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Untersuchungen zur Frage der DNS-Konstanz in der Embryonalentwicklung

Studies on the problem of DNA constancy during embryogenesis (Urodela, Triturus vulgaris)

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Wilhelm Roux' Archiv für Entwicklungsmechanik der Organismen Aims and scope Submit manuscript

Summary

  1. 1.

    During early embryogenesis (from morula to late tail-bud) of Triturus vulgaris the DNA content of isolated nuclei from various regions was measured cytophotometrically. The measurement data (50 to 70 for each region and developmental stage) were collated to so-called karyograms, which show the DNA doubling during interphase and serve for determining the “normal” DNA content (DNA value of G1-nuclei).

  2. 2.

    Thereby it became evident that the DNA content of G1-nuclei is not constant in the course of development, but varies with stage and region specifically. Beginning with high values, DNA decreases from morula to early gastrula. In the neuroectoderm (region 2), chordamesoderm (region 1), and endoderm (region 4) remarkable DNA increases of short duration occur at one time in the mid to late gastrula and at another time in the late neurula. By contrast in the presumptive epidermis an increase of DNA has only been detected during gastrulation.

  3. 3.

    With regard to the extent and rate of changes in DNA content there are good agreements on the one hand and considerable differences between various regions on the other.

  4. 4.

    In explantation experiments these results (with the exception of endoderm) could be confirmed for isolated material too. Thus non-induced ectoderm of the gastrula shows just the first DNA increase, but induced ectoderm shows also the second one. In isolated presumptive chordamesoderm both phases of DNA increase are visible, whereas isolated endoderm is characterized by absolute constancy of DNA.

  5. 5.

    In isolated ectoderm Actinomycin D (1 and 2 Μg/ml) prevents the additional DNA synthesis during gastrulation, whereas the second DNA increase is not impaired. (Actinomycin D does not interfere with the normal DNA reduplication.)

  6. 6.

    Puromycin (20 Μ/ml) has no influence on the DNA increase in the course of gastrulation and neurulation.

  7. 7.

    The temporal correlation of both phases of additional DNA synthesis with well-known embryological, cytological, and biochemical changes in the embryo leads to the assumption that the phase-specific increase of DNA is an expression of enhanced gene activity in definite regions of the embryo. The possibility of partial amplification of genes for the purpose of increase of transcription capacity is discussed, and a parallel is drawn with the multiplication of the nucleolus organizer during the maturation of oocytes.

Zusammenfassung

  1. 1.

    WÄhrend der frühen Embryogenese (Morula bis gestreckte Schwanzknospe) vonTriturus vulgaris wurde der DNS-Gehalt isolierter Zellkerne aus verschiedenen Keimbereichen Feulgen-photometrisch bestimmt. Die Me\werte (50–70 pro Bereich und Stadium) wurden zu Karyogrammen zusammengestellt, die die interphasische DNS-Verdopplung erkennen lassen und zur Ermittlung des „normalen“ DNS-Gehaltes (DNS-Menge der G1-Kerne) dienen.

  2. 2.

    Dabei konnte gezeigt werden, da\ die DNS-Menge der G1Kerne im Verlauf der Entwicklung keineswegs konstant, sondern Stadien- und regionsspezifisch verÄnderlich ist. Ausgehend von hohen Werten in der Morula nimmt die DNS-Menge zunÄchst bis zur frühen Gastrula ab. Im Neuroektoderm (Bereich 2), Chordamesoderm (Bereich 1) und Entoderm (Bereich 4) findet einmal in der mittleren bis spÄten Gastrula und ein zweites Mal in der spÄten Neurula eine kurzfristige DNS-Zunahme statt. In der prÄs. Epidermis (Bereich 3) ist dagegen nur wÄhrend der Gastrulation eine DNS-Vermehrung festzustellen.

  3. 3.

    Hinsichtlich Ausma\ und zeitlichem Verlauf der DNS-VerÄnderungen gibt es zwischen den Keimbereichen teils gute übereinstimmungen, teils charakteristische Unterschiede.

  4. 4.

    In Explantationsexperimenten lie\en sich diese am Ganzkeim gewonnenen Befunde (mit Ausnahme des Entoderms) auch für isolierte Keimteile vollauf bestÄtigen. So zeigt nichtinduziertes Gastrulaektoderm lediglich die erste, induziertes Ektoderm dagegen auch die zweite DNS-Vermehrung an. Der Organisatorbereich lÄ\t beide DNS-Vermehrungsphasen erkennen, wohingegen explantiertes Entoderm durch eine absolute DNS-Konstanz gekennzeichnet ist.

  5. 5.

    Im isolierten Ektoderm verhindert Actinomycin D in einer Konzentration von 1 und 2 Μg/ml die zusÄtzliche DNS-Vermehrung wÄhrend der Gastrulation, wÄhrend die zweite DNS-Zunahme nicht beeintrÄchtigt wird. (Die interphasische DNS-Verdopplung ist ebenfalls ungegestört.)

  6. 6.

    Puromycin (20 Μg/ml) hat keinen Einflu\ auf die DNS-Zunahme wÄhrend Gastrulation und Neurulation. (Die DNS-Replikation verlÄuft normal.)

  7. 7.

    Die zeitliche enge Korrelation der beiden DNS-Vermehrungsphasen mit bekannten cytologischen, entwicklungsphysiologischen und biochemischen VerÄnderungen im Keim stützt die Annahme, da\ die phasenspezifische Erhöhung des DNS-Gehaltes Ausdruck einer gesteigerten GenaktivitÄt in bestimmten Keimbereichen ist. Es wird die Möglichkeit einer multiplen partiellen Replikation von Genen zwecks Steigerung der TranskriptionskapazitÄt diskutiert und eine Parallele zur Vermehrung des Nukleolus-Organisators wÄhrend der Oocytenreifung gezogen.

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  1. Lehrstuhl für Experimentelle Morphologie, Zoologisches Institut der UniversitÄt Köln, Deutschland

    Klaus Lohmann

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  1. Klaus Lohmann
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Mein besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr. W. Vahs für die Anregung zu dieser Arbeit und für seine Unterstützung im Verlauf der Untersuchungen.

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Lohmann, K. Untersuchungen zur Frage der DNS-Konstanz in der Embryonalentwicklung. W. Roux' Archiv f. Entwicklungsmechanik 169, 1–40 (1972). https://doi.org/10.1007/BF00575791

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