Summary
The prothoracic gland (PGL) of Galleria mellonella is a Y-shaped, paired organ, consisting of 45–50 polyploid giant cells. The PGL cells are supplied by neurosecretory axons; release of neurosecretory granules (1000–1300 Å in diameter) directly on the surface of PGL cells was frequently observed. Based on ultrastructure, the last two larval instars can be divided into three phases: 1) restitutive phase immediately after moulting; 2) gradual activation in mid-intermoult as indicated by the logarithmic cell growth, decrease of nucleo-cytoplasmic ratio, increase in the number of cell organelles participating in protein synthesis, and the structural changes of these organelles; 3) “release” period preceding moulting, characterized mainly by the extreme dilatation of peripheral invaginations. From the prepupal stage onward cellular activity is asynchronous. Part of the cells already show the signs of involution, while others histolyse only after the activation phase subsequent to moulting. PGL in G. mellonella. is one of the larval tissues. In the course of activation its ultrastructure changes as a function of juvenile hormone (JH) concentration, in the absence of which it histolyses. Accordingly, it has seemed to us to be a suitable model for the cytological study of JH activity.
Zusammenfassung
Die Prothorakaldrüse von Galleria mellonella (PGL) ist ein Y-förmiges, gepaartes Organ, das aus 45–50 polyploiden Riesenzellen besteht. Die PGL Zellen sind durch neurosekretorische Axone versorgt. Die Entleerung von neurosekretorischen Granula (1000–1300 Å Durchmesser) konnte oft direkt an der Oberfläche von PGL Zellen beobachtet werden. In Anbetracht der Feinstruktur der Zellen können die zwei letzten Larvenstadien in drei Phasen eingeteilt werden: 1. Restitutionsphase gleich nach der Häutung; 2. Stufenweise Aktivierung während der mittleren Phase der ‚'Inter-Häutung”, wie durch den logarithmischen Zuwuchs an Zellgröße, die Abnahme des nukleozytoplasmatischen Verhältnisses und die Zunahme der Zahl der an der Proteinsynthese teilnehmenden Zellorganellen und deren strukturelle Veränderungen bewiesen wurde; 3. ‚'Entleerungsperiode” vor der Häutung, charakterisiert hauptsächlich durch die extreme Erweiterung von peripheren Invaginationen. Vom präpupalen Stadium an wird die zelluläre Aktivität asynchron. Ein Teil der Zellen weist bereits die Zeichen der Involution auf, während andere Zellen erst nach der Aktivierungsphase, die der Häutung folgt, histolysieren. PGL ist eine larvales Gewebe. Während der Aktivierung ändert sich seine Feinstruktur als Funktion der Juvenilhormon-Konzentration (JH), mangels dessen die Drüse histolysiert. In Anbetracht des Gesagten schien uns die Prothorakaldrüse ein geeignetes Modell für die zytologische Untersuchung des Wirkungsmechanismus von JH zu sein.
This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.
Similar content being viewed by others
References
Beaulaton, J. A.: Etude ultrastructurale et cytochimique des glandes prothoraciques de vers à soie aux quatrième et cinquième âges larvaires. I. La tunica propria et ses relations avec les fibres conjonctives et les hémocytes. J. Ultrastruct. Res. 23, 474–498 (1968). II. Les cellules interstitielles et les fibres nerveuses. J. Ultrastruct. Res. 23, 499–515 (1968b)
Beaulaton, J. A.: Modifications ultrastructurales des cellules sécretrices de la glande prothoracique de vers à soie au cours des deux derniers âges larvaires. J. Cell Biol. 39, 501–525 (1968)
Carlisle, D. B., Ellis, P. E.: Hormonal inhibition of the prothoracic gland by the brain in locusts. Nature (Lond.) 220, 706–707 (1968)
Cassier, P., Fain-Maurel, M. A., Grassé, P. P.: Étude infrastructurale de la genèse et de la sécrétion de l'ecdysone, hormone stéroide, dans les glandes de mue de Locusta migratoria migratoria migratorioides R. et F. (Insecte Orthoptère). C. R. Acad. Sci. (Paris) 266, 2477–2479 (1968)
Cohen, E., Gilbert, L. I.: Effects of juvenile hormone on polysome integrity. J. Insect Physiol. 19, 1857–1871 (1973)
Gilbert, L. I.: Endocrine action during insect growth. In: Green, R. O., Recent Progr. Hormone Res. 30, 347–390 (1974)
Herman, W. S.: The ecdysial glands of arthropods. Int. Rev. Cytol. 22, 269–347 (1967)
Herman, W. S., Gilbert, L. I.: The neuroendocrine system of Hyalophora ceeropia (1.) (Lepidoptera. Saturniidea) I. The anatomy and histology of the ecdysial gland. Gen. comp. Endoer. 7, 275–291 (1966)
Highnam, K. C.: Mode of action of arthropod steroid and other hormones. In: Briggs, M. H., ed Advances in steroid biochemistry and pharmacology, vol. 1, p. 1–41. London and New York: Acad. Press 1970
Ilan, J., Ilan, J.: Protein synthesis and insect morphogenesis. Ann. Rev. Entomol. 18, 167–182 (1973)
Joly, L., Joly, P., Porter, A.: Remarques sur l'ultrastructure de la glande ventrale de Locusta migratoria L. (Orthoptère) en population dense. C. R. Acad. Sci. (Paris) 269, 917–918 (1969)
Karlson, P., Shaaya, E.: Der Ecdysontiter während der Insektenentwicklung. I. Eine Methode zur Bestimmung des Ecdysongehalts. J. Insect Physiol. 10, 797–804 (1964)
King, R. C., Aggarwal, S. K., Bodenstein, D.: The comparative submicroscopic morphology of the ring gland of Drosophila melanogaster during the second and third larval instars. Z. Zellforsch. 73, 272–285 (1966)
Malá, J., Novák, V. J. A., Blazsek, I., Balazs, A.: The effects of juvenile hormone on the prothoracic glands in Galleria, mellonella (L.). I. Morphology and histology of the glands during the larval and pupal development. Aeta biol. Acad. Sci. hung. 24 (1974) (in press)
Novák, V. J. A.: Hormonal control of moulting process in arthropods. Gen. comp. Endocr., Suppl. 2, 439–450 (1969)
Novák, V. J. A.: Insect hormones (third edit.). In press
Novák, V. J. A., Malá, J., Balázs, A., Blazsek, I.: The effects of juvenile hormone on the prothoracic glands in Gatteria mellonella (L.). II. The juvenile hormone induced changes on the optical microscope level. Acta biol. Acad. Sci. hung. 24 (1974) (in press)
Oberlander, H., Berry, S. J., Krishnakumaran, A., Schneiderman, H. A.: RNA and DNA synthesis during activation and secretion of the prothoracic glands of saturniid moths. J. exp. Zool. 159, 15–32 (1965)
Osinchak, J.: Ultrastructural localization of some phosphatases in the prothoracic gland of the insect Leucophaea moderae. Z. Zellforsch. 72, 236–248 (1966)
Romer, F.: Die Prothorakaldrüsen der Larvae von Tenebrio molitor L. (Tenebrionidae, Coleoptera) und ihre Veränderungen während eines Häutungszyklus. Z. Zellforsch. 122, 425–455 (1971)
Scharrer, B.: The fine structure of blattarian prothoracic glands. Z. Zellforsch. 64, 301–326 (1964)
Scharrer, B.: Hemocytes within prothoracic glands of insects (by title only). Amer. Zool. 5, 235–236 (1965)
Scharrer, B.: Ultrastructural study of the regressing prothoracic glands of blattarian insects. Z. Zellforsch. 69, 1–21 (1966)
Shaaya, E., Karlson, P.: Der Ecdysontiter während der Insektenentwicklung IV. Die Entwicklung der Lepidopteren Bombyx mori L. und Cerula vinula L. Develop. Biol. 11, 424–432 (1965)
Ude, J.: Personal communication (1972)
Wigglesworth, V. B.: Chemical structure and juvenile hormone activity. Nature (Lond.) 221, 190–191 (1969)
Author information
Authors and Affiliations
Additional information
The authors express their thanks to Miss Katalin Windisch for her skilful technical assistance.
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Blazsek, I., Balázs, A., Novák, V.J.A. et al. Ultrastructural study of the prothoracic glands of Galleria mellonella L. in the penultimate, last larval, and pupal stages. Cell Tissue Res. 158, 269–280 (1975). https://doi.org/10.1007/BF00219965
Received:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF00219965