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Untersuchungen zur Pollenentwicklung und Pollenschlauchbildung bei höheren Pflanzen

III. DNS-Replikation bei vegetativen und Sperma-Kernen in reifen Pollenkörnern von Gerste

The development of pollen grains and formation of pollen tubes in higher plants

III. DNA-replication of vegetative and sperm nuclei in mature pollen grains of barley

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Theoretical and Applied Genetics Aims and scope Submit manuscript

Summary

The DNA-content of vegetative and sperm nuclei in mature pollen grains of the barley varieties Amsel and Wisa and the F1-plants of crossings of the barley varieties Impala X Wisa and Union X Wisa was determined by cytophotometry. In addition, the DNA-content of nuclei of root tips of Amsel and Wisa was cytophotometrically measured.

The DNA contents of the nuclei in root tips of Amsel and Wisa differed significantly.

The data obtained from the measurements of the vegetative and sperm nuclei of the four types of barley show that DNA-replication continues in the nuclei of mature pollen grains. The DNA values of vegetative nuclei of Wisa are significantly lower than the values of Amsel and of the F1 plants. The DNA values of the different nuclei indicate that DNA replication of both types of sperm nuclei is synchronous, whereas it probably is not synchronous in vegetative and sperm nuclei respectively.

In the discussion it is pointed out that a survey of the literature shows that in all of the plant species having binucleate or trinucleate pollen DNA replication of generative and of sperm nuclei has started at the time of pollen grain maturation. Depending on the plant species, replication may or may not be completed in the mature pollen grain. At a given stage of development of the pollen grain the vegetative nucleus may be arrested at the C-stage, may have partially or completely finished its DNA replication or may be partially or completely degenerated without prior replication of DNA.

In the second part of the discussion it is stated that the course of DNA replication is likely to be similar in binucleate and trinucleate pollen grains. Thirdly, the hypothesis is discussed that in order to get haploid plants from pollen grains, changes in the normal development of the pollen grain and in the pattern of DNA replication must occur at a very early stage of pollen grain development.

Zusammenfassung

In reifen Pollenkörnern der beiden Sommergerstensorten Amsel und Wisa sowie der F1-Pflanzen, die aus den Sorten-Kreuzungen Impala X Wisa und Union X Wisa hervorgegangen sind, wurde die DNS-Menge der Kerne cytophotometrisch bestimmt. Die Messungen wurden zugleich bei Spermakernen und vegetativen Kernen eines Pollenkorns vorgenommen. Außerdem wurde der DNS-Gehalt von Kernen von Wurzelspitzen-Zellen der Sorten Amsel und Wisa ermittelt.

Amsel und Wisa unterscheiden sich signifikant im DNS-Gehalt der Kerne von Wurzelspitzen-Zellen.

Die Befunde der Messungen des DNS-Gehalts von vegetativen und Sperma-Kernen bei vier Gerstenformen zeigen, daß zum Zeitpunkt der Anthese die DNS-Replikationsphase bei vegetativen und Sperma-Kernen noch nicht abgeschlossen ist. Der DNS-Gehalt vegetativer Kerne von Wisa ist signifikant niedriger als die entsprechenden Werte der übrigen drei Gerstenformen. Der Verlauf der DNS-Replikation erfolgt bei beiden Spermakernen synchron. Hingegen verläuft die DNS-Replikation bei vegetativen und Sperma-Kernen mit großer Wahrscheinlichkeit nicht gleichsinnig.

Im Diskussionsteil wird erstens erläutert, daß bei allen bisher analysierten Pflanzenarten des zwei- oder dreikernigen Pollenkorn-Typs zum Zeitpunkt der Pollenreife die DNS-Replikation der generativen bzw. Sperma-Kerne eingesetzt hat, aber je nach Pflanzenart noch nicht beendet sein muß. Zum gleichen Zeitpunkt der Pollenkornentwicklung kann der vegetative Kern in Abhängigkeit von der Pflanzenart auf dem C-Niveau verharren, eine teilweise oder bereits abgeschlossene DNS-Replikation erfahren haben oder schon teilweise oder ganz degeneriert sein, ohne zuvor eine DNS-Replikation vollzogen zu haben. Zweitens wird in diesem Abschnitt diskutiert, daß mit großer Wahrscheinlichkeit im Ablauf der DNS-Replikation zwischen zwei- und dreikernigen Pollenkorn-Typen keine Unterschiede bestehen. Drittens wird die Hypothese vertreten, daß nur auf einem sehr frühen Stadium die normale Pollenkornentwicklung einschließlich des Ablaufs der DNS-Replikation insbesondere des vegetativen Kerns so abgewandelt werden kann, daß aus Pollenkörnern haploide Pflanzen erzeugt werden können.

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Authors and Affiliations

  1. Lehrstuhl für Allgemeine Genetik der Universität Hohenheim, Stuttgart, BRD

    C. U. Hsemann

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  1. C. U. Hsemann
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Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.

Angenommen durch F. Mechelke

Mein Dank grit Herrn Prof. Dr. F. Mechelke fiir die Anregung zu diesen Untersuchungen sowie fiir die Unterstfitzung und die kritischen Diskussionen w/ihrend ihres Verlaufs und Fr/iulein H. Nagel fiir zuverl/issige technische Hilfe.

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Hsemann, C.U. Untersuchungen zur Pollenentwicklung und Pollenschlauchbildung bei höheren Pflanzen. Theoret. Appl. Genetics 43, 232–241 (1973). https://doi.org/10.1007/BF00309139

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