Planta (Berl.) 76, 348--358 (1967)

Protein- und RNS-Gehalt des Hypokotyls beim stationiiren Wachstum im Dunkeln und unter dem EinfluB yon Phytochrom (Keimlinge yon Sinapis alba L.) H . MOltR, CH. HOLDERIED, W . LINK u n d K . R o T g Botanisches Institut der Universit~t Freiburg i.B. Eingegangen am 11. Juli 1967

Protein and R N A Contents o/ the Hypocotyl during Steady State Growth Lengthening in the Dark and under the Influence o/Phytochrome (Seedlings of Sinapis alba L.) Summary. Inhibition of hypocotyl lengthening by phytoehrome can be regarded as a prototype of a ,,negative" photoresponse. The hypothesis has been advanced (Sc~orF~R, 1967) that negative photoresponses are the consequence of a differential gene repression which is exerted by PTa0, 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 P~80 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). I t is known from earlier experiments that cell divisions in the hypocotyl are very rare during this period and that there is virtually no increase in the D~TA contents of the organ during the period of our experimentation (W~,In~]m, 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 somewhat different with respect to total R N A (Fig. 5). The R N A 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. - - I t is concluded that only a very small part of the total R N A and total protein of a cell can be related to the control of cellular growth. Changes in bulk R N A and bulk protein obviously do not necessarily reflect changes in the growth rate or growth capacity of an organ or a cell.

Protein- und RNS-Gehalt unter Phytochrom-EinfluB

349

Einleitung SCHOPFWR (1967) hat mit Itilfe yon Actinomycin D und Puromycin Daten gewinnen kSnnen, die darauf hinweisen, da~ die sei~ langem bekannte H e m m u n g des I{ypokotylwaehstums durch Licht auf eine Reprimierung bestimmter Gene dureh das physiologisch aktive Phytoehrom 730 ( = PTa0) zurfickzuffihren ist. - - Die vorliegende Arbeit erSffnet eine Serie yon Untersuehungen, in denen durch eine direkte Messung der RNS- und Proteinsynthese im H y p o k o t y l die yon SCHOPrWR ge~ul~erte ttypothese geprfift werden soll. Es gibt zwar Hinweise, dab der RNSund der Proteinsynthese bei der Regulation des Zellwachstums eine groBe Bedeutung zukommt (z.B. Kv,r,1964; KE:z und INGLe, 1964; NOOD]~N und THIMA~N, 1966). Diese Daten liefern aber keinen klaren Beitrag zu der Frage, wie Pvso die starke Reduktion der Wachstumsgesehwindigkeit pflanzlieher Zellen be~irkt. Das verwendete System Wir w~hlen, wie SC~OPFER, das H y p o k o t y l des Senfkeimlings (Sinapis alba L.) als Untersuchungsobjekt. Die Grfinde ffir diese Wahl sind folgende: 1. Der Senfkeimling ist hinsichtlieh der Photomorphogenose bereits intensiv untersucht. Die verwendete Samenpopulation und die experimentellen Bedingungen sind weitgehend standardisiert (MOH~, 1966). - - 2. Das Waehstum des Hypokotyls kann mit hoher Genauigkeit unter station~ren Wachstumsbedingungen gemessen werden. Die Waehstumsgesehwindigkeit ist nieht nur im Dunkeln fiber einen langen Zeitr a u m hinweg praktiseh konstant, sondern auch im Dunkelrot ( = DR), d.h. unter dem Einflu~ einer zwar niedrigen, aber weitgehend stationi~ren Konzentration an P~a01 (Abb. 12 bei MOH~, 1966). - - Man sollte vielleicht betonen, dab station~re Waehstumsbedingungen nicht nur yon Vortefl sind, sondern eine Voraussetzung ffir die korrekte Analyse yon Waehstumsvorgitngen darstellen (vg]. LOCKHAIr 1965). - - 3. Das Hypokotylwachstum des Senfkeimlings ist unter den yon uns gewi~hlten Bedingungen (vgl. MOOR, 1966) zumindest im Cortexbereich fast aussehlieSlieh auf Zellwachstum zurfiekzuffihren (Mom~ und PETWRS, 1960 ; GEISV,R, 1964 ; HXcK~R, HARTMA~N a n d MoH~, 1964). Zellteilungen spielen nur eine unbedeutende Rolle. Mit diesen Beobachtungen im Einklang steht der Befund yon WniDzr (1967), wonach der DI~S-Gehalt im t I y p o k o t y l des Senfkeimlings in dem yon uns ffir die Experimente verwendeten 1 l~ach HART~AN~r (1966) isb die starke morphogenetische Wirkung yon DR darauf zuriickzuffihren, dab durch diese Strahlung eine zwar niedrige, aber praktisch station/ire Konzentration an PTa0fiber einen langen Zeitraum hinweg in den Zellen des Keimlings aufrecht erha]ten bleibt. Die Hypothese yon H~TMA~N ist kfirzlich durch direkte Phytoehrommessungen am Senfkeimling bestgtigt worden (CT.ARKSONund H ~ , 1967; SCEOPFER, pers6nliche Mitteflung).

350

H. MOBLR,CIt. HOLDEI~IED,W. LINK und K. ROTH:

Zeitraum (36---60 Std naoh Aussaa~) sowohl im Dunke]n als auch im Dl% praktisch konstant bleibt. Die Zellzahl pro t I y p o k o t y I dfirfte sich also in diesem Zeitraum nicht signifikant gndern. Auch die Beobachtung yon BorP (1967), wonach voretiolierte Senfkeimlinge bezfiglich ihres Hypokotylwachstums ffir 5-Fluordesoxyuridin wenig ,,empfindlich" sind, deutet darauf bin, dab das H y p o k o t y l w a c h s t u m bei solchen Pflanzen praktisch unabhgngig yon der MSglichkeit einer DNS-Synthese ist. - 4. Der Einflu~ des PT~0 auf das H y p o k o t y l w a c h s t u m ist unabhgngig yon der absoluten Wachstumsgeschwindigkeit und auch unabhgngig davon, ob sich die Kotyledonen am Keimling befinden odes nicht (Tabelle bei SC~OPFE~, 1967). Die genannte Tabelle zeigt, dab PT~0 und die ,,Wachstumsfaktoren", die yon den Kotyledonen geliefert werden, beim Senfkeimling keine signffikante Interaktion zeigen. Diese Tatsache gestattet es, ffir die Experimente der vorliegenden Arbeit ein Achsensystem ohne Kotyledonen (,Restkeimling" genannt) zu verwenden (Abb. 1). Auf diese Weise vermeiden wit jede Translokation yon den Speicherkotyledonen ins Hypokotyl, und damit ist der Weg often, das Wachstum des Hypokotyls mit ,,molekularen" Ver~nderungen in diesem Organ zu korrelieren. Da wAhrend der von uns gewghlten Experimentierzeit die Zellzahl im H y p o k o t y l sich praktisch nicht gnder~, reprs die ,,molekularen" Daten des H y p o k o t y l s die entsprechenden Eigenschaften der durchschnit~lichen ,,Hypokotylzelle". Natfirlich ist die ,,Hypokotylzelle" eine Fiktion, da das H y p o k o t y l aus sehr verschiedenartigen Zelltypen aufgebaut ist. Quantitativ dominiert aber im H y p o k o t y l die parenchymatische Cortexzelle (vgl. die Abb. 3 bei WAG~Ea und MOHa, 1966), so daS die ,,molekularen" Daten (DNS, RNS, Protein) des Itypokotyls in erster N~herung die Verhaltnisse in den Cortexzellen reprgsentieren. Material and Methoden 1. Material. Verwendet wurden Samen yon Sina2is alba L. der seit 1957 benfitzten Population (Ernte 1965 bzw. 1966, Botaniseher Garten, Freiburg i. Br.). - Lagerung der Samen, Aussaat der S~men ur~d Anzueht der Keimlinge (auf Keimpapier mit Aqua dest.) erfolgten nach dem im Institut gebr~iuchliehen St~ndardverfahren (MOR~, 1966). 2. Bestrahlungsanlage far DR. Die yon H~T~ANN entwiekelte St~ndardBestrahlungsanlage des Instituts far DR ist ebenf~lls bei Mom~ (1966) besehrieben. Die Intensit~t an den verwendeten Positionen betrug 3500 erg/em2-sec. 3. A]lgemeine Versuchsdurchffihrung. Vonder Samenaussaat bis zur Auswertung laufen alle Vorg~nge bei 25• ~ Cab. Operation und Verpflanzen des Keimlinge erfolgten im schw~ehen gr~inen Sicherheitslieht (etw~ 10 erg/cm ~. sec im Arbeitsabstand). - - 36 Std naeh Aussaat wurden den Keimlingen die Laminae entfernt. Petio]i und Ptumula verblieben am Aehsensystem (Abb. 1). Naeh dieser Opera~ion erfolgte eine einstflndige Dunke]inkub~tion des t~estkeimlinge in Aqua dest. (25 l~es~keirnlinge/10 ml). Diese Inkub~tion seha~ft die in der vorliegenden Arbeit nieht ausgen/itzte lV[6gliehkeit, vor Beginn der DR-Bestrahlung dem Restkeimling Stoffe zuzufahren, z.B. markierte Met~boliten odes selektive Inhibitoren (ScgoPs~,

Protein- und RI~S-Gehalt unter Phytochrom-EivAluB

351

1967). Nach der Inkubation wurden die Restkeimlinge auf das inzwisehen getroeknero und mit dam Inkubationswasser (10 ml pro Keimdose) getr~nkte Keimpapier zurfickgesetzt. Von dem getroekneten Keimpapier einer Keimdose werden etwa 6 ml des Inkubationswassers aufgenommen; es verbleiben also etwa 4 ml freies Wasser in jeder Dose. Die Wasserverh~ltnisse, die vet der Inkubation in den Keimdosen bestanden, kormten auf diese Weise wieder weitgehend eingestellt werden. - Unmittelbar nach dem Zuriieksetzen der Restkeimlinge auf das :Keimpapier begann die kontinuierlicheBestrahlung im ])g-Feld bis zum Zeitpunkt der Auswertung. ])er Experimentierzeitraum umfaBte maximal 24 Std; der Zeitpunkt 0 in den Abbildungen ist der Zeitpunkt des Einsetzens yon ])1% (36+1 Std nach Aussaat). 4. Auswertung. a) Die Restkeimlinge wurden zum Zeitpunkt der Auswertung in Hypokotyl (einsehliei]lich Plumula und Petioli) und Radikula aufgeteilt. Verteihmgskurven ftir die Hypokotyll~tnge zeigten, dab es auch bei der Untersuehung der 1%estkeim36 Std linge am besten ist, die 23 gr6Bten Restkeimlinge pro Dose auszuwerten. 36+2/, Std Von den 25 Hyp0kotylen pro Keimdose wurden also stets die zwei kiirzesten verworfen. In der vorliegendenArbeit werden nur Hypokotyldaten behandelt. - - b) Die Bestimmung des Gesamt-N- Gehaltes,des Protein-N- Ge- 36+24 Std haltes und des Gehalts an ,,16slichem" N effolgte nach dem bei JAKOBS und Abb. 1. ])iese Zeichnung soil die Brauchbarkeit des ,,Restkeimlings" Iiir photoMom~ (1966) besehriebenen Vermorphogenetische Untersuchungen im fahren. - - c) Die Bestimmung des RNS-Gehalts erfolgte nach der bei Zeitraum 36--60 Std nach Aussaat WEII)~R und 1Yiom~(1967) angegebe- illustrieren. Der ,,l%estkeimling" besteht hen Methode. - - d) Als ,,Wassergehalt aus Hypokotyl, l%adikul~, Plumula und den Petiolen der Kotyledonen. Der Restdes Hypokoty]s" bezeiehnen wir die ])ifferenz zwischen Frischgewicht und keimling ist beziiglich N ein gesehlossenes System. Die Wirkung des P~s0 auf den Trockengewicht. gestkeimling ist dieselbe wie beim intakten Keimling, sowohl hinsichtlich Experimentelle Daten ,,negativer" Photomorphosen (z. B. Hypokotylwachstumshemmung, vgl. Tabelle 1. Das H y p o k o t y l w a c h s t u m bei SClZO~ER, 1967) als aueh hinsiehtlieh des Restkeimlings. Auch das ,,loositiver'' Photomorphosen (z.B. HaarH y p o k o t y l des Restkeimlings bebfldung am Hypokotyl oder 0ffnung des sitzt sowohl i m D u n k e l n als auch Hypokotylhakens)

i

352

H. Morn% CH. HOLDERIED, W. LINKund K. Ro~I~:

im DR-Dauerlicht eine weitgehend konstante Wachstumsgesehwindigkeit in dem von uns gew~hlten Experimentierzeitraum (Abb. 2,3).--Allerdings zeigt die Li~ngenwachstumskurve (Abb. 2) im Dunkeln etwa 6 Std naeh Beginn des Experiments einen leichten, aber signifikanten Knick. Im DR hingegen liegen die MeBpunkte auf einer Geraden. ~fiBt man das Hypokotylwachstum als Zunahme des Wassergehalts (Abb. 3), finder man sowohl im Dunkeln als auch im D R Waehstumskurven mit konstanter Steigung. Ein Vergleich der relativen Wachstumsgeschwindigkeiten (4, 2 in Abb. 2 ; 3, 6 in Abb. 3) deutet darauf hin, dab DR den Durchmesser des t{ypo20

mm - -

= 4.2

DunkeL

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Std

24

Zeit nach Einsetzen des Dunkel.rot

Abb. 2. Das Lingenwachstum des ttypokotyls im Dunkeln und unter dem EinfluB yon Dunkelrot (=/)R). Vorbehandlung: 36 Std Dunkelkeimung - - Entfernung der Kotyledonen - - 1 Std-Dunke]inkubation in Aqua dest. - - Einsetzen des DR kotyls wesentlich vergr6Bert. Offenbar hemmt P~30 das Liingenwachstum der Hypokotylzellen, w~hrend es das Breitenwaehstum fSrdert. - - Zusammenfassend k5nnen wir festhalten, dab auch beim Restkeimling ebenso wie beim intakten Keimling das Hypokotylwachstum mit weitgehend konstanter Wachstumsgeschwindigkeit vonstatten gcht. Der Einflul~ yon P~30 auf das L~ngenwachstum ist beim intakten Keimling und beim Restkeimling genau gleieh (Tabelle bei SCHOPFm% 1967). Eine lag-Phase der PTs0-Wirkung ist beim Hypokotylwachstum nicht festzustellen. Die Extrapolationen der Wachstumskurven fiir Dunkelwaehsrum und ffir DR-Wachstum treffen sich zum Zeitpunkt 0. 2. Anderungen im Proteingehalt des Hypokotyls. Die auf Keimpapier mit Aqua dest. wachsenden Restkeimlinge stellen wahrend des ganzen Experimentierzeitraums hinsichtlich des N-Gehalts geschlossene Systeme dar. Der N-Gehalt ist im Dunkel- und im DR-Restkeimling gleieh und absolut konstant. E r betri~gt 77 ~g/Restkeimling. Wir beziehen deshalb den Protein-N-Gehalt bzw. den Gehalt an ,15slichem" N des Hypokotyls auf den kons~anten N-Gehalt des Gesamtrestkeimlings. Es wird also

Protein- und t{NS-Gehalt unter Phytoehrom-Einflug

353

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13

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mg 12

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= 3.6

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1

1

Std

24

Zeit nach Einsetzen des DunkeLrot

Abb. 3. Das Waehstum des Hypokotyls - - gemessen als Zunahme des W~ssergehalLs - - im Dunkeln und unter dem EinfluB yon Dunkelrot ( = D/~). Vorbehandlung: wie in Abb. 2. - - Ein Vergleieh der relativen Wachstumsgesehwindigkeiten in Abb. 2 und 3 zeigt, dab DR das Breitenwaehstum des Hypokotyls offensieh~lich s~eiger~

/

4O

LSsLicher

N

.....

%

o o z z

30

I

. DR

2O

0

o Dunket

;

Ii

Std

24

Zeit noch Einsetzen des DunkeLrot

Abb. 4. Vergnderungen des Protein-N-GehMts und des Gehalts an ,,15sliehem" N im I-Iypokotyl beim ])unkelwaehstum (O) und unter dem EinfluB yon Dunkelrot (.). Vorbehandlung: wie in Abb. 2. - - D e r Gesamt-N (Hypokotyl plus Radikul~) ist konstant. jeweils a n g e g e b e n , w i e v i e l P r o z e n t des G e s a m t - N (77 F g / l Z e s t k e i m l i n g ) als P r o t e i n - N b z w . 15slieher N i m I-Iypokotyl e n t h a l t e n ist. - - W e n n m a n d e n P r o t e i n g e h a l t des H y p o k o t y l s fiber d e n E x p e r i m e n t i e r z e i t r a u m h i n w e g v e r f o l g t (Abb. 4), f i n d e t m a n z w e i e r s t a u n l i e h e R e s u l t a t e : a) Der

354

H. ]V[OHR,CII. HOLDERIED, W. I~INKund K. ROT~:

Proteingehalt des Organs n i m m t ab, obgleich das Organ mit konstanter Wachstumsgeschwindigkeit waehst, b) Trotz des gewaltigen Einflusses, den das Pv3s auf die Waehstumsgesehwindigkeit des Hypokoty]s ausfibt, finder man k a u m einen Unterschied im Proteingehalt der im Dunkeln und im DI~ gewaehsenen Hypokotyle. Erst nach 24 Std D R scheint das H y p o k o t y l der DR-Restkeim]inge weniger Protein zu enthalten a]s das H y p o k o t y l der Dunkelkontrollen. - - Folgende Schlfisse erscheinen angemessen: a) Das station/~re L/~ngenwaehstum des Hypokotyls kann aueh dann vonstatten gehen, wenn der Pro~eingehalt des Organs (und d a r e r - -

10 ~g

T

8 I

0

I-'2

Std

2~

Zeit nach Einsetzen des Dunke[rot

Abb. 5. Ver~nderungen des Gesamt-t~NS-Geh~lts im ttypokotyl im Dunkeln (o) und unter dem Einflul~ yon Dunkelrot (.). Vorbehandlung: wie in Abb. 2 in erster N~herung - - der Proteingehalt pro ,Hypokotylzelle") abnimmt. Es ist also nicht angebracht, Ver~nderungen im Gesamtproteingehalt einer Zelle mit den Wachstumsle~stungen dieser Zelle in Zusammenhang zu bringen. Offenbar hat nur ein kleiner Tell des Zellproteins mit dem Zellwaehstum unmittelbar etwas zu tun. - - b) Da sieh die starke Wirkung yon P730 auf das Zellwachstum im Proteingehalt der Zelle praktiseh nicht /roBert, steht man vor der folgenden Alternative: Entweder ist die Wirkung des P730 auf das Zellwaehstum unabhs von der Proteinsynthese in der Zelle oder es ist so, dal~ das Pva0 fiber eine sehr kleine ,,Fraktion" des GesamtproLeins seine waohstumshemmende Wirkung ausfibt. Wfl" neigen zu der zuletzt genannten Hypothese, die in der einfachsten Formulierung besagt, dab PTs0 eine Repression der Synthese einiger weniger Enzyme verursaeht, die/s ,,kurzlebig" und ffir das L/ingenwacbstum der Hypokotylzellen die begrenzenden Fak~oren sind. Auch der 15s]iche N im t t y p o k o t y l /~ndert sieh nieht wesentlich unter

Protein- und RNS-GehMt unter Phytochrom-EinfluB

355

dem Einflug yon P~a0 (Abb. 4). Erst 24 SM naeh Liehtbeginn ist der Gehalt an lSslichem N in den DR-Hypokotylen signifikant niedriger als in den Dunkelkontrollen. Unter dem Einflul3 yon PTa0 kommt also langfristig eine geringftigige N-Translokation vom Hypokotyl in die Radikula zustande. W/thrend der ersten 12 Std nach Lichtbeginn ist diese Translokation indessen nicht mel3bar, so dal~ kein Grand vorliegt, dieses Ph/tnomen mit der I-Iemmung des Zellwachstums ira I-Iypokotyl in einen kausalen Zusammenhang zu bringen. 3. Xnderungen im I%NS-Gehalt des tIypokotyls. Die Daten der Abb. 5 zeigen, dab auch der RNS-Gehalt des Hypokotyls bzw. - - in erster N/therung - - der ,,Hypokotylzelle", nicht in eine einfache Beziehung zur Wachstumsleistung des Organs, bzw. der Zelle gebracht werden kann. W/thrend das Hypokotyl station/tr w/tchst (Abb. 2, 3), /tndert sich der RNS-Gehalt weder im Dunkeln noch im DI~ gem/tl~ einer stetigen Funktion. Schliel31ich nimmt der I~NS-Gehalt auch im Dunkeln ab. Der Abfall des t~NS-Gehalts wird durch PTs0beschleunigt, vermutlich durch eine partielle Repression der RNS-Synthese. Der 2 , Std nach Versuchsbeginn erreichte l~NS-Pegel, der im Dunkel- und im DR-Keimling praktisch gleich ist, stellt vielleicht den f/Jr die AufrechterhMtung der Zellfunktionen unbedingt notwendigen RNS-Gehalt pro ,,Hypokotylzelle" dar. Diskussion 1. Vergleich der Restkeimlinge mit intakten Senfkeimlingen. Dieser Vergleich zeigt, dal3 die Entfernung der Kotyledonen einen entscheidenden Einflu$ auf den tZNS- und Proteingehalt des Itypokotyls aus/ibt, obgleich mit und ohne Kotyledonen weitgehend station/ire Wachstumsbedingungen gegeben sind. Auch der Einflu$, den PTs0 auf den RNSund Proteingehalt des Hypokotyls hat, stellt sich mit und ohne Kotyledonen v611ig anders dar, obgleich der Einflu$ des PTs0 auf das L/tngenwachstum des Hypokotyls unabh/tngig yon der An -und Abwesenheit der Kotyledonen ist. Einige Details : Bei intakten Senfkeimlingen nimmt der Protein-N-Gehalt des tlypokotyls im Dunkeln betr/tchtlich zu, im Dt~ bleibt der Gehalt praktiseh konstant (JAKoBs, 1966). Beim Restkeimling nimmt der Protein-N-Gehal~ des Hypokotyls sowoh] im Dunkeln als auch im Dt~ ab; ein Unterschied zwischen Dunkel- und DR-Keimlingen ist zumindest innerhalb der ersten 12 Std nach Dt{-Beginn nicht nachweisbar. - - Bei inCakten Senfkeimlingen nimmt der t~NS-Gehalt pro Hypokotyl im Dunkeln betr/tchtlich und stetig zu; im DR hingegen nimmt der RNS-Gehalt zun/tchst zu, sp/tter (etwa ab der 6. Std nach D~-l~eginn) indessen ab (WEID~ER und MoI~l% 1967). Die beim Restkeimling gegebene Situation ist auf der Abb. 5 dargestellt. - - Man mu$ offenbar folgenden Sehlul~ ziehen: Pro~eingehalt und RNS-GehMt des tIypokotyls bzw. der ,,I-Iypokotylzelle", sind keine geeigneten Gr613en,

356

H. Mottrr Cir. HOLDER~ED,W. LINK und K. l~oT~:

wenn es gilt, die Waehstumsleistung dieses Organs, bzw. der , H y p o k o t y l zelle", und die Regulation dieses Waehstums dutch PTa0 mit ,,molekularan" GrSi~en in Zusammenhang zu bringen. - - Wenn man die yon S c t I O ~ ] ~ (1967) ge~uBerte Hypothese, wonach die H e m m u n g des Hypokotylwaehstums durch P730 auf eine Genreprimierung zuriickzuffihren sei, verifizieren will, mul~ man offenbar versuehen, die Wirkung des P~a0 auf das H y p o k o t y l w a e h s t u m mit kleinen Fraktionen der Gesamt-RNS bzw. des Gesamt-Proteins in Zusammenhang zu bringen. Solehe Arbeiten sind im Gang. 2. Allgemeine Diskussionsbemerkung. Spekulationen fiber den Zus~mmenhang von l~bIS-Synthese, Proteinsynthese und Zellwachstum sind oft ge~uBert worden. Die Schlfisse, die bezfiglich des kausalen Zusammenhangs von L~ngenwachstum und Proteingehalt unter dam EinfluB yon Lieht und GA s aueh in neueren Arbeiten gezogen wurden (z. B. I%AI und LALORAYA, 1965, 1967; BI~OVG~TO~ und McCoMB, 1967), erseheinen wenig stiehhaltig, wenn man sieh die Tatsachen der Abb. 4 vor Augen h~lt, wonaeh Hypokotyle, die sieh in der Waehstumsgesehwindigkeit um den Faktor 4 unterscheiden, genau dense]ben Proteingehalt besitzen und trotz intensiven Waehstums stetig Protein verlieren. - - Andererseits deuten die mit selektiven Inhibitoren gewonnenen Daten darauf hin (z.B. NOOD]~N und THIMANlV,1963, 1965, 1966; KEY, 1964; MoRg~, 1965; ScI~OeF~g, 1967 ; COA~T~EY, MORa]~ und K]~Y, 1967), dab sowohl fiir das endogene als auch ffir das auxininduzierte Lhngenwachst u m pflanzlieher Zellen eine besti~ndige RNS- und Proteinsynthese erforder]ich ist. Offensichtlieh ist es aber so, daB nur ein kleiner Teil der G e s a m t - g N S und des Gesamt-Proteins der Zelle mit der Waehstumsleistung in einem unmittelbaren Zusammenhang steht. Darauf deuten ebenfa]ls Inhibitorexperimente hin. KEY und I~GL]~ (1964) fanden z.B. bei Experimenten mit Hypokotylsegmenten (Soyabohne) und Mesokotylsegmenten (Mais), dab die Gesamt-l~NS-Synthese bis zu 50 % durch 5-FU gedrosselt werden kann, ohne dal~ das Waehstum sieh ~ndert. Zusammenfassung

Das Waehstum des Hypokotyls wurde an l~estkeimlingen ohne Kotyledonen (Abb. l) untersucht. Die Waehstumsgesehwindigkeit ist in dem von uns untersuehten Zeitraum sowohl im Dunkeln als aueh unter dem EinfluB von Pv30 (Dauer-Dunkelrot) praktisch konstant. Obgleich sieh die Wachstumsgesehwindigkeiten im Dunkeln und im Dauer-Dunkelrot um den F a k t o r 4 unterscheiden, hat das Dunkelrot keinen signifikanten EinfluB auf den Gesamt-ProteingehMt des Hypokotyls (bzw. der durehschnittliehen Hypokotylzelle). Der Proteingehalt n i m m t im Dunkeln und im Licht kontinuierlich ab. Auch der Gesamt-RNS-Geha]t zeigt innerhalb des Versuehszeitraums eine Abnahme, die unter dem EinfluB

Protein- und RNS-Gehalt unter Phytochrom-EinfluI~

357

y o n D u n k e l r o t frfiher e i n s e t z t ~ls i m D u n k e l n . -- M a n k a n n aus d e n D a t e n d e r v o r l i e g e n d e n A r b e i t schlieI~en, d a b n u r ein k l e i n e r T e i l des G e s a m t - P r o t e i n s u n d d e r G e s a m t - R N S e i n e r Zelle m i t d e m Z e l l w a c h s t u m u n m i t t e l b a r in V e r b i n d u n g g e b r a c h t w e r d e n k a n n . Die Arbeit wurde dutch Sachbeihilfen der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstfitzt. Literatur

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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.)].

Inhibition of hypocotyl lengthening by phytochrome can be regarded as a prototype of a "negative" photoresponse. The hypothesis has been advanced (SCH...
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