Flora, BcL 167, S, 315-328 (1978)
Gymnogramme calomelano8 L. (Pteridophytes, Filicinees) gametofyytin organogim-vyöhykkeiden toimintatutkimus MICHELE FAIVRE-BARON Pierre ja Marie Curie University, Laboratory of Plant Biology nO 5 U.E.R. 59, C-rakennus, 2. kerros, 9 Quai Saint Bernard 752:30 Paris Cedex 05, Ranska
Tutkimukset apikaalisten alueiden toiminnasta saniaisen gametofyytissä: Gymnogramme calomelano8 L. Avainsanaindeksi: Fougere, Gametophyte Gymnogramme calomelan08 L. Alueen organogeeni, Dominance apicale.
Yhteenveto Tutkimukset kasvun korrelaatioista saniaisen nuoren gametofyytin: Gymnogramme calomelano8 muodostamassa alkeisjärjestelmässä ovat osoittaneet, että apikaalisilla alueilla on merkittävä osuus protoneman haarautumisesta. Lisäksi on osoitettu kaksisuuntaisia yhteyksiä, jotka todennäköisesti aiheutuvat ravintoaineiden akropeettien siirrosta. Haaroittumisilmiöissä ensimmäiset ja tärkeimmät tapahtumat tapahtuvat tulevan apikaalisen solun seinämässä, johon ilmestyy tuman jakautumista edeltävä pullistuma. Gametofyytin kasvun aikana apikaaliset vyöhykkeet muuttuvat yhä vähemmän herkemmiksi valoiskuille ja voivat siten helpommin kohdistaa dominanssivaikutuksensa gametofyyttikudosten muihin osiin.
Johdanto Gymnogramme calomelano8:n gametofyytin muodostuminen johtuu ensimmäisissä vaiheissa "apikaalityyppisestä" kasvusta. Nuori filamentti tulee yläosassa olevan yksittäisen solun toiminnasta, jonka jaot, jotka ovat pelkästään poikittaisia, varmistavat sen kehityksen. Myöhemmin tämän toiminnan jakaa;;; taustalla olevat solut, jotka osallistuvat paletin kehittämiseen (kaksiulotteisen kasvun vaihe), jossa poikittaiset ja pitkittäiset väliseinät vuorottelevat. Lopuksi merismaattinen vyöhyke varmistaa lopullisen prohalluksen rakentamisen. Aiemmat kokeet (FAIVRE 1975), joiden tarkoituksena oli ymmärtää paremmin gametofyytin morfogeneesia, osoittivat, että useisiin kemiallisiin tekijöihin (sokerit tai kasvuhormonit) tai fysikaalisiin tekijöihin (viljelmiin syötetty valonvoimakkuus) nähden filamentti ja paletti reagoivat eri tavalla ja usein minua vastaan. Seurattuamme tätä havaintoa ja vertaamalla työtämme LARPENTGOURGAUDin (1969) ja LARPENTin (1971) työhön, jotka ovat verranneet sammalten protoneemojen haarautumista saniaisten kaksiulotteisen kasvun luomiseen, olemme ottaneet huomioon nämä kaksi ainesosaa. nuoresta gametofyytistä - filamentti ja mela - kuten
316
Herra FAIVRE-BARON
Siten filamenttisolujen mitoottinen aktiivisuus estyy apikaalisen solun läsnäololla tai melalla, kun kaksiulotteinen kasvu on muodostunut, tai merismaattisen vyöhykkeen aktiivisuus, kun prohallus kehittyy (FAIVRE-BARON in Lehdistö). Mikä tahansa filamenttipalettiliitosten mekaaninen katkeaminen, joko fysiologinen (plasmolyysi) tai kevyt shokki, aiheuttaa yhden tai useamman filamentin haaran. Ensisijaisuussuhteet syntyvät nopeasti ensimmäisen muodostuneen regeneraation välille seuraavien, joiden kehitys aluksi hidastettuna päätyy pysähtymään. Siten häiritsemällä organogisten vyöhykkeiden toimintaa eri tekniikoilla olemme pyrkineet ymmärtämään paremmin niiden toimintatapaa.
Materiaalit ja tekniikat Tekniikat Gymnogramme calomelanos -itiöiden siirrostamiseksi on kuvattu aiemmin (FAIVRE 1975). Referenssivalon intensiteetti on 750 luksia, kun vain osa gametofyytistä pidetään pimeässä, peite tehdään alumiinifoliolla kuvan 2 mukaisesti. 1. Solujen eristäminen tapahtuu kiikarin suurennuslasin alla hienoilla metallineuloilla. Optisessa ja elektronimikroskopiassa tehtävää havainnointia varten materiaali käsitellään jo kuvattujen tavallisten elektronimikroskopian tekniikoiden mukaisesti (FAIVRE 1977). Puoliohuet leikkeet valmistetaan ultramikrotomilla ja niitä tarkkaillaan sen jälkeen, kun ne on värjätty toluidiinisinisellä 0,2 %:ssa 2 nm:n ajan.
Kuva. 1. Laite, joka on valmistettu petrimaljassa käyttämällä fSQon-alumiinifoliota estämään valon toiminnan tietyllä G1jmnogramme calomelanosin gametofyytin alueella.
Tulokset I. Organogeenisten vyöhykkeiden toiminnan häiriintyminen gametofyytteihin syötetyn valon intensiteetin vaihtelun vuoksi A. Apikaalisten vyöhykkeiden vaikutus filamentin kehitykseen Viljelmiin syötetyn valon intensiteetin merkitys kudosten kehitykselle. gametofyyteistä on jo tehty monia töitä (MITRA, ALLSOPP ja WAREING 1959, MOHR 1962, MILLER J. H. ja MILLER P. M. 1961, 1963, OOTAKI 1965, KATO
Organologisten vyöhykkeiden toiminta saniaisessa
317
1968, DAVIS 1971, DONAHER ja PARTANEN 1971, FAIVRE 1975). Omalta osaltamme havaitsimme, että pimeässä, voimakkaan valon voimakkuuden alaisena kasvatettujen itämien siirtyminen aiheutti apikaalin toiminnan peruuttamattoman pysähtymisen, kun taas filamentti haarautui ja regeneroi yhden tai useamman akselin. Täydentäviä kokeita suoritettiin samantyyppisellä materiaalilla, ja ne antavat meille mahdollisuuden havaita, että: 1. Jos päinvastoin kuin edellisessä tapauksessa, neljän 3 päivän ikäisen solun protonemaa siirretään 750 luksia pimeässä, havaitsemme, muutamaa päivää myöhemmin apikaalin pallomainen ulkonäkö, joka on lopettanut kaiken mitoottisen toiminnan, kun taas subapikaalinen haarautuu putkimaiseksi muodostelmaksi ilman edeltävää jakautumista. Kun gametofyytti tuodaan takaisin alkuperäisen valovoimakkuuden (750 luksia) alle, tämän muodostuman huipulle ilmaantuva uusi regeneraatioapikaali (kuva 2), osoittaa, että solun alaapikaalin ydin on siirtynyt kohti. oksa. Apikaalin organogeeninen aktiivisuus pysähtyy peruuttamattomasti. Apikaalinen solu näyttää siksi olevan erittäin herkkä valaistuksen suurille vaihteluille: se lakkaa ehdottomasti varmistamasta primitiivisen akselin kasvua. 2. Kun valossa viljelty gametofyytti kuljetetaan samalla tavalla pimeyteen, mutta sen apikaalin tuhoutumisen jälkeen, ilmaantuu haarautuva solu, joka venyy huomattavasti (kuva 3). Toisin kuin edellisessä tapauksessa, venyminen tapahtuu pitkittäisen väliseinän muodostamisen jälkeen, jolloin uusi akseli eristetään alkuperäisestä. 3. Jos nuoria gametofyyttejä, jotka koostuvat protonemasta ja muutaman solun melasta, asetetaan pimeään, muutaman päivän kuluttua apikaalisen solun muoto muuttuu; se muuttuu putkimaiseksi ilman edeltävää jakoa (kuva 4). Suurin osa sytoplasmisista elementeistä siirtyy tämän solun kärkeen, mutta filamentin mitoottisen toiminnan uudelleen alkamisesta ei ole näyttöä. Apikaalinen solu, vaikka se on transformoitunut morfologisesti, jatkaa dominanssiaan alla oleviin soluihin nähden. 4. Erilaistuneen prothalluksen, jolla on meristemaattinen vyöhyke, siirtyminen pimeässä ei aiheuta morfologisia muutoksia koko gametofyyttiin 10 päivän kuluttua. Kasvu on kuitenkin hidastunut; Se on nyt vain 1/3 alle 750 luksia asuvista todistajista. Siksi on mielenkiintoista verrata eri organogeenisten vyöhykkeiden: filamentin apikaalisen solun, melan ja prohallinmeristeemin reaktioita saman tekijän mukaan: äkillinen siirtyminen valosta pimeyteen.
B. Filamentin vaikutus organogeenisten vyöhykkeiden kehitykseen Sen jälkeen kun organogeenisten vyöhykkeiden vaikutus protoneeman solujen käyttäytymiseen on osoitettu, on tarkoituksenmukaista tutkia suhteellisesti roolia, joka protoneeman soluilla voi olla organogeenisten vyöhykkeiden aktiivisuus. Olemme siis voineet havaita: 1. Jos muutama päivä itämisen jälkeen vain pikaalia sisältävää solua pidetään pimeässä, kymmenen päivän kuluttua havaitaan, että se on jakautunut useita kertoja, jolloin
318
}f.
.
'-----'
50l-l m
FAIVRE BARON
'-----'
'.
klo 50 ·
""
5 varten
F "------"
50l-l m
"------" :sopm
7
'----'
SOL-im
Kuva. 2 a 8. Ca: apikaalinen solu; Cpo leikattu pois; F: lanka; Gt: kontrolli gametofyytti; Pa: lava; R: regeneroida; r: haarautuminen: Za: apikaalinen vyöhyke. In vivo -havainto. Kuva. 2. Gametofyytti siirrettiin 3 vuorokauden kohdalla 750 luxista pimeyteen ja palasi 8. päivänä alle 750 luksia. Kaksi päivää myöhemmin (10 päivää) ilmestyy uusi apikaalinen solu (Ca2).
Organogim-vyöhykkeiden toiminta saniaisessa
319
solut, joiden venymä on hyvin pienentynyt valon puuttumisesta huolimatta (kuvio 5). Sen jälkeen se jakautuu vinosti, ottaa pallomaisen muodon ja lakkaa toimimasta, kun taas valoon asetetut filamentin solut muodostavat normaalisti uusia akseleita (kuva 6). Näiden viimeisten tulosten vertailu tuloksiin, jotka saadaan, kun itävyys asetetaan kokonaan pimeään, paljastaa kaksisuuntaisten korrelaatioiden olemassaolon, jotka ovat luultavasti luonteeltaan troofisia ja joka tapauksessa riippuvaisia valoenergian tasosta. Samoin muutamasta solusta koostuva paletti, joka on sijoitettu yksinään pimeään, jatkaa kehittymistä normaalisti, mutta hyvin paljon hitaammin kuin kontrolligametofyytti (kuvio 7); sen apikaalisessa solussa ei tapahdu mitään muutosta, toisin kuin tapahtuu, kun koko gametofyytti on pimeässä. Lopuksi kehittyneempi protalus, jonka protoneema pysyy yksin valossa, reagoi samalla tavalla hidastamalla kasvua ilman morfologisia muutoksia. Nämä kaksiulotteisesti kasvavista gametofyyteistä saadut tulokset osoittavat, kuten yksiulotteisesti kasvavien gametofyyttien tapauksessa, filamentin vaikutuksen apikaalisiin vyöhykkeisiin. 2. Jos rihmamaisen gametofyytin protoneema yksinään tai kaksiulotteisen kasvun alussa pidetään pimeässä, aktiivisten vyöhykkeiden toiminta jatkuu identtisesti, mutta hidastuneena verrokkiitämiseen verrattuna. Valo on siis välttämätön organogeenisen solun toiminnalle, mutta filamentin läsnäolo pimeässä johtaa kaikissa tapauksissa melan tai prohalluksen kehityksen hidastumiseen verrokkeihin verrattuna. Tämä hidastuminen johtuu todennäköisesti tarvittavan energiamateriaalin saatavuuden vähenemisestä. Siksi ravinteet kulkeutuvat hyvin filamentista lavalle.
II. Eristettyjen apikaalisten vyöhykkeiden kehittyminen A. Apikaalinen solu Nuorten filamenttien apikaaliset solut eristettiin ja niiden käyttäytymistä verrattiin sitten samoihin olosuhteisiin sijoitettujen filamentin muiden solujen käyttäytymiseen.
Kuva 3. Filamenttisaarekkeet
10 päivän kohdalla ja sijoitettu pimeään, 12 päivän kohdalla apikaalinen regeneraatiosolu
muodostuu. Kuva. 4. Gametofyytti sijoitetaan pimeään kaksiulotteisen kasvun alkamisen jälkeen (5 päivää). Viisi päivää myöhemmin apikaalinen solu saa putkimaisen muodon. Kuva. 5. 3 päivän ikäisen filamentin apikaalinen solu sijoitettuna yksinään pimeään. Viisi päivää myöhemmin se on jakautunut muodostaen useita lyhyitä soluja. Kuva. 6. 3 päivää vanhan filamentin apikaalinen solu, sijoitettu yksinään
pimeässä; 7 päivää myöhemmin hän pysähtyy
Toimiakseen hehkulanka haarautuu. Kuva. 7. Kontrollilapa (GT) ja siipi (Pa) sijoitetaan yksin pimeään (15 päivää). Kuva. 8. Eristetyn apikaalisen solun regenerointi.
320
M.
FAIVRE BARON
'-----'
. 40 11 m
Kuvat 9-18
** Organogtme-vyöhykkeiden toiminta saniaisessa
321
Seuraavia tapauksia voidaan havaita: 1. Eristetty apikaalinen solu jatkaa kehitystään primitiivisellä akselilla, aivan kuin se olisi itiösolu itämishetkellä; se muodostaa ensin vain muutaman solun filamentin ja sitten paletin (kuva 8). Jos verrataan 6-7 päivää myöhemmin Mmoin-gametofyyttiä neoformiseen, alkaen eristetystä apikaalista, nähdään, että jälkimmäinen ilmentää selkeää viivettä, mikä mahdollistaa sen johtopäätöksen, että protoneeman puuttuminen viivästyttää apikaalin aktiviM-morfogiimia. solu. 2. Eristetty filamenttisolu, silmut sivuttain tyrä (kuva 9), josta tulee uuden akselin apikaali (kuva 10). Kasvuakselissa on 90° kierto suhteessa gametofyytin primitiiviseen akseliin. Näyttää siltä, että gametofyytin rakentaminen voidaan tehdä vain solusta, joka on puolipallon muotoinen tai "kellolasi". Löydämme tämän ominaisen muodon ensimmäisestä itiöstä johtuvasta solusta, sitten apikaaleista. Kun sylinterimäinen filamenttisolu eristetään ja regeneroidaan, sen on ensinnäkin mahdollistettava sellaisen puolipallon muotoisen solutyypin laMral-konstruktio, joka hidastaa sen regeneraatiota apikaaliseen soluun verrattuna.
B. Terä Nuorella terällä, joka on erotettu protonemasta 7. itämispäivänä, on paljon hitaampi kasvu kuin todistajan gametofyytin. Jos vertaamme myös 8 päivää myöhemmin alkuperäisellä protoneemalla regeneroitunutta palettia siitä erotettuun palettiin, huomaamme, että ensimmäinen on lähes normaalisti kehittynyt ja on lähellä todistajan kehitystä, kun taas toinen kehittyy hyvin hitaasti. . Tässä kaikki
Kuva. 9 a 16. Ca: apikaalinen solu; Cp: leikattu; Cv: "kellolasi" solu; Dp: seinän muodonmuutos; Pa: lava; R: regeneroida; Sp: itiö. Kuva. 9. Filamenttisolun regenerointi, eristetty in vivo. Kuva. 10. Filamenttisolun regenerointi, eristetty in vivo. Kuva. 11. 14 päivän lava, eristetty 8 päivän ajan in vivo. Kuva. 12. 8 päivän regeneraatiopaletti in vivo. Kuva. 13. Haaroittuvien filamenttisolujen seinämän muodonmuutos in vivo. Kuva. 14-16. Ahmatti. Osm., toluidiininsininen; puoliohuet leikkaukset. Kuva. 14. Itiösolun regeneratiivinen mitoosi. Kuva. 15. Uuden apikaalin yksilöllistäminen itiösolusta. Kuva. 16. Mitoosi apikaalisessa nooformissa. Kuva. 17 ja 18. Glut. Osm. Ultraohuet osat regeneroituvassa solussa. d: diktyosomi; P: seinä; p: plasmalemma; Vg: Golgi vesikkeli. Kuva. 17. AP, TCH.Ag (Thiery). Polysakkaridikertymien kerääntyminen seinään (X 72000). Kuva. 18. AcU, Pb. Golgi-vesikkeleiden runsaus tässä solutyypissä. (×23 000). 22
Flora, Bd. 167
322
)1. FAIVRE BARON
enemmän kuin ensimmäinen on vain 8 päivää vanha, kun taas toinen on jo 14 vuotta vanha (kuva 11 ja kuva 12). Tämä havainto vahvistaa edelleen korrelatiivisten järjestelmien olemassaolon filamentti-lava-suunnassa. III. Uuden akselin ilmaantumisen mikroskooppinen tutkimus Uuden apikaalin ilmaantumisen tutkiminen mikroskoopilla jo vakiintuneelle akselille osoittaa, että seinämän muodonmuutos edeltää ytimen jakautumista (kuva 13). Toisella regeneroituvan solun sivuseinillä esiintyy tyrä, johon kloroplastit ja ydin tarttuvat; normaaleissa olosuhteissa tapahtuu sitten mitoosia ja "kellolasin" tytärsolu yksilöllistyy (kuvat 14 ja 15). Siksi sillä on tämä filamentin apikaaleille tyypillinen Mmispheric muoto. Seinän muodonmuutos on silmiinpistävin ilmiö uuden akselin rakentamisessa. Tästä ensimmäisestä haarautuvasta kennosta filamentti muodostetaan poikittaisjaolla (kuva 16). On mielenkiintoista korostaa, että tuma ei puutu suoraan alusta alkaen näihin prosesseihin, vaan ensisijainen rooli on seinällä, jonka plastisuus näyttää olevan solun uusiutumisen pääehto.Mikroskopialla saadut luvut osoittavat näissä alueilla polysakkaridityyppisten kerrostumien voimakas kerääntyminen seinään (kuva 17) sekä suuri määrä Goigin vesikkelejä viereisistä diktyosomeista (kuva 18). Tämä vahvistaa sen tosiasian, että voimakas synteesiaktiivisuus seinän tasolla, näkyy hehkulangan haarautumishetkellä.
Keskustelu I. Organogeenisten vyöhykkeiden dominanssiilmiö
A. Apikaalisen solun dominanssi ja jakautumis- ja haarautumisilmiöiden dissosiaatio Kaikki itufilamentin ja saniaisten gametofyytin apikaalivyöhykkeen välisten suhteiden katkeaminen johtaa filamentin haarautumiseen solujen mitoottisen toiminnan uudelleen alkamisen jälkeen jotka sen muodostavat. Nämä hyökkäykset gametofyytin eheyttä vastaan voidaan saada aikaan mekaanisella erotuksella (ITO 1962, OOTAKI 1967, FAIVRE 1970), plasmolyysillä (OOTAKI 1968, FAIVRE-BARON), paineen tai kevyen shokin alaisena (OOTAKI 1965; FAIVRE-BARON, alle). Olemme saaneet aikaan Gymnogramme calomelanosin apikaalisen toiminnan peruuttamattoman pysäyttämisen siirtämällä vain muutamasta solusta koostuvia filamentteja vaaleasta pimeään. Kuten käänteisessä kokeessa, solun apikaalisen vaiheen fysiologinen modifikaatio, joka johtuu todennäköisesti tässä aiheuttamasta sokista pysäyttämällä äkillisesti valon läsnäollessa tapahtuvan glusidisynteesin, estää sen etusijalla koko protoneeman, josta solut alkavat, Pteris vittata filamentissa ja joka liittyy puhtaasti terminaaliseen kasvumuotoon, häviää, kun kaikkien solujen fysiologinen aktiivisuus yhtäkkiä lisääntyy tai
Organogim-vyöhykkeiden toiminta saniaisessa
323
vähentynyt. KERIMIAN (1970) tulkitsee samankaltaiset reaktiot Draparnaldian valoshokkiin solujen välisten sidosten katkeamiseksi, joka johtuu viljelyolosuhteiden suurista muutoksista. Tämä tulos korostaa tärkeän tosiasian: seinämän muodonmuutos, joka mahdollistaa solun sivuhaaran, on riippumaton ytimen jakautumisesta ja edeltää aina sitä; itse asiassa, pimeässä regeneraatti on putkimaisessa muodossa ilman erotusta jakamista emosolun kanssa, ydin on kuitenkin mukana siellä suurimman osan sytoplasman alkuaineista: kasvuakseli on muuttunut ilman jakautumista. Tiedämme, että vaikka pimeys hidastaa suuresti itävien mitoosien muodostumista, se ei estä niitä kokonaan, joten on todennäköistä, että apikaali yllä mainituissa olosuhteissa vielä kohdistaa tietyn ajan mitostaattista vaikutustaan alla oleviin soluihin. Tämä tosiasia varmistetaan siirtämällä pimeässä lavalta eristetty filamentti, jossa tapahtuu samat ilmiöt, mutta tapahtuu jakautumista ja siten osio kantasolun ja regeneraatin välillä. Pimeässä, apikaalin puuttuessa, kaksi ilmiötä - seinän pullistuminen ja jakautuminen - voivat tapahtua; sen läsnä ollessa, vaikka se silti estää mitoosit. filamentin soluissa, se ei voi vastustaa haarautumiseen tarvittavia seinämuutoksia, mikä on siksi mitoosia edeltävä ilmiö, jota hallitsee erilainen prosessi. FEVRE et ai. (1975) ja LARPENT (1970, 1973) päätyivät samanlaisiin johtopäätöksiin sienissä: melko pitkät haarat ovat aluksi ilman ydintä, jälkimmäinen ei osallistu suoraan silmun muodostumiseen.
B. Dominanssin vahvistuminen gametofyytin kasvun aikana Olemme nähneet, että gametofyytin kasvun aikana paletti ja sitten kaksiulotteisen prohalluksen meristemaattinen vyöhyke siirtyy peräkkäin apikaalisesta solusta hallitsemaan, samalla tavalla protoneman solut. On huomattava, että apikaalisen solun dominanssi ei muutu sen morfologian muutoksilla, jotka johtuvat valon puuttumisesta (filamenttiset apikaalit), ja että lisäksi se on ainoa, joka pystyy käymään läpi tällaisia muodonmuutoksia. Toisaalta, jos kyseessä on vanhempi prothallus, sen morfologiassa ei ole muutosta eikä siten myöskään häiriötä meristemaattisen vyöhykkeen toiminnassa. Apikaalisten vyöhykkeiden välinen käyttäytymisero korostuu entisestään altistamalla nämä alueet yksinään valaistuksen vaihteluille. Siten pimeään sijoitettu apikaalinen solu lopettaa nopeasti kaiken mitoottisen toiminnan ja filamentti uusiutuu, kun taas nuori mela tai prohallus jatkaa samoissa olosuhteissa kehitystään. Tästä syystä voimme päätellä, että organogeeniset vyöhykkeet ovat yhä vähemmän herkkiä valon voimakkuuden vaihteluille ja näin ollen niiden hallitseva vaikutus on helpompi ylläpitää. Olemme tässä samaa mieltä LARPENTin ym. (1973) päätelmien kanssa, jotka myös huomauttavat, että sienten talluksen ikääntymiseen liittyy apikaalisen dominanssin vahvistuminen ja siten sivuhaarojen estyminen. 22*
324
M. F AIVRE·BARON
II. Filamentin toiminta terässä Olemme tähän mennessä pystyneet osoittamaan tässä yksinkertaistetussa järjestelmässä, jota edustaa Gymnogramme calomelanon8 gametofyytti8, kasvukorrelaatioiden olemassaolon suunnassa: apikaalinen vyöhyke (luovuttaja) kohti filamenttia (vastaanotin) ) . Kaksisuuntaisten korrelaatioiden osoittaminen on monimutkainen tekijä, joka liittyy näiden kahden ainesosan morfologiseen tai fysiologiseen erilaistumiseen, ja siksi on oikein rinnastaa eri elimiin. Eri organologisten vyöhykkeiden reaktiot valoon ja pimeyteen on koottu kuvioon 1. 19, voimme tehdä seuraavat johtopäätökset: Filamentin läsnäolo valossa mahdollistaa pimeässä pidetyn apikaalin jakautumisen, kun taas se ei voi tehdä niin, kun koko gametofyytti on pimeässä. Muodostuneet solut eivät kuitenkaan pidennä, vaan päinvastoin pysyvät hyvin lyhyinä. Siksi olemme saaneet pohtimaan mitoosia laukaisevien aineiden kulkeutumista filamentista apikaaliin, mutta myös pidentymistä estävän tekijän olemassaoloa. Jakaumat kuitenkin lakkaavat pian, mikä kuvastaa apikaalisen kutsuvoiman heikkenemistä pimeässä. Valoa tarvitaan siksi ravinnemateriaalien siirtymisen ylläpitämiseksi, mikä mahdollistaa jakautumisen. Se, että gametofyytti, jonka palettia pidetään pimeässä, säilyttää normaalin morfogeneesin, mutta hidastaa kasvua, vaikka se sijoitetaan kokonaan
gametofyytti
yksiulotteinen 10 päivää
minä~'
todistaja
minä~'
~
,
gametofyytti
kaksiulotteinen 10 päivää
/~, 1\
todistaja
tm
,
1/\ \
~
Kuva. 19. Esitys kokemuksista siirtymisestä valosta pimeyteen, koko pelin. Gymnogramme calomelano8:n tai sen tietyn alueen tofyyttiä alumiinifoliopäällysteillä.
Organogeemialueiden toiminta saniaisessa
325
Pimeässä apikaalinen Ron käy läpi tärkeän morfologisen muutoksen, vahvistaa filamentista peräisin olevan ja melan suuntaan siirtyvän tekijän läsnäolon. Lisätietoa antaa apikaalien tai melojen normaali kehitys, mutta selvästi hitaampi, kun ne altistetaan pelkästään valolle. Heiltä puuttuu ravintoaineiden tarjonta filamentista, jota ei voida syntetisoida pimeässä. Samoin eristetty mela kehittyy paljon hitaammin kuin alkuperäiseen filamenttiin muodostettu regeneraatio. Näistä tuloksista voidaan päätellä, että gametofyytin ja filamentin apikaalisten vyöhykkeiden välillä on olemassa kaksisuuntaisia korrelaatioita. Jos apikaalisilla vyöhykkeillä on "dominanssi" alla oleviin soluihin nähden, mikä estää niiden jakautumisen, vastineeksi osoitetaan filamentissa syntetisoituneiden materiaalien akropetaalinen siirtyminen valossa ja mahdollistaa hyvän kasvunopeuden. Myös LARPENT (1966) on havainnut tällaisia kaksisuuntaisia vaikutuksia tiettyihin sieniin, kuten Rhizoctonia, GAILLARD ja L'HARDy-HALOS (1976), joissa Dictyota dichotoman kahden alkukirjaimen käyttäytymiseen vaikuttaa taustalla oleva lehti, ja korkeammilla kasveilla (CHAMPAGNAT 1974). On erittäin houkuttelevaa selittää hehkulangan ja kuormalavan vastaavat käyttäytymiset materiaalien kutsuvoimalla aktiivisten vyöhykkeiden tasolla; materiaalit, jotka toimitetaan pääasiassa filamentin itämisen alussa; lava sitten prothallus saa suuremman autonomian kehittyessään. OOTAKI (1968) hyväksyi tämän hypoteesin Pteris vittatalle ja katsoi, kuten LARPENT (1971) Bryalesille, että sytoplasman kerääntyminen solujen etualueille on osoitus polaarisista translokaatioista.
III. Apikaalisten solujen ominaisuudet A. Sisäinen vai paikannus "apikaalinen" luonne? Rihmakasvulle, olipa kyse saniaisissa, sienissä tai bryalesissa, on ominaista puolipallon muotoisen apikaalisen solun toiminta. Onko tässä solussa "muunnoksia, jotka voidaan välittää sen jälkeläisille vai onko sen toiminta pakotettu ulkopuolelta", kuten CHAMPAGNAT sanoo (1974). Gymnogrammessa se pystyy muodostumaan mistä tahansa filamentin solusta, jos jälkimmäinen on vetäytynyt alkuperäisen apikaalisen vaikutuksesta ja eristettynä jatkaa tavanomaista kehitystään, kuten solu tekisi.. itiö. Myös KATO (1964) on korostanut Pteriksen uusiutuvien ja itiösolujen toiminnallista analogiaa. Keuhkopussin eristäminen Ceramiaceae-lajeista mahdollisti L'HARDY-HALOSin (1971) päätelmän, että keuhkopussin kasvun determinismi ei ole periytyvästi välittyvän solun ominaisuuden ilmentymä, vaan se johtuu korrelaatioiden sarjasta, samoin ITo (1962):n aktiivisuus. Pteriksen apikaaliset vyöhykkeet eivät ole itsestään luontaisia, vaan luonteeltaan passiivisia. DENFFER et ai. (1968) katsovat myös, että levien apikaalien polariM ei välity, vaan se on indusoitava uudelleen jokaisen solunjakautumisen jälkeen. Jaamme nämä näkemykset.
326
:\1.
FAIVRE BARON
B. Kalvomodifikaatioiden merkitys haarautumisilmiöissä
Apikaalisten solujen yhden pinnan tyypillinen pullistuminen on jatkuva ja mielenkiintoinen ilmiö. Jos verrataan eristetyn apikaalisen solun ja interkalaarisolun kehitystä, nähdään, että regeneraatio tapahtuu apikaalin alkuperäistä akselia pitkin eli puolipallon muotoista pintaa pitkin, kun taas filamenttisolussa tällainen apikaalinen on ensin muodostuttava. . Soluseinän muodonmuutos tapahtuu kuitenkin ennen mitoosia. Ensimmäinen signaali apikaalisen alkuperäsolun dominanssin noususta sijaitsee todennäköisesti kalvon tasolla ja johtaa paikalliseen parietaaliseen muodonmuutokseen. Vasta silloin ydinaktiivisuus ilmenee mitoosin ilmaantumisena. LARPENTin (1971) mukaan tämä lateraalinen modifikaatio, jonka modaliteetit näyttävät olevan identtisiä sienissä, olisi RNA:n hallinnassa, mikä mahdollistaisi seinämien modifikaatioihin osallistuvien entsymaattisten proteiinien synteesin. Nämä entsyymit rikkoisivat disulfidisidokset (FEVRE et al. 1975) aiheuttaen seinien relaksoitumisen ja uusien synteesien ja osittaisen hajoamisen muodostaman tasapainon mahdollistaisi haarautumisen muodostumisen. Tämä monien teosten tukema tulkinta (ROBSON ja STOCKLEY 1962, NICKERSON 1963, FEVRE 1969, LARPENT 1970, LARPENT 1971, FEVRE et al 1975) vaikuttaa meistä erittäin houkuttelevalta, joten olemme tehneet joukon kokeita demonstraatiossa. SR-ryhmien ultrarakenteinen taso filamenttien haarautumisen ensimmäisistä vaiheista sekä gametofyyttien reaktioiden tutkiminen SR- tai anti-SR-aineisiin (FAIVRE-BARON, valmisteilla). Kun apikaalinen solu lakkaa toimimasta, kuten esimerkiksi valoiskun jälkeen, olemme aina huomanneet, että se pyöristyy ja helmasta isfäärinen muuttuu pallomaiseksi, voimme sitten päätellä, kuten LARPENT ja a1. (1971) sienistä, että tasapaino apikaalisen kasvun ja parietaalisen kerrostuman välillä on murtunut ja että biokemialliset gradientit, jotka muodostuvat yksinomaan apikaalisesta kasvusta, määräävät entsymaattisten järjestelmien muodostumisen mahdollisten seurausten alkuun.
Johtopäätös Tämän työn aikana saaduista erilaisista tuloksista voimme vetää seuraavat kolme tärkeää seikkaa: filamentti-organogeenisen vyöhykkeen suunnassa. Tästä syystä löydämme saniaisten gametofyytistä, kuten sporofyytti osoittaa (CHENOU-FLEURY 1976), vastavuoroisia suhteita hallitsevan kasvualueen ja estyneen kehitysvyöhykkeen välillä; 2. Organogeenisten vyöhykkeiden herkkyys valon intensiteetin vaihteluille häviää progressiivisesti gametofyytin evoluution aikana. Filamentin, terän ja prohallinmeristeemin apikaalisen solun käyttäytyminen on erilaista, mikä viittaa niiden etusijaisuuden muuttumiseen itämien ikääntymisen aikana;
Organologisten vyöhykkeiden toiminta saniaisessa
327
3. Solutasolla filamentin haarautuminen, jonka aiheuttaa apikaalisten vyöhykkeiden toiminnan tukahduttaminen tai lopettaminen, alkaa seinän muodonmuutoksella kalvon uudelleenjärjestelyjen seurauksena, mikä mahdollistaa puolipallon muotoisen solun ilmaantumisen: muoto joka solulla on regeneraation perusta. Ydinjakautuma on vain toissijainen ilmiö, jota ei välttämättä edes tapahdu äärimmäisissä olosuhteissa: esim. pimeyteen siirtyneet itämiset. Tämä viimeinen kohta vaatii uutta kehitystä, mukaan lukien entsymaattisten proteiinien esiintymisen etsiminen tyrän tasolla, ja erityisesti SH-ryhmän symmien puuttuminen, joilla voi olla rooli näissä ilmiöissä: S-S-sidosten repeäminen, joka aiheuttaa orastumista varten tarvittava seinän irrotus. Asiasta on jo tehty tutkimus, jonka tulokset julkaistaan myöhemmin.
Kiitokset Kiitämme vilpittömästi herra YVES TOURTEa hänen meille antamastaan avusta sekä neiti CHRISTINE BARBIERia hänen teknisestä yhteistyöstään.
Bibliografia CHAMPAGNAT, P.: Johdatus korrelaatiokompleksien tutkimukseen. Rev. Cytol. ja BioI. kasvis 37, 175 - 208 (1974). CHENOU -FLEURY, E.: Tutkimus Marailea drummondii A. Br.:n (Filicinees, Marsileaceae) sivutsilmujen kasvun estämisen determinismistä. Väitöskirja
doc. State, Paris 1976. DAVIS, B. D.: Siirtyminen rihmamaisesta kasvusta kaksiulotteiseen kasvuun saniaisten gametofyyteissä. III. Solujen pidentymisen ja solun jakautumisen vuorovaikutus. Katkera. J.Bot. 58, 212 - 217 (1971). DENFFER, D. V. ja FRICKE, G.: Die Polarisierung der Scheitelzellen von Stypocaulon 8coparium. Planta 79, 128 - 132 (1968). DONAHER, D. J. ja PARTANEN, C. R.: Valon rooli saniaisten gametofyytin morfogeneesin ja fotosynteesin toisiinsa liittyvissä prosesseissa. Physiol. Plant 25, 461-468 (1971). FAIVRE, M.: Kokeellinen tutkimus 111. gametofyyttien regeneroinnista itävistä filamenttisoluista, jotka ovat peräisin Gymnogram calomelano8:n (Filicinees leptosporangiees) itiöistä. C.R. Acad. Tiede. Paris 270, 1254-1257 (1970). _ Gymnogramme calomelano8 (Leptosporangiaceae, Filicineae) nuoren gametofyytin 111. käyttäytymisen ja uudistumisen tutkimus eri tekijöiden funktiona. Rev. gen. Bot. 82, 5 - 91 (1975). FAIVRE-BARON, M.: Estokorrelaatioiden mekanismien tutkimus Gymnogramme calomelanos L.:n nuoressa gametofyytissä. Biochem. Physiol. Pflanzen (puristuksessa FEVRE, M.: Cellulases and branching in Saprolegnia monoica Pringsheim. C. R. Acad. Sci. Paris 269, 2347-2350 (1969). _ TURIAN, G. ja LARPENT, J. P., Fungal hyphal budding and growth. Struct ja funktionaaliset homologiat, Neurospora- ja Saprolegnia-mallit Physiol. veg. 13, 23-38 (1975) GAILLARD, J. ja L'HARDy-HALOS, M. T.: Morphogenic correlations and behaviour of the two tytärkirjaimet in the Dictyota dichotoma ( Huds.) Lamouroux (Dictyotales, Pheophyceae) C. R. Acad.
Sci. Paris 282, 2167-2170 (1976). ITo, M.: Tutkimuksia saniaisten gametofyyttien erilaistumisesta. I. Pteri8vittatan sydängametofyyteistä eristettyjen yksittäissolujen regenerointi. Bot. Mag. Tokyo 75, 19-27 (1962). KATO, Y.: Fysiologiset ja morfogeneettiset tutkimukset saniaisten gametofyytistä aseptisella viljelmällä. III. Pteri8 vittata -kalluskudoksista eristettyjen yksittäisten solujen kasvu ja erilaistuminen. Cytologia 29, 79 - 85 (1964).
328
::\[. FAIVRE-BARON, Organogeemialueiden toiminta saniaisessa
KATO, Y.: Saniaisten gametofyytin ja sporofyytin fysiologiset ja morfogeneettiset tutkimukset aseptisessa viljelmässä. X. Kokeet gametofyyttien kaksiulotteisen kasvun induktiosta punaisessa valossa. Bot. Mag. Tokyo 81, 445-451 (1968). KERIMIAN, T.: Osallistuminen Draparnaldia mutabilis (Roth) Boryn talluksen solujen välisten korrelaatioiden tutkimukseen. C.R. Acad. Tiede. Paris 271, 1759-1762 (1970). LARPENT, J. P.: Joidenkin sienten nuoressa rihmastossa esiintyvien inhibitiokorrelaatioiden luonne ja determinismi. Ann. Tiede. Nat. 17, 1-130 (1966). - Filamenttijärjestelmien kehityksen aiheuttamat ongelmat. Physiol. kasvis 8, 335 - 347 (1970). - Eristetystä kennosta haarautuneeseen filamenttiin. ADER, nro 6, 118, s. (1971). - AUVITY, M., BORROD, G., BRET, J. P., DUPONT, G., FEVRE, M. ja TRAYNARD, T.: Sienten talluksen haarautuminen ja solujen erilaistuminen. Soc. Bot. Fr. Memoirs, 5-18 (1971). - FEVRE, M. ja VALLA, G.: Mitoosi ja haarautuminen nuoressa sienirihmastossa. Science 4, 148 - 154 (1973). LARPENT-GOURGAUD, M.: Haaroittumisen ja orastumisen determinismi Bryalesin protonemassa. Ann. Nat.Sc. Bot. 10, 1-102 (1969). L'HARDy-HALOS, M. T.: Keuhkopussin filamenttien kasvun ja erilaistumisen perusteet kolmessa Ceramiaceae-lajissa (Rhodophycees, Ceramiales), joilla on kladomialainen rakenne ja tyypillinen pleuridia: Antithamnion plumula (Ellis) to. julkaisussa Le Jol., A. sarniense (Lyle) G. Feldmann ja A. glanduliferum Kylin. C.R. Acad. Sc. Paris 272, 2437-2440 (1971). MILLER, J. H. ja MILLER, P. M.: Erilaisten valo-olosuhteiden ja sakkaroosin vaikutus Onoclea sensitikseen tarjottujen gametofyyttien kasvuun ja kehitykseen. Katkera. J.Bot. 43, 154 - 159 (1961). - - Punaisen ja kaukopunaisen valaistuksen vaikutukset saniaisten protoneman ja risoidien pidentymiseen. Plant and Cell Physiol. 4, 65 - 72 (1963). MITRA, G. C., ALLSOPP, A. ja WAREING, P. F.: Valon eri ominaisuudet protoneman ja silmujen muodostumisen vaikutukset Pohlia nutans (Hedw) Lindb. Phytomorphology 9,47 - 55 (1959). MOHR, H.: Näkyvän säteilyn vaikutus arkegoniaattisten itiöiden itämiseen ja saniaisten protoneman kasvuun. J. Linn. Soc. (Bot.) 58, 287 - 296 (1962). NICKERSON, W. J.: Sienten morfogeneesin biokemiallisten perusteiden symposiumi. II. Hiivan muodon molekyyliemäkset. Bakteriol. Rev., 27, 305 - 324 (1963). OOTAKI, T.: Haaroittuminen saniaisten gametofyytissä, Pteris vittata, erilaisissa valoolosuhteissa. Cytologia 30, 182 - 193 (1965). - Saniaisen protoneman eristettyjen yksittäisten solujen haarautumiset ja regeneraatiomallit. Bot. Mag. Tokio 80.1-10 (1967). - Polaarisuus Pteris vittata protoneman haarautumisessa. Embryologia 10, 152 - 163 (1968). ROBSON, J. E. ja STOCKLEY, H. M.: Sulfhydril-aineenvaihdunta sienissä kasvatettu sukellusviljelyssä. J. gen. Micro 28, 57 - 68 (1962). Päivämäärä 18. tammikuuta 1978. Osoite: MICHELE FAIVRE-BARON, Pierre ja Marie Curie University, Plant Biology Laboratory No. 5 UER 59, C-rakennus, 2. kerros 9, Quai Saint Bernard, 75230 Paris Cedex 05, Ranska.