Correlation between arrested secondary plasmodesmal development and onset of accelerated leaf senescence in yeast acid invertase transgenic tobacco plants

Mature leaves of a transgenic tobacco plant ( Nicotiana tabacum L var. Samsun, line A41-10) that constitutively express a yeast-derived acid invertase gene develop symptoms which are characterized by the presence of greenish-yellow and green sectors in the same leaf, and onset of early, leaf senescence. Previous studies indicated that invertase activity was two- to threefold higher in the greenish-yellow sectors than in the green sectors. Our structural analyses revealed that development of secondary plasmodesmata, via modification of existing primary plasmodesmata, between mesophyll cells was inhibited severely in the greenish-yellow sectors, but only marginally in the green sectors. In contrast, the structure and function of primary plasmodesmata in the same symptomatic sectors remained unaltered as determined by structural and dye coupling studies. It is hypothesized that secondary plasmodesmata differ from primary plasmodesmata in having special abilities to traffic information molecules to coordinate leaf development and physiological function(s). Arrest of secondary plasmodesmal development by high invertase activity in the transgenic tobacco leaf may have prevented this type of trafficking and hence resulted in early leaf senescence. The results also indicate that the yeast acid invertase-expressing tobacco may provide an effective experimental system for the molecular characterization of cellular mechanisms that regulate the development, function, and possible turnover of secondary plasmodesmata.     

Vergleichende anatomisch-histologische Untersuchungen anLepisma saccharina Linné und der MyrmecophilenAtelura formicaria Heyden (Beitrag zur Myrmecophilie,erster Abschnitt)

Zusammenfassung Der Darm von L. s. und A. f. zeigt auf Grund der voneinander abweichenden Ernährungsweise beider Objekte grundsätzliche Verschiedenheiten. Die großenteils aufbereitete bzw. flüssige Nahrung der myrmecophilen Atelura läßt zum Unterschied von L. s. einen stark chitinösen Kaumagen, eine der Nahrungsregulation dienende Kropftaille und ein sophagales Mesenterium zur Fixierung des Darmes bei der Kaumagenmotorik überflüssig erscheinen. Hingegen besitzt A. f. eine besonders funktionstüchtigeValvula cardiaca, die im Zusammenwirken mit kräftigen Pharynxdilatatoren und Ringmuskeln eine wirksame Saugeinrichtung zur Aufnahme flüssiger Nahrung vom Labium der Ameisen darstellt. Im Zusammenhang mit der Konsistenz der Nahrung fehlen A. f. Mitteldarmdivertikel mit merokrin sezernierendem Endothel und die Darmschlinge am Ende des Mittel- und Beginn des Enddarms, wie sie sie L. s. als Einrichtung zur Oberflächenvergrößerung des sezernierenden und resorbierenden Endothels besitzt. Das nach dem holo-, mero- und apokrinen Typ in zonaler Erstreckung sezernierende Mitteldarmendothel produziert bei L. s. zwei verschiedene Sekrete (klarer Vakuoleninhalt bei apokriner, granulierter Inhalt bei merokriner Sekretion). Eine fast ausschließlich holokrine Sekretion bei A. f. hat eine dichte, lückenlose Anordnung von Regenerationscrypten im Mitteldarmendothel zur Folge. Das nur bei L. s. in beiden Geschlechtern vorhandene komplizierte anale Drüsensystem, welches mit dem Enddarm durch eine perforierte Intimalamelle in Verbindung steht, wird wahrscheinlich im Dienste der Defäkation Schmiermittel erzeugen. Einwandige Rectaldrüsen, die, wie als erwiesen gilt, der Wasserresorption dienen, sind bei A. f. kleiner, niedriger und damit weniger leistungsfähig, was angesichts der Tatsache, daß in Ameisennestern für eine nahezu konstante Luftfeuchtigkeit gesorgt ist, nicht überrascht.In den Fettkörper von A. f. sind Uratzellen viel zahlreicher eingestreut als bei L. s. Eine Beziehung zu den bei A. f. leistungsschwächeren Malpighischen Gefäßen, etwa in Form einer Funktionskompensation, wäre denkbar.Phagocytäre Zellen und Organe von A. f. stehen an Zahl und Ausgestaltung hinter denen von L. s. zurück. Es läßt sich vermuten, daß sie zur Fixierung eingedrungener Fremdstoffe im Zusammenhang mit der spezialisierten Ernährungsweise und im Schutz von Ameisennestern bei A. f. nicht so nötig sind wie bei den weit mehr gefährdeten freilebenden Lepismen.Ein kräftigeres Rückengefäß bei A. f. hängt wahrscheinlich mit erhöhten Leistungsanforderungen der Tiere in Synoekie mit Ameisen zusammen.Nur bei A. f. wurde eine Spermatophorenbildung in den Samenleitern beobachtet. Sie stellt eine Spezialisierung zur Sicherung gegen Spermienverluste dar, die mit dem Gefahrenkomplex einer Ameisensynoekie zusammenhängen dürfte.In dem bei A. f. im Imaginalzustand durch verkürzte Ovidukte scheinbar büschelförmigen Bau der Ovarien darf man einen Hinweis auf eine progressive Veränderung gegenüber dem bei L. s. streng kammförmigen Typ der Ovarien erblicken.Die Legeröhre von A. f. hat in Abhängigkeit von der Eibreite den mehr als doppelten Durchmesser als die von L. s. Diese Unterschiede dürften insofern in Beziehung zur Lebensweise stehen, als sich für myrmecophile Tiere eine gewisse Körpergröße und wahrscheinlich damit verbundene Selbständigkeit nach dem Schlüpfen für ihre Lebensbedürfnisse als notwendig erweist.

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Summary The digestive system ofLepisma saccharina andAtelura formicaria widely diverge from each other, which is due to the different nutrition of the two objects.L. s. takes solid food whereasA. f. takes partly digested or liquid food. This fact has rendered superfluous the masticating stomach, the narrow passage of the maw, supensory ligament of the sophagus, the widening of the mesenteron in order to enlarge its surface, and various secretions in the middle part of the gut, such asL. s. still possesses. For the purpose of taking liquid food the lips of the antA. f. has a suctorial organ formed by a strong valvula cardiaca, pharynx dilatators, and anular muscles. Both sexes of theL. s. only have in the rectal part of the gut a complicated system of glands connected with the gut and which probably produces liniments when excreting. The rectal papillae ofA. f. are small on account of the equal moisture of air existing in ant-hills.There are more cells containing urates in the fat-body ofA. f. than in that ofL. s. They probably aid the function of the thin and narrow Malpighian tubes ofA. f. Cells and organs ofL. s. serving the phagocytose are less numerous and less developed. It is to be supposed thatA. f. being sheltered by ant-hills stands not so much in need of them asL. s. living in the open.The dorsal vessel ofA. f. is strongly developed owing to the increased efforts that life together with ants brings with it.It is onlyA. f. that possesses spermatophores which are to protect it from losses of sperm. The oviducts ofA. f. are shorter and thus the ovaries appear fascicular whereas those ofL. s. are exactly comblike. The much larger laying tube and size of the eggs ofA. f. are in so far connected with the way of living as a certain size and autonomy are necessary for myrmecophil animals after leaving the egg.

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Résumé Les systèmes digestifs desLepismæ saccharinæ et desAteluræ formicariæ montrent de grandes différences en rapport avec leur alimentation différente. La nourriture desL. s. est consistante, tandis que celle desA. f. est prédigérée et liquide. Aussi certaines dispositions sont-elles devenues inutiles chez lesA. f. (disposition de mastication, tenant lieu d'estomac, passage rétréci dans le jabot, suspensoir de l'intestin pour agrandir la surface, diverses sécrétions au même endroit), telles qu'elles existent encore chez lesL. s. Par ailleurs, lesA. f. possèdent un dispositif d'aspiration, formé par une forteValvula cardiaca, les muscles du pharynx et des sphincters, servant à absorber la nourriture liquide depuis les lèvres des fourmis. Ce ne sont que lesL. s. qui présentent pour les deux sexes, dans la dernière portion de l'intestin, un système de glandes compliqué, communiquant avec l'intestin et produisant probablement des lubrifiants dans l'élimination des excréments. Les glandes rectales desA. f. sont petites parce que l'état hygrométrique de l'atmosphère des fourmilières est constant.Chez lesA. f., on trouve un plus grand nombre de cellules d'urate insérées dans le corps gras que chez lesL. s. Il est probable qu'elles facilitent le travail des tubes de Malpighi, étroits et fins.Les phagocytes desA. f. sont moins nombreux et plus petits que ceux desL. s. Il est à supposer qu'ils ne sont pas aussi nécessaires chez lesA. f. vivant sous la protection des fourmilières que chez lesL. s. vivant en liberté.Le vaisseau dorsal desA. f. est développé d'une façon robuste à cause des efforts exigés par leur vie en commun avec les fourmis.LesA. f. seuls possèdent de petites enveloppes contenant des spermatozoïdes, destinés à protéger contre une perte spermatique. Les ovaires tels qu'ils se présentent chez lesA. f. sont disposés en forme de touffe, tandis qu'ils sont en forme de peigne chezL. s. La taille plus grande de l'uf et de l'oviscapte s'explique par le genre de vie desA. f., puisque, pour les animaux vivant en compagnie des fourmis, une certaine taille et indépendance à la sortie de l'uf sont indispensables.

     

Riesenkerne im Endosperm vonAllium ursinum

Zusammenfassung In der chalazalen Region des Endosperms vonAllium ursinum entstehen Riesenkerne, die eine besondere permanent-prophasische Struktur besitzen und während ihres Wachstums polyploid, und zwar zunächst offenbar hexaploid und 12-ploid werden. Sie entwickeln sich völlig kontinuierlich, also ohne zwischengeschaltete Mitosen oder Interphasen, aus triploiden Kernen des jungen Endosperms, die selbst stark vergrößert sind. In alten Embryosäcken treten auch Riesenkerne auf, die mit größter Wahrscheinlichkeit als 24-ploid anzusprechen sind.Die Polyploidisierung der Riesenkerne entspricht nicht dem für Angiospermen typischen endomitotischen Formwechsel. Sie ist wohl als besonders extreme Hemmung und Umbildung von Mitosen aufzufassen, die eine Eigentümlichkeit des Endosperms darstellt.Die 12-ploiden Riesenkerne besitzen gegenüber diploiden Kernen des äußeren Integuments ungefähr das 100fache Volumen, gegenüber den vermutlich oktoploiden Kernen des Wassergewebes der Samenanlagen ungefähr das 20–30fache, gegenüber den triploiden Kernen des jungen Endosperms das 4–7fache Volumen. Die bedeutende Größe der triploiden Kerne des jungen Endosperms —später werden die Kerne sukzessive kleiner —beruht auf gesteigerter Chromosomengröße (die Chromosomen sind etwa 3 1/2 mal voluminöser als in anderen Mitosen) und auf Vermehrung extrachromosomaler Substanz.Die Kerne des Wassergewebes und des gewöhnlichen Endosperms besitzen gewebespezifische Struktur; die Riesenkerne des physiologisch hoch aktiven Basalapparates sind besonders auffallend gewebespezifisch organisiert: sie enthalten in prophasischer Ausbildung Diplo-, bzw. Quadruplound vermutlich Oktuplochromosomen.Als gelegentliche Beobachtungen an nichtchalazalen Regionen des Endosperms seien erwähnt: das Auftreten von Spindeln, die an einem Pol einen, am anderen Pol zwei Tochterzellen ergeben; das Vorkommen häufiger Mitosestörungen in späteren Stadien und wohl damit im Zusammenhang die Bildung hexaploider und wohl 12-ploider Endosperm-kerne, die weitere Mitosen einzugehen vermögen.     

Synthesis and secretion of the mouse whey acidic protein in transgenic sheep

The synthesis of foreign proteins can be targeted to the mammary gland of transgenic animals, thus permitting commercial purification of otherwise unavailable proteins from milk. Genetic regulatory elements from the mouse whey acidic protein (WAP) gene have been used successfully to direct expression of transgenes to the mammary gland of mice, goats and pigs. To extend the practical usefulness of WAP promoter-driven fusion genes and further characterize WAP expression in heterologous species, we introduced a 6.8 kb DNA fragment containing the genomic form of the mouse WAP gene into sheep zygotes. Two lines of transgenic sheep were produced. The transgene was expressed in mammary tissue of both lines and intact WAP was secreted into milk at concentrations estimated to range from 100 to 500 mg/litre. Ectopic WAP gene expression was found in salivary gland, spleen, liver, lung, heart muscle, kidney and bone marrow of one founder ewe. WAP RNA was not detected in skeletal muscle and intestine. These data suggest that unlike pigs, sheep may possess nuclear factors in a variety of tissues that interact with WAP regulatory sequences. Though the data presented are based on only two lines, these findings suggest WAP regulatory sequences may not be suitable as control elements for transgenes in sheep bioreactors.     

Determination of substrate utilization patterns of soil microbial communities: An approach to assess population changes after hydrocarbon pollution

Abstract: Changes in hydrocarbon content in soils resulted in characteristic shifts of the substrate utilization patterns as tested with the Biolog system. The altered patterns of substrate utilization corresponded to similar changes in abundance of hydrocarbon-utilizing bacteria and the occurrence of specific bacterial groups in the soils. Substrate utilization patterns as recorded with the Biolog system are suitable for rapidly assessing dynamics of autochthonous soil communities and evaluating their biodegradative potential.     

Predictions of protein backbone bond distances and angles from first principles

A procedure is described, based on a spline-function representation of ab initio peptide conformational geometry maps, that allows one to predict backbone bond distances and angles of proteins as functions of the peptide ?(N-C^α)/Ψ(C^α-C′) torsions with an accuracy comparable to that of high-resolution protein crystallography. For example, for the more than 40 residues of crambin, the rms deviation between predicted and crystallographic values of N-C^α-C′ is 1.9° for the 1.5 Å resolution structure and 1.9° for the 0.83 Å resolution structure, compared with angle variations of < 10°. Accurate information on protein backbone geometries is important for establishing dictionaries of flexible geometry functions for use in empirical peptide and protein modeling. © 1995 John Wiley & Sons, Inc.