zusammengerechnet — ermitteln läßt. Überdies steht ein Ausfall von 10–20% des ausgelegten Erbsensaatgutes sowohl mit den AngabenMendels wie den Erfahrungen mährischer Pflanzenzüchter bei modernen Erbsensorten in Einklang bzw. ist leicht in Einklang zu bringen.Die scheinbar übergroße Exaktheit der Erbsenversuche ist wohl darauf zurückzuführen, daß die genetischen Spaltungszahlen, offensichtlich je nach Pflanzen- oder Tierart verschieden, nicht binomial, sondern halb zufällig verteilt sind und aus diesem Grunde die errechnete Größe ² zu klein ausfällt.Es wird versucht, den Faktorc zu schätzen, um den der ²-Wert bei der Erbse zu klein ausfällt, und die Konsequenzen zu ermitteln, die diese Verhältnisse für die Gültigkeit des ²-Testes besitzen. Zum Vegleich werden die Ergebnisse mitgeteilt, die eine ähnliche Untersuchung bei mehreren Pflanzen- und Tiergattungen ergab, wobei ebentalls Daten aus der Literatur zugrunde gelegt wurden.

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Has J. G. Mendel been too accurate in his experiments? The ² test and its significance to the evaluation of genetic segregation

Summary In a statistical analysis ofGregor Mendel's experimentsR. A. Fisher (1936) expresses the opinion that from a statistical point of viewMendel's experimental results are too exact. Assuming thatMendel recognized the regularities of segregation already from his first seed counts in 1858, Fisher believes that further experimentation byMendel was only of demonstrative value. Several authors, f.i. C. Zirkle (1964) share this opinion.However,Fisher and the other authors have overlooked that in judging F₃ analyses ofMendel's experiments, when not seed characteristics were tested but plant traits that made raising an F₃ necessary, the number of progeny available for classification could hardly be equal to the 10 seeds planted or presumably planted, since one has to count on losses through poor germination, birds, or other causes. We show that with an assumed average number of 8 plants in these progenies the probability of agreement with expectation in all ofMendel's experiments is numerically equal to the probability calculated from experiments with peas byCorrens (1900),Tschermak (1900),Bateson andKillby (1905), as well as byDarbishire (1908, 1909), the latter totaled.The too great seeming exactness of the experiments with peas could be explained in the following manner: The distribution of genetic segregation data, obviously different for each plant or animal species, is not binomial but semirandom, therefore the calculated ² value will be too small.We try to estimate the factor c by which the ² value in experiments on peas is too small, and to determine the consequences of this fact to the validity of the ² test. For comparison we point out results from similar investigations on several plant and animal species, again using data from the literature.

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Nach Vorträgen auf dem 13. Biometrischen Colloquium der Deutschen Region der Internationalen Biometrischen Gesellschaft in Mainz (31. 3.–2. 4. 1966) und der II. Internationalen Berliner Tagung über Mathematische Statistik und ihre Anwendungen (Berlin 9.–13. 5. 1966).     

Experimente zur Wirkung von Actinomycin D auf die durch Phytochrom bewirkte Anthocyansynthese

Summary Phytochrome-mediated anthocyanin synthesis of the mustard seedling can be blocked by moderate concentrations of Actinomycin D (10 g/ml in the solution around the seedling) if the substance is applied before the onset of far-red light (Fig. 1). If, however, the seedlings are irradiated with far-red for 6 hours, transferred to the dark for one hour, incubated with Act. D for 3 hours (in the dark) and then re-irradiated with continuous far-red, anthocyanin synthesis can only partially be inhibited (Fig. 2). — There are good arguments that the physiological action of the small stationary concentration of P₇₃₀ which is left in the plant after we turn off the far-red light will virtually stop at the moment when the light is turned off (Wagner and Mohr, 1966a). Furthermore the P₇₃₀-dependent mRNAs which are involved in anthocyanin synthesis seem to be shortlived (Lange and Mohr, 1965; Mohr and Senf, 1966; Durst and Mohr, 1966). Considering these arguments and the results of the present paper we cannot but conclude that genes which have once been activated by P₇₃₀ will not return to the original state—at least with respect to Act. D sensitivity—even when the activating (or de-repressing) agent (P₇₃₀ in our case) has disappeared.

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Experimente zur Wirkung von Actinomycin D auf die durch Phytochrom bewirkte Anthocyansynthese

     

Genbedingte Rotlicht-Empfindlichkeit der Chloroplastendifferenzierung bei Arabidopsis

Zusammenfassung Bei Arabidopsis verursacht das rezessive Gen im im homozygoten Zustand eine Grün-Weiß-Scheckung an Blättern und Stengeln. Bereits die Kotyledonen enthalten, je nach den Umweltbedingungen während der Keimung, einen wechselnden Anteil weißer und grüner Zellen. In weißen Zellen kommen nur kleinere albicate Plastiden ohne regulär differenzierte Thylakoide vor; grüne Zellen enthalten ausschließlich normale Chloroplasten. Dieses Verteilungsmuster läßt erkennen, daß die genkontrollierte Hemmung der Plastidendifferenzierung nur in bestimmten empfindlichen Zellen manifest wird. — Die vorliegenden Ergebnisse zeigen einen dominierenden Einfluß des sichtbaren Lichtes auf die Penetranz von im. Bei höherer Lichtintensität (mehr als 2000 Lux) werden die Kotyledonen vollständig weiß; niedere Lichtintensität und eine zusätzliche Aufteilung der täglichen Lichtphase (500 Lux in Pulsen von 2 min mit Intervallen von 10 min Dunkelheit) macht sie ganz grün. Setzt man die Keimlinge in verschiedenen Altersstadien aus hoher in niedere Lichtintensität und umgekehrt um, so erkennt man, daß die Lichtempfindlichkeit der Kotyledonen auf eine kurze Zeit zwischen 40 und 60 Std nach der Keimungsinduktion beschränkt ist. Während dieser kritischen Phase wird die Chloroplastendifferenzierung in im/im-Pflanzen irreversibel determiniert. Für eine phänotypische Ausprägung der Mutante ist energiegleiches Licht im roten Spektralbereich mindestens 10fach wirksamer als im blauen. Auch darin weichen die Bedingungen, die in der Mutante zu einer Entstehung von grünen Chloroplasten führen, vom Normalfall ab; denn etiolierte Blätter der Wildform können auch im Rotlicht ergrünen. Die Plastiden der Mutante ähneln vielmehr typischen Leukoplasten, deren Metamorphose zu Chloroplasten gleichfalls nur im Blaulicht geschieht.

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Gene controlled sensitivity toward red light in chloroplast differentiation of Arabidopsis

Summary In Arabidopsis thaliana the recessive gene im in homozygous condition causes variegation of the plant colour. The cotyledons contain white and green cells in variable proportions depending on the environmental conditions during germination. In the white cells all plastids are albicate, i.e., of reduced size and without regularly differentiated thylakoids; green cells contain exclusively normal chloroplasts. This pattern indicates that the gene-controlled blockade of plastid differentiation is manifested only in certain sensitive cells. — The present results demonstrate a dominating effect of visible light on the expression of im. With higher light intensity (more than 200 ft. candles) the cotyledons turn all white; low intensity and additional fractionation of the daily light period (40 ft. candles in pulses of 2 min and breaks of 10 min darkness in between) make them all green. Transfers of seedlings between these two light regimes during different stages of germination showed that this light sensitivity is limited for the cotyledons to a short period in between 40 and 60 hrs. after the induction of germination. During this critical phase the chloroplast differentiation in im/im-plants is irreversibly determined. For a manifestation of the mutant phenotype light of the same energy (3100 erg/cm² sec) is more than 10-fold effective in the red (658 nm) than in the blue (445 nm) part of the spectrum. Thus the conditions which secure the development of green chloroplasts in the mutant im deviate from the normal conditions, since in the wild type the greening of etiolated leaves can also be induced by red light. The chloroplast morphogenesis in the mutant rather resembles the metamorphosis of leucoplasts into chloroplasts, which similarly can be induced only by blue light.

     

Die hemmung der Phytochrom-induzierten Anthocyansynthese durch puromycin und 2-thiouracil

Zusammenfassung Die durch Phytochrom 730 bewirkte Anthocyansynthese des Senfkeimlings kann durch Puromycin und 2-Thiouracil gehemmt werden. Im Gegensatz zu Actinomycin D (Lange u Mohr, 1965) hemmen diese Substanzen die Anthocyansynthese auch dann fast völlig, wenn sie erst längere Zeit, z. B. 12 Std. nach Lichtbeginn appliziert werden. Der Effekt von 2-Thiouracil kann aufgehoben werden, wenn man die Keimlinge in ein Medium mit Uracil oder Wasser bringt. Auch die gleichzeitige Applikation von Uracil und 2-Thiouracil führt zu einer zumindest partiellen Aufhebung des Hemmeffektes von 2-Thiouracil. Aus den Kinetiken kann man folgern, daß die Lebensdauer des kurzlebigsten Enzyms, das an der Anthocyansynthese beteiligt ist, in der Größenordnung von 6 Std liegt. Der Schluß erscheint aufgrund der Abb. 1. u. 2 berechtigt, daß die Synthese dieses Enzyms über P₇₃₀ reguliert wird. — Die Wirkung von 2-Thiouracil kann in unserem Fall offensichtlich nicht nur damit gedeutet werden daß 2-Thiouracil in RNS engebaut wird und dadurch falsche RNS entsteht. Man muß vielmehr annehmen, daß das 2-Thiouracil auch eine direkte, kompetitive Enzymhemmung verursacht.

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The inhibitory effect of puromycin and 2-thiouracil on the phytochrome-mediated synthesis of anthocyanin

Summary The phytochrome-mediated anthocyanin synthesis of the mustard seelding, Sinapis alba L., can be stopped by the application of relatively low concentrations of puromycin and 2-thiouracil. While actinomycin D, which has been investigated in a previous paper (Lange and Mohr, 1965), will block phytochrome-induced anthocyanin synthesis only if it is applied before or at the onset of light, puromycin and 2-thiouracil will stop anthocyanin synthesis even if they are applied at a later stage, e.g., 12 hours after the onset of light. — The effect of 2-thiouracil can be reversed if the seedlings are transferred to a medium containing uracil or to blank water. The simultaneous application of 2-thiouracil and uracil also leads to at least a partial reversal of the 2-thiouracil effect. — The kinetics of the puromycin inhibition (Fig. 2) indicate that the enzyme with the shortest life-time among those enzymes which are involved in anthocyanin production has a life-time in the order of 6 hours. One may reasonably conclude on the basis of Fig. 1 and 2 that synthesis of this particular enzyme is controlled by phytochrome 730. — The effect of 2-thiouracil (Fig. 3) cannot — in our case at least — be understood by only assuming that 2-thiouracil will be incorporated into RNA and thus will lead to the formation of wrong RNA. Inhibition by 2-thiouracil is much faster than inhibition by puromycin (Fig. 2,3). We have rather to conclude that 2-thiouracil may exert its effect mainly through a direct competitive enzyme inhibition.

     

Der Einfluss von Phytochrom auf die Stationären Konzentrationen von Ascorbinsäure und Dehydroascorbinsäure beim Senfkeimling (Sinapis alba L.)

Zusammenfassung Der Senfkeimling (Sinapis alba L.) synthetisiert auch im Dunkeln beträchtliche Mengen an Ascorbinsäure. Durch Licht kann der Ascorbinsäure-Gehalt der Keimlinge stark erhöht werden. Dieser Lichteinfluß ist auf die Funktion von Phytochrom zurückzuführen. Die Photosynthese hat keinen wesentlichen Anteil an der Lichtwirkung. Die Konzentration an Dehydroascorbinsäure ist im Verhältnis zur Ascorbinsäurekonzentration stets sehr gering (5–8% der Konzentration an Totalascorbat) und wird vom Phytochrom nicht beeinflußt.Wenn die Funktion von Phytochrom bei den positiven Photomorphosen unter dem Aspekt der differentiellen Genaktivierung (vgl. Mohr, 1966) betrachtet wird, kann die folgende Arbeitshypothese aufgestellt werden: Die durch Phytochrom 730 induzierte Ascorbinsäureakkumulation führt im Bereich von potentiell aktiven Genen zu einer Spaltung gewisser DNS-Histon-Komplexe. Dadurch wird die Synthese von m-RNS an diesen Genen ermöglicht, was schließlich zur Ausbildung der positiven Photomorphosen führt. Die Argumente, welche zur Zeit für eine Funktion der Ascorbinsäure bei der Regulation der Genaktivität sprechen, werden kurz diskutiert.

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The control by phytochrome of the contents of ascorbic acid and dehydroascorbic acid in the mustard seedling (Sinapis alba L.)

Summary A dark grown seedling of white seeded mustard (Sinapis alba L.) contains an appreciable amount of ascorbic acid. The content of ascorbic acid, however, will strongly increase under the influence of light. This effect is due to phytochrome. Photosynthesis is not involved under our experimental conditions.The content of dehydroascorbic acid is always very low compared to ascorbic acid (5–8% of total ascorbate). Phytochrome does not influence this relation.The lag-phase of the phytochrome induced increase in ascorbic acid accumulation is remarkably short, about 1 hour after the onset of light compared to about 4 hours for phytochrome induced anthocyanin synthesis under our conditions.This is the shortest lag-phase we have observed hitherto in the case of positive photoresponses (Mohr, 1966).If we assume that the function of phytochrome in the case of positive photoresponses involves a differential gene activation of potentially active genes (Mohr, 1966) the following working hypothesis can be advanced: phytochrome induced accumulation of ascorbic acid will lead to a separation of DNA-histone complexes in the range of potentially active genes. This makes possible the DNA-dependent synthesis of m-RNAs at those sites which are lastly responsible for the initiation of positive photoresponses. — Arguments are briefly considered which support the view that ascorbic acid exerts a function in connection with the regulation of gene activity.

     

Das Schicksal der Nährstoffe bei dem FlußkrebsOrconectes limosus

Zusammenfassung Unter Verwendung der neubestimmten Turnoverkonstanten der Hämolymphbestandteile beim Flußkrebs (Herz-Hübner, Urich und Speck, 1973) werden früher veröffentlichte Befunde über die chemische Umwandlung der Glucose in den resorbierenden Geweben (Speck und Urich, 1972) erneut ausgewertet. Während der Resorption von Glucose entfällt je ein Drittel des Substanztransfers aus den resorbierenden Geweben in die Hämolymphe auf Zucker, organische Säuren und Aminosäuren. Nur 9 % der resorbierten Glucose passieren die resorbierenden Gewebe unverändert.

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The metabolic fate of nutrients in the crayfish,Orconectes limosus V. Chemical conversion of glucose within the absorbing tissues

Summary Earlier data on the chemical conversion of glucose within the absorbing tissues in crayfish (Speck and Urich, 1972) are recalculated on the basis of the recently determined turnover constants for hemolymph constituents (HerzHübner, Urich and Speck, 1973). During glucose absorption, sugars, organic acids, and amino acids contribute one third each to the total substance transfer from absorbing tissues to hemolymph. Only 9 percent of absorbed glucose penetrates the absorbing tissues unchanged.

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Abkürzungen und Definitionen PoolgrößeP [g] die in der Hämolymphe enthaltene Menge einer Substanz - Turnoverkonstantek [min^–1] der pro Minute aus der Hämolymphe in die Gewebe übertretende Anteil vonP - TransferT [g/min] die pro Minute aus einem Kompartiment in ein anderes übertretende Menge einer Substanz - T _DHi Transfer aus dem resorbierenden Gewebe in die Hämolymphe - T _HIK bzw.T' _HIK Transfer aus der Hämolymphe in die Körpergewebe berechnet nach Formel (1) bzw. (2). Mit Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft.