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 Inst i tut der Universit~t Freiburg i.B.

Eingegangen am 11. Jul i 1967

Protein and RNA 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 syn- thesis. - - 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 be- tween 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 al- though 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. - - I t is concluded that only a very small part of the total RNA and total protein of a cell can be re- lated 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.

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 be- kannte Hemmung des I{ypokotylwaehstums durch Licht auf eine Re- primierung best immter 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 Hypokotyl die yon SCHOPrWR ge~ul~erte t typothese geprfift werden soll. Es gibt zwar Hinweise, dab der RNS- und 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 Hypokotyl des Senfkeimlings (Sinapis alba L.) als Untersuchungsobjekt. Die Grfinde ffir diese Wahl sind folgende: 1. Der Senfkeimling ist hinsichtlieh der Photomorphoge- nose 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 Waehs- tumsgesehwindigkeit ist nieht nur im Dunkeln fiber einen langen Zeit- raum hinweg praktiseh konstant, sondern auch im Dunkelrot ( = DR), d.h. unter dem Einflu~ einer zwar niedrigen, aber weitgehend stationi~ren Konzentrat ion 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 Waehs- tumsvorgitngen darstellen (vg]. LOCKHAIr 1965). - - 3. Das Hypokotyl- wachstum des Senfkeimlings ist unter den yon uns gewi~hlten Bedingun- gen (vgl. MOOR, 1966) zumindest im Cortexbereich fast aussehlieSlieh auf Zellwachstum zurfiekzuffihren (Mom~ und PETWRS, 1960 ; GEISV, R, 1964 ; HXcK~R, HARTMA~N and 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 Iypokoty 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 prak- tisch station/ire Konzentration an PTa0 fiber 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.ARKSON und 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 IypokotyI dfirfte sich also in diesem Zeitraum nicht signifikant gndern. Auch die Beobachtung yon BorP (1967), wonach voretiolierte Senfkeimlinge bezfiglich ihres Hypo- kotylwachstums ffir 5-Fluordesoxyuridin wenig ,,empfindlich" sind, deutet darauf bin, dab das Hypokotylwachstum bei solchen Pflanzen praktisch unabhgngig yon der MSglichkeit einer DNS-Synthese ist. - - 4. Der Einflu~ des PT~0 auf das Hypokotylwachstum 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 ,,Wachs- tumsfaktoren", die yon den Kotyledonen geliefert werden, beim Senf- keimling keine signffikante Interakt ion 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 Hypo- kotyls mit , ,molekularen" Ver~nderungen in diesem Organ zu korrelieren. Da wAhrend der von uns gewghlten Experimentierzeit die Zellzahl im Hypokoty l sich praktisch nicht gnder~, reprs die ,,molekularen" Daten des Hypokoty ls die entsprechenden Eigenschaften der durch- schnit~lichen ,,Hypokotylzelle". Natfirlich ist die , ,Hypokotylzelle" eine Fiktion, da das Hypokoty l aus sehr verschiedenartigen Zelltypen auf- gebaut ist. Quanti tat iv dominiert aber im Hypokotyl die parenchymati- sche Cortexzelle (vgl. die Abb. 3 bei WAG~Ea und MOHa, 1966), so daS die ,,molekularen" Daten (DNS, RNS, Protein) des I typokotyls 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 be-

nfitzten Population (Ernte 1965 bzw. 1966, Botaniseher Garten, Freiburg i. Br.). - - Lagerung der Samen, Aussaat der S~men ur~d Anzueht der Keimlinge (auf Keim- papier mit Aqua dest.) erfolgten nach dem im Institut gebr~iuchliehen St~ndard- verfahren (MOR~, 1966).

2. Bestrahlungsanlage far DR. Die yon H~T~ANN entwiekelte St~ndard- Bestrahlungsanlage 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 Arbeits- abstand). - - 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 getroek- nero 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 bestan- den, kormten auf diese Weise wieder weitgehend eingestellt werden. - - Unmittelbar nach dem Zuriieksetzen der Restkeimlinge auf das :Keimpapier begann die kontinuierliche Bestrahlung im ])g-Feld bis zum Zeitpunkt der Auswertung. ])er Experimentierzeit- raum 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 Restkeim-

linge wurden zum Zeitpunkt der Aus- wertung in Hypokotyl (einsehliei]lich Plumula und Petioli) und Radikula aufgeteilt. Verteihmgskurven ftir die Hypokotyll~tnge zeigten, dab es auch bei der Untersuehung der 1%estkeim- linge am besten ist, die 23 gr6Bten Restkeimlinge pro Dose auszuwerten. Von den 25 Hyp0kotylen pro Keim- dose wurden also stets die zwei kiirzesten verworfen. In der vorliegen- denArbeit werden nur Hypokotyldaten behandelt. - - b) Die Bestimmung des Gesamt-N- Gehaltes,des Protein-N- Ge- haltes und des Gehalts an ,,16slichem" N effolgte nach dem bei JAKOBS und Mom~ (1966) besehriebenen Ver- fahren. - - c) Die Bestimmung des RNS-Gehalts erfolgte nach der bei WEII)~R und 1Yiom~ (1967) angegebe- hen Methode. - - d) Als ,,Wassergehalt des Hypokoty]s" bezeiehnen wir die ])ifferenz zwischen Frischgewicht und Trockengewicht.

Experimentelle Daten 1. Das Hypoko ty lwachs tum

des Restkeimlings. Auch das Hypoko ty l des Restkeimlings be- sitzt sowohl im Dunke ln als auch

36 Std i 36+2/, Std

36+24 Std

Abb. 1. ])iese Zeichnung soil die Brauch- barkeit des ,,Restkeimlings" Iiir photo- morphogenetische Untersuchungen im Zeitraum 36--60 Std nach Aussaat illustrieren. Der ,,l%estkeimling" besteht aus Hypokotyl, l%adikul~, Plumula und den Petiolen der Kotyledonen. Der Rest- keimling ist beziiglich N ein gesehlossenes System. Die Wirkung des P~s0 auf den gestkeimling ist dieselbe wie beim intakten Keimling, sowohl hinsichtlich ,,negativer" Photomorphosen (z. B. Hypo- kotylwachstumshemmung, vgl. Tabelle bei SClZO~ER, 1967) als aueh hinsiehtlieh ,,loositiver ' ' Photomorphosen (z.B. Haar- bfldung am Hypokotyl oder 0ffnung des

Hypokotylhakens)

352 H. Morn% CH. HOLDERIED, W. LINK und 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 Hypokotyl- wachstum als Zunahme des Wassergehalts (Abb. 3), finder man sowohl im Dunkeln als auch im DR 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{ypo-

20

mm

8~

"6

" r

10

- - = 4.2

~DR DunkeL ~ 1 ~ l , f ~

o ~ ' ~

/ ~ o

' ' ' ' '5 '8 3 6 9 12 I 1 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. - - Zu- sammenfassend k5nnen wir festhalten, dab auch beim Restkeimling ebenso wie beim intakten Keimling das Hypokotylwachstum mit weit- gehend konstanter Wachstumsgeschwindigkeit vonstat ten 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 festzu- stellen. Die Extrapolationen der Wachstumskurven fiir Dunkelwaehs- rum 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. Er 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

13 mg

12

I

8

/ / /

/

D = 3.6 / aW ( ~ t ) D R DunkeL / / ~

, / / o / / / /

/ / /

/ o / /

/ /

/ / O ~ / DR / J / Q

/ e

I / / / o

. . . . . ; '8 3 6 9 12 1 1 Std 24

Zeit nach Einsetzen des DunkeLrot

Abb. 3. Das Waehstum des Hypokotyls - - gemessen als Zunahme des W~sser- gehalLs - - im Dunkeln und unter dem EinfluB yon Dunkelrot ( = D/~). Vorbe- handlung: wie in Abb. 2. - - Ein Vergleieh der relativen Wachstumsgesehwindigkei-

ten in Abb. 2 und 3 zeigt, dab DR das Breitenwaehstum des Hypokotyls offensieh~lich s~eiger~

4O

%

o o 30 z

z I

2O

/ LSsLicher N . . . . .

. DR

o Dunket

0 ; 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 Dunkel-

rot (.). Vorbehandlung: wie in Abb. 2. - - D e r Gesamt-N (Hypokotyl plus Radikul~) ist konstant.

jewei ls angegeben , w i ev i e l P r o z e n t des G e s a m t - N (77 Fg / lZes tke iml ing) 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 f iber den 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 ver fo lg t (Abb. 4), f inde t m a n z w e i ers taunl iehe R e s u l t a t e : a) Der

354 H. ]V[OHR, CII. HOLDERIED, W. I~INK und K. ROT~:

Proteingehalt des Organs n immt 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 kaum einen Unterschied im Proteingehalt der im Dunkeln und im DI~ gewaehsenen Hypokotyle. Erst nach 24 Std D R scheint das Hypokotyl der DR-Restkeim]inge weniger Protein zu enthalten a]s das Hypokotyl der Dunkelkontrollen. - - Folgende Schlfisse erscheinen ange- messen: a) Das station/~re L/~ngenwaehstum des Hypokotyls kann aueh dann vonstat ten gehen, wenn der Pro~eingehalt des Organs (und da re r - -

T

10 ~g

8

I

0 I-'2 Std

Zeit nach Einsetzen des Dunke[rot

2~

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 ,Hypokotylzel le") ab- nimmt. Es ist also nicht angebracht, Ver~nderungen im Gesamtprotein- gehalt einer Zelle mit den Wachstumsle~stungen dieser Zelle in Zusam- menhang 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: Ent- weder 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 Wir- kung 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 typokoty 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 Ge- halt an lSslichem N in den DR-Hypokotylen signifikant niedriger als in den Dunkelkontrollen. Unter dem Einflul3 yon PTa0 kommt also lang- fristig eine geringftigige N-Translokation vom Hypokotyl in die Radikula zustande. W/thrend der ersten 12 Std nach Lichtbeginn ist diese Trans- lokation 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/the- rung - - 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 Funk- tion. Schliel31ich nimmt der I~NS-Gehalt auch im Dunkeln ab. Der Ab- fall des t~NS-Gehalts wird durch PTs0 beschleunigt, 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 Zellfunk- tionen unbedingt notwendigen RNS-Gehalt pro ,,Hypokotylzelle" dar.

Diskussion

1. Vergleich der Restkeimlinge mit intakten Senfkeimlingen. Dieser Vergleich zeigt, dal3 die Entfernung der Kotyledonen einen entscheiden- den Einflu$ auf den tZNS- und Proteingehalt des Itypokotyls aus/ibt, obgleich mit und ohne Kotyledonen weitgehend station/ire Wachstums- bedingungen gegeben sind. Auch der Einflu$, den PTs0 auf den RNS- und Proteingehalt des Hypokotyls hat, stellt sich mit und ohne Kotyle- donen v611ig anders dar, obgleich der Einflu$ des PTs0 auf das L/tngen- wachstum des Hypokotyls unabh/tngig yon der An -und Abwesenheit der Kotyledonen ist. Einige Details : Bei intakten Senfkeimlingen nimmt der Protein-N-Gehalt des t lypokotyls im Dunkeln betr/tchtlich zu, im Dt~ bleibt der Gehalt praktiseh konstant (JAKoBs, 1966). Beim Restkeim- ling 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 nach- weisbar. - - 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 Rest- keimling 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 ,Hypokoty l - zelle", und die Regulation dieses Waehstums dutch PTa0 mit ,,molekula- ran" GrSi~en in Zusammenhang zu bringen. - - Wenn man die yon Sc t IO~]~ (1967) ge~uBerte Hypothese, wonach die Hemmung des Hypo- kotylwaehstums durch P730 auf eine Genreprimierung zuriickzuffihren sei, verifizieren will, mul~ man offenbar versuehen, die Wirkung des P~a0 auf das Hypokotylwaehstum 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 Zu- s~mmenhang von l~bIS-Synthese, Proteinsynthese und Zellwachstum sind oft ge~uBert worden. Die Schlfisse, die bezfiglich des kausalen Zu- sammenhangs von L~ngenwachstum und Proteingehalt unter dam Ein- fluB 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), er- seheinen wenig stiehhaltig, wenn man sieh die Tatsachen der Abb. 4 vor Augen h~lt, wonaeh Hypokotyle, die sieh in der Waehstumsge- sehwindigkeit um den Faktor 4 unterscheiden, genau dense]ben Protein- gehalt 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 Lhngenwachs- tum pflanzlieher Zellen eine besti~ndige RNS- und Proteinsynthese er- forder]ich ist. Offensichtlieh ist es aber so, daB nur ein kleiner Teil der Gesamt-gNS und des Gesamt-Proteins der Zelle mit der Waehstums- leistung 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 Meso- kotylsegmenten (Mais), dab die Gesamt-l~NS-Synthese bis zu 50 % durch 5-FU gedrosselt werden kann, ohne dal~ das Waehstum sieh ~ndert.

Z u s a m m e n f a s s u n g

Das Waehstum des Hypokotyls wurde an l~estkeimlingen ohne Koty- ledonen (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 Faktor 4 unterscheiden, hat das Dunkelrot keinen signifikanten EinfluB auf den Gesamt-ProteingehMt des Hypokotyls (bzw. der dureh- schnittliehen Hypokotylzelle). Der Proteingehalt n immt 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 f r f iher e inse t z t ~ls im D u n k e l n . -- M a n k a n n aus den

D a t e n der v o r l i e g e n d e n A r b e i t schlieI~en, dab n u r e in k le ine r Tei l des

G e s a m t - P r o t e i n s u n d der G e s a m t - R N S e iner 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 kann .

Die Arbeit wurde dutch Sachbeihilfen der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstfitzt.

L i t e r a t u r

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Prof. Dr. H. Mo~m Botanisches Insti tut der Universitiit Freiburg 78 Freiburg i. Br., Schs 9