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Gestörte Granabildung in Chloroplasten einer Chlorina-Mutante von Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.

Disturbed grana-formation in chloroplasts of a Chlorina-mutant of Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.

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Summary

Chloroplasts in the palisade cells of rosette leaves of Arabidopsis thaliana have been compared in the green wild type and in a vital chlorina mutant (ch 3) using light-, fluorescence-, and electron microscopy.

In the chloroplasts of the wild type in face view a regular distribution of grana was revealed by light- and fluorescence microscopy. In side view under the electron microscope the formation of grana and intergrana regions corresponds to the reported chloroplast fine structure in other higher plants.

In the chloroplasts of the mutant form this normal grana formation is not visible when analysed under the light- and fluorescence microscope. Under the electron microscope, three different types of chloroplasts have been distinguished: type I, in which the thylakoid system remains largely undifferentiated; type II, in which stacking processes take place comparable to those reported for the Anthoceros chloroplast but different from those of the wild type plastid in Arabidopsis; and type III, in which the stacking of thylakoids leads to a predominantly conjunctive arrangement which may reach the aspect of “normal grana” in side view.

On the basis of complete series of cross sections spatial models have been constructed for the more complicated stacking in chloroplasts of type II and III, and their development has been explained by invagination and sliding over processes.

Zusammenfassung

Die Chloroplasten in Palisadenzellen aus Rosettenblättern von Arabidopsis thaliana wurden an der grünen Normalform und einer vitalen chlorina-Mutante (ch 3) vergleichend licht-, fluorescenz- und elektronenmikroskopisch untersucht.

Die Chloroplasten der grünen Normalform zeigen in Aufsicht licht-und fluorescenzmikroskopisch eine regelmäßige Granaverteilung. Elektronenmikroskopisch entspricht die Ausbildung der Grana- und Intergranabereiche in Profilansicht den Befunden an Chloroplasten anderer höherer Pflanzen.

Bei der licht- und fluorescenzmikroskopischen Analyse der Chloroplasten der Mutante fehlt eine entsprechende Granaordnung. Elektronenmikroskopisch lassen sich drei verschiedene Chloroplastentypen nachweisen: Bei Typ I kann das Thylakoidsystem in den Chloroplasten weitgehend undifferenziert bleiben; bei Typ II erfolgt eine von der grünen Normalform abweichende Schichtenbildung in den Chloroplasten, wie sie bislang nur von Anthoceros bekannt ist; bei Typ III werden in Profilansicht Stapel mit vornehmlich konjunktiver Schichtung vom Aspekt “normaler Grana” erreicht.

An Hand von kompletten Schnittserien wird die Stapelbildung für die komplizierteren Chloroplasten-Typen II und III in räumlichen Modellen dargestellt; ihre Entwicklung wird als Folge von Invaginations-und Überschiebungsprozessen gedeutet.

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Literatur

  • Badenhuizen, N. P.: The early development of the plastids in the stem meristem of normal and chlorotic shoots of Cynodon dactylon. Port. Acta biol. A 8, 57–68 (1964).

    Google Scholar 

  • Bogorad, L., G. Pires, H. Swift, and W. J. McIlrath: The structure of chloroplasts in leaf tissue of iron deficient Xanthium. Brookhaven Symp. Biol. 11, 132–136 (1958).

    Google Scholar 

  • Döbel, P.: Untersuchungen zur Morphologie der Chloroplasten von Tomaten-Mutanten. Kulturpflanze 7, 168–183 (1959).

    Google Scholar 

  • —: Untersuchung der Wirkung von Streptomycin-, Chloramphenicol- und 2-Thiouracil-Behandlung auf die Plastidenentwicklung von Lycopersicon esculentum Miller. Biol. Zbl. 82, 275–295 (1963).

    Google Scholar 

  • Drawert, H., u. M. Mix: Licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen an Desmidiaceen. V. Mitt.: Über die Veränderlichkeit der Chloroplastenstruktur bei Micrasterias rotata. Planta (Berl.) 56, 648–665 (1961a).

    Google Scholar 

  • ——: Licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen an Desmidiaceen. VI. Der Einfluß von Antibiotica auf die Chloroplastenstruktur bei Micrasterias rotata. Planta (Berl.) 57, 51–70 (1961b).

    Google Scholar 

  • Düvel, D.: Beiträge zur Kenntnis der Struktur und Entwicklung der Chloroplasten. Protoplasma (Wien) 44, 239–258 (1955).

    Google Scholar 

  • —, u. W. Mevius Jr.: Zur Fluoreszenz der Granen im Chloroplasten. Naturwissenschaften 39, 23 (1952).

    Google Scholar 

  • Eriksson, G., A. Kahn, B. Walles u. D. v. Wettstein: Zur makromolekularen Physiologie der Chloroplasten. III. Ber. dtsch. bot. Ges. 74, 221–232 (1961).

    Google Scholar 

  • Faludi, B., A. F. Daniel, and G. Kelemen: Increased photosensitivity of leaf pigments and its relation to the respiratory system in albino mutants of corn. Physiol. Plantarum (Copenh.) 12, 227–236 (1960).

    Google Scholar 

  • Gottschalk, W., u. F. Müller: Quantitative Pigmentuntersuchungen an strahlen-induzierten Chlorophyllmutanten von Pisum sativum. I. Die Letalmutanten. Planta (Berl.) 61, 259–282 (1964a).

    Google Scholar 

  • ——: Quantitative Pigmentuntersuchungen an strahleninduzierten Chlorophyllmutanten von Pisum sativum. II. Die fertilen und sterilen Chlorophyllmutanten. Planta (Berl.) 62, 1–21 (1964b).

    Google Scholar 

  • Hagemann, R.: Die Plastidenentwicklung in Tomaten-Kotyledonen. Biol. Zbl. 79, 393–411 (1960).

    Google Scholar 

  • Hager, A., u. T. Bertenrath: Verteilungschromatographische Trennung von Chlorophyllen und Carotinoiden grüner Pflanzen an Dünnschichten. Planta (Berl.) 58, 564–568 (1962).

    Google Scholar 

  • Heslop-Harrison, J.: Effect of 2-thiouracil on cell differentiation and leaf morphogenesis in Cannabis sativa. Ann. Bot., N. S. 26, 375–387 (1962).

    Google Scholar 

  • —: The ultrastructure of some chemically-induced somatic chloroplast mutants in Cannabis sativa L. Port. Acta biol. A 8, 13–40 (1963/64).

    Google Scholar 

  • Hodge, A. J., J. D. McLean, and F. V. Mercer: Ultrastructure of the lamellae and grana in the chloroplasts of Zea mays L. J. biophys. biochem. Cytol. 1, 605–613 (1955).

    Google Scholar 

  • Hohl, H. R.: Über die submikroskopische Struktur normaler und hyperplastischer Gewebe von Datura stramonium. I. Teil. Normalgewebe. Ber. schweiz. bot. Ges. 70, 395–439 (1960).

    Google Scholar 

  • Klein, S.: The effect of low temperature on the development of the lamellar system in chloroplasts. J. biophys. biochem. Cytol. 8, 529–538 (1960).

    PubMed  Google Scholar 

  • —, G. Bryan, and L. Bogorad: Early stages in the development of plastid fine structure in red and far-red light. J. Cell Biol. 22, 433–442 (1964).

    Article  Google Scholar 

  • Koski, V. M., and J. H. C. Smith: Chlorophyll formation in a mutant white seedling-3. Arch. Biochem. 34, 189–195 (1951).

    PubMed  Google Scholar 

  • Lamprecht, H.: Über Blattfarben von Phanerogamen. Klassifikation, Terminologie und Gensymbole von Chlorophyll- und anderen Farbmutanten. Agr. Hort. Genet. 18, 135–168 (1960).

    Google Scholar 

  • Lamprecht, I.: Die Feinstruktur der Plastiden von Tradescantia albiflora (KTH.) bei Eisenmangelchlorose. II. Elektronenmikroskopische Untersuchungen. Protoplasma (Wien) 53, 162–199 (1961).

    Google Scholar 

  • Lefort, M.: Structure fine des chloroplastes normales chez Lycopersicum esculentum: liaisans grana-stroma. C. R. Acad. Sci. (Paris) 244, 2957–2959 (1957a).

    Google Scholar 

  • —: Structure inframicroscopique des chloroplastes de deux types de mutants chlorophylliens: xantha et viridis. C. R. Acad. Sci. (Paris) 245, 437–440 (1957b).

    Google Scholar 

  • —: Etude de quelques mutants chlorophylliens induits chez Lycopersicum esculentum Mill. Analyse des pigments et de l'infrastructure des chloroplastes normaux et altérés. Rev. Cytol. et Biol. végét. 20, 1–160 (1959).

    Google Scholar 

  • Luft, J. H.: Permanganate — a new fixative for electron microscopy. J. biophys. biochem. Cytol. 2, 799–801 (1956).

    PubMed  Google Scholar 

  • Manton, I.: Observation on plastid development in the meristem of Anthoceros. J. exp. Bot. 13, 325–333 (1962).

    Google Scholar 

  • Marinos, N. G.: Studies on submicroscopic aspects of mineral deficiencies. I. Calcium deficiency in the shoot apex of barley. Amer. J. Bot. 49, 834–841 (1962).

    Google Scholar 

  • —: Studies on submicroscopic aspects of mineral deficiencies. II. Nitrogen, potassium, sulfur, phosphorus, and magnesium deficiencies in the shoot apex of barley. Amer. J. Bot. 50, 998–1005 (1963).

    Google Scholar 

  • Maruyama, K.: Electron microscope observation on the development of chloroplasts of Avena and chlorophyll-deficient mutants. Cytologia (Tokyo) 26, 105–115 (1961).

    Google Scholar 

  • McKelvie, A. D.: A list of mutant genes in Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. Radiat. Bot. 1, 233–241 (1962).

    Google Scholar 

  • Menke, W.: Weitere Untersuchungen zur Entwicklung der Plastiden von Oenothera hookeri. 3. Mitt. zur Entwicklungsgeschichte der Plastiden. Z. Naturforsch. 15b, 479–482 (1960a).

    Google Scholar 

  • —: Über ein Modell der Plastidenmutation. Z. Vererbungsl. 91, 152–157 (1960b).

    Google Scholar 

  • Menke, W.: Über die Chloroplasten von Anthoceros punctatus. 5. Mitt. zur Entwicklungsgeschichte der Plastiden. Z. Naturforsch. 16b, 334–336 (1961).

    Google Scholar 

  • —: Structure and chemistry of plastids. Ann. Rev. Plant Physiol. 13, 27–44 (1962).

    Article  Google Scholar 

  • Mercer, F. V., M. Nittim, and J. V. Possingham: The effect of manganese deficiency on the structure of spinach chloroplasts. J. Cell Biol. 15, 379–381 (1962).

    PubMed  Google Scholar 

  • Mühlethaler, K., u. A. Frey-Wyssling: Entwicklung und Struktur der Plastiden. J. biophys. biochem. Cytol. 6, 507–512 (1959).

    PubMed  Google Scholar 

  • Nybom, N.: The pigment characteristics of chlorophyll mutations in barley. Hereditas (Lund) 41, 483–498 (1955).

    Google Scholar 

  • Robertson, J. D.: A molecular theory of cell membrane structure. Verh. 4. Intern. Kongr. Elektronenmikrosk., Berlin 1958, Bd. II, S. 159–171. Berlin-Göttingen-Heidelberg: Springer 1960.

    Google Scholar 

  • Röbbelen, G.: Über die Protochlorophyllreduktion in einer Mutante von Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. Planta (Berl.) 47, 532–546 (1956).

    Google Scholar 

  • —: Untersuchungen an strahleninduzierten Blattfarbmutanten von Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. Z. indukt. Abstamm.- u. Vererb.-L. 88, 189–252 (1957).

    Google Scholar 

  • —: Untersuchungen über die Entwicklung der submikroskopischen Chloroplastenstruktur von Arabidopsis thaliana. Z. Vererbungsl. 90, 503–506 (1959).

    PubMed  Google Scholar 

  • Rossner, W.: Licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen über den Einfluß von Streptomycin auf Sinapis alba L. Protoplasma (Wien) 52, 580–610 (1960).

    Google Scholar 

  • —: Der Einfluß von Streptomycin auf Cyanophyceen. II. Mitt. Elektronenmikroskopische Untersuchungen an Phormidium minnesotense (Tilden) Drouet. Planta (Berl.) 60, 166–177 (1963).

    Google Scholar 

  • Sager, R., and M. Zalokar: Pigments and photosynthesis in a carotenoid-deficient mutant of Chlamydomonas. Nature (Lond.) 182, 98–100 (1958).

    Google Scholar 

  • Sagromsky, H.: Zur Chlorophyllbildung bei Aureaformen. I. Z. Naturforsch. 11b, 548–554 (1956).

    Google Scholar 

  • Schlote, F. W.: Zellforschung mit Elektronenmikroskop und Mikromanipulator. Leitz-Mitt. Wiss. Techn. 1, 42–46 (1959).

    Google Scholar 

  • Schnepf, E.: Zur Cytologie und Physiologie pflanzlicher Drüsen. IV. Licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen an Septalnektarien. Protoplasma (Wien) 58, 137–171 (1964).

    Google Scholar 

  • Schötz, F.: Pigmentanalytische Untersuchungen an Oenothera. I. Vorversuche und Analyse der Blätter und Blüten von Oenothera suaveolens Desf., Mutante “Weißherz”. Planta (Berl.) 58, 411–434 (1962).

    Google Scholar 

  • Siegesmund, K. A., W. G. Rosen, and S. R. Gawlik: Effects of darkness and of streptomycin on the fine structure of Euglena gracilis. Amer. J. Bot. 49, 137–145 (1962).

    Google Scholar 

  • Signol, M. M.: Comparison de l'action de la dihydro-streptomycine à celle de l'acide 3-(α-iminoéthyl)-5-méthyltétronique sur l'infrastructure des chloroplastes de Zea mays (L.). C. R. Acad. Sci. (Paris) 252, 1993–1995 (1961).

    Google Scholar 

  • Sitte, P.: Zum Chloroplastenfeinbau bei Elodea. Port. Acta biol. A 6, 269–278 (1962).

    Google Scholar 

  • Smith, J. H. C., L. J. Durham, and C. F. Wurster: Formation and bleaching of chlorophyll in albino corn seedlings. Plant Physiol. 34, 340–345 (1959).

    Google Scholar 

  • Strugger, S., u. M. Losada-Villasante: Die Plastiden in den albicaten Geweben der Blätter einer mediovariegaten Form von Chlorophytum comosum. Protoplasma (Wien) 45, 540–551 (1956).

    Google Scholar 

  • Strunk, C., u. H. Wartenberg: Licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen der Chloroplasten chlorotischer Maispflanzen. Phytopath. Z. 38, 109–122 (1960).

    Google Scholar 

  • Sun, C. N.: The effect of genetic factors on the submicroscopic structure of soybean chloroplasts. Cytologia (Tokio) 28, 257–263 (1963).

    Google Scholar 

  • Thomson, W. W., and T. E. Weier: The fine structure of chloroplasts from mineral-deficient leaves of Phaseolus vulgaris. Amer. J. Bot. 49, 1047–1055 (1962).

    Google Scholar 

  • Velemínský, J., and G. Röbbelen: Chlorophyll formation and fine structure of chloroplasts in a chlorina mutant of Arabidopsis thaliana. Proc. Symp. Arabidopsis Research, Göttingen, April 21–24. 1965, im Druck. Göttingen: Inst. Pflanzenbau, Univ. 1965.

    Google Scholar 

  • Virgin, H. I., A. Kahn, and D. v. Wettstein: The physiology of chlorophyll formation in relation to structural changes in chloroplasts. Photochem. Photobiol. 2, 83–91 (1963).

    Google Scholar 

  • Wallace, R. H., and H. M. Habermann: Genetic history and general comparisons of two albino mutations of Helianthus annuus. Amer. J. Bot. 46, 157–162 (1959).

    Google Scholar 

  • Walles, B.: Macromolecular physiology of plastids. IV. On amino acid requirements of lethal chloroplast mutants of barley. Hereditas (Lund) 50, 317–344 (1963).

    Google Scholar 

  • Wehrmeyer, W.: Zur Klärung der strukturellen Variabilität der Chloroplastengrana des Spinats in Profil und Aufsicht. Planta (Berl.) 62, 272–293 (1964a).

    Google Scholar 

  • —: Über Membranbildungsprozesse im Chloroplasten. II. Mitt. zur Entstehung der Grana durch Membranüberschiebung. Planta (Berl.) 63, 13–30 (1964b).

    Google Scholar 

  • —, u. G. Röbbelen: Räumliche Aspekte zur Membranschichtung in den Chloroplasten einer Arabidopsis-Mutante unter Auswertung von Serienschnitten. III. Mitt. über Membranbildungsprozesse im Chloroplasten. Planta (Berl.) 64, 312–329 (1965).

    Google Scholar 

  • Wettstein, D. v.: Chlorophyll-Letale und der submikroskopische Formwechsel der Plastiden. Exp. Cell Res. 12, 427–506 (1957).

    PubMed  Google Scholar 

  • —: The formation of plastid structures. Brookhaven Symp. Biol. 11, 138–159 (1958).

    Google Scholar 

  • —: Multiple allelism in induced chlorophyll mutants of barley. Hereditas (Lund) 46, 767–770 (1960a).

    Google Scholar 

  • —: Multiple allelism in induced chlorophyll mutants. II. Error in the aggregation of the lamellar discs in the chloroplast. Hereditas (Lund) 46, 700–708 (1960b).

    Google Scholar 

  • Wilsenach, R.: Differentiation of the chloroplast of Anthoceros. J. Cell Biol. 18, 419–428 (1963).

    PubMed  Google Scholar 

  • Wolf, F. T.: The chloroplast pigments of certain soybean mutants. Bull. Torrey bot. Club 90, 139–143 (1963).

    Google Scholar 

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Authors and Affiliations

  1. Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung der Universität Göttingen, Göttingen, Deutschland

    Gerhard Röbbelen & Werner Wehrmeyer

  2. Botanischen Institut der Tierärztlichen Hochschule Hannover, Hannover, Deutschland

    Gerhard Röbbelen & Werner Wehrmeyer

Authors
  1. Gerhard Röbbelen
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  2. Werner Wehrmeyer
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Röbbelen, G., Wehrmeyer, W. Gestörte Granabildung in Chloroplasten einer Chlorina-Mutante von Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. . Planta 65, 105–128 (1965). https://doi.org/10.1007/BF00384991

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