Summary
-
1)
3H-Uridine incorporation into the RNA of eggs ofMusca domestica was measured by means of autoradiography. In addition, protein synthesis was studied by measuring incorporation of3H-amino acids.
-
2)
The onset of embryonic RNA synthesis was found to occur after the 10. division of the cleavage nuclei.
-
3)
Protein synthesis occurs in mature oocytes as well as in freshly laid eggs. The rate of synthesis in fertilized eggs begins to increase when the cleavage nuclei penetrate the periplasma. At the end of blastodermal development, the rate of protein synthesis reaches a value which remains constant until differentiation of the germ layers. Immediately after deposition of the eggs, the rate of incorporation of3H-amino acids is higher in unfertilized eggs than in fertilized ones.
-
4)
At oviposition the radioactivity is uniformly distributed over the whole egg. During further development more radioactivity is accumulated in the periplasm than in the inner part of the egg. Already before penetration of the cleavage nuclei, a higher rate of protein synthesis is observed in the posterior pole-plasm than in any other part of the periplasm.
-
5)
Immediately before the beginning of organogenesis, a region specific incorporation of3H-amino acids into nuclei can be observed.
-
6)
The rÔle of the maternal RNA in protein synthesis in the developing egg as well as its rÔle in the determination of certain egg regions (especially of the posterior pole-plasm) is discussed. The beginning of RNA synthesis and the simultaneous increase in the rate of protein synthesis are interpreted as processes of embryonic differentiation. It is assumed that the maternal RNA stored in the pole-plasm has a determinative function.
Zusammenfassung
-
1)
An Eiern vonMusca domestica wurde der3H-Uridin-Einbau inde novo gebildete RNS autoradiographisch untersucht. In gleicher Weise wurde mit einem3H-AminosÄure-Gemisch die Proteinsynthese bestimmt.
-
2)
Die erste embryonale RNS-Synthese wurde nach dem 10. Teilungsschritt der Furchungskerne gefunden.
-
3)
Eine Proteinsynthese findet sowohl in reifen Oocyten wie in frisch abgelegten Eiern statt. Die Syntheserate steigt bei den befruchteten Eiern vom Eintritt der Kerne in das Periplasma an und erreicht mit der Vollendung des Blastoderms ein Niveau, das bis zur Keimblattbildung erhalten bleibt. Bei den unbefruchteten Kontrollen ist die Markierung unmittelbar nach der Ablage höher als bei den befruchteten Eiern. Sie nimmt mit zunehmendem Alter der Eier kontinuierlich ab.
-
4)
Die Markierung liegt nach der Ablage gleichmÄ\ig verteilt über dem ganzen Ei. Mit fortlaufender Entwickliung wird sie im Bereich des Blastams stÄrker als im Eiinnern. Im hinteren Polplasma wird unabhÄngig davon bereits vor dem Eintritt der Furchungskerne eine stÄrkere Proteinsynthese gemessen als in den übrigen Periplasmabereichen.
-
5)
Unmittelbar vor Beginn der Organanlagen-Differenzierung ist eine regionspezifische Proteinmarkierung der Kerne zu beobachten.
-
6)
Die Bedeutung der mütterlichen Matrizen für die Proteinsynthese im jungen Ei und für die Determination einzelner Keimbreiche wird diskutiert. Das Einsetzen der RNS-Synthese und der gleichzeitige Anstieg der Proteinsynthese werden als embryonale DifferenzierungsvorgÄnge gedeutet. Im Bereich der Polplasmas wird eine determinative Rolle dort gespeicherter, mütterlicher RNS angenommen.
Similar content being viewed by others
Literatur
Achtelig, M., Krause, G.: Experimente am ungefurchten Ei vonPimpla turionellae L. (Hymenoptera) zur Funktionsanalyse des Oosombereichs. Wilhelm Roux' Archiv167, 164–182 (1971).
Andersen, D. T.: The comparative embryology of theDiptera. Ann. Rev. Entomol.11, 23–46 (1966).
Bantock, C. R.: Chromosome elimination in Cecidomyidae. Nature (Lond.)190, 466–467 (1961).
Beermann, W.: Der Nucleolus als lebenswichtiger Bestandteil des Zellkerns. Chromosoma (Berl.)11, 263–296 (1960).
Berg, W. E.: Kinetics of uptake and incorporation of valine in the sea urchin embryo. Exp. Cell Res.49, 379–395 (1968).
Bier, K.: Beziehung zwischen NÄhrzellkerngrö\e und Ausbildung ribonucleinsÄurehaltiger Strukturen in den Oocyten vonFormica rufa rufo-pratensis minor (Gössw.). Verh. Dtsch. Zool. Ges. Freiburg 1952. Zool. Anz., Suppl.16, 369–374 (1953).
—: Autoradiographische Untersuchungen über die Leistungen des Follikelepithels und der NÄhrzellen bei der Dotterbildung und Eiwei\synthese im Fliegenovar. Wilhelm Roux' Arch.154, 552–575 (1963).
—: Oogenese, das Wachstum von Riesenzellen. Naturwissenschaften54, 189–195 (1967).
Brachet, J.: Biochemical changes during fertilization and early embryonic development. Cell differentiation, p. 39–64. London: Churchill 1967.
Brown, D. D., Gurdon, J. B.: Absence of ribosomal RNA synthesis in the anucleolate mutant ofXenopus laevis. Proc. nat. Acad. Sci (Wash.)51, 139–146 (1964).
Bhuiyan, N. I., Shafiq, S. A.: The differentiation of the posterior pole-plasm in the houseflyMusca vicina Macquart. Exp. Cell Res.16, 427–429 (1958).
Clement, A. C., Tyler, A.: Protein-synthezising activity of the anucleate polar lobe of the mud snailIlyanassa obsoleta. Science158, 1457 (1967).
Denny, P. C., Tyler, A.: Activation of protein biosynthesis in non-nucleate fragments of sea urchin eggs. Biochem. biophys. Res. Commun.14, 245–250 (1964).
Ecker, R. E., Smith, L. D.: Kinetics of protein synthesis in enucleate frog oocytes. Science160, 1115–1117 (1968).
Ellis, C.: The genetic control of sea urchin development: A chromatographic study of protein synthesis in theArbacia punctulata embryo. J. exp. Zool.163, 1–22 (1966).
Engels, W.: Verteilungsmuster und Ultrastruktur des Glykogens in der Oocyte vonMusca domestica. Wilhelm Roux' Archiv167, 294–298 (1971).
— Bier, K.: Zur Glykogenspeicherung wÄhrend der Oogenese und ihrer vorzeitigen Auslösung durch Blockierung der RNS-Versorgung (Untersuchungen anMusca domestica L.). Wilhelm Roux' Arch.158, 64–88 (1967).
— Ribbert, D.: Nucleid acid, amino acid, and carbohydrate metabolism of nurse cell nucleoli inMusca domestica. Experientia (Basel)25, 805–807 (1969).
Geyer-Duszynska, I.: Experimental research on chromosome elimination inCecidomyidae (Diptera). J. exp. Zool.141, 391–448 (1959).
Gross, P. R.: The immediacy of genomic control during early development. J. exp. Zool.157, 21–38 (1964).
Günther, J.: EntwicklungsfÄhigkeit, GeschlechtsverhÄltnis und FertilitÄt vonPimpla turionellae L. (Hymenoptera, Ichneumonidea) nach Röntgenbestrahlung oder Abschnürung des Eihinterpols. Zool. Jb., Abt. Anat. u. Ontog.88, 1–46 (1971).
Gurdon, J. B., Woodland, H. R.: The cytoplasmatic control of nuclear activity in animal development. Biol. Rev.43, 233–267 (1968).
Hansen-Delkeskamp, E., Sauer, H. W., Duspiva, F.: RibonucleinsÄuren in der Embryogenese vonAcheta domestica. Z. Naturforsch.22b, 540–545 (1967).
Harris, S. E., Forrest, H. S.: RNA and DNA synthesis in developing eggs of the milkweed bug,Oncopeltus fasciatus (Dallas). Science156, 1613–1615 (1967).
—: Template properties of embryo chromatin from eggs of the milkweed bug,Oncopeltus fasciatus. Develop. Biol.23, 324–343 (1970).
Hegner, R. W.: Effects of removing the germ cell determinants from the eggs of some chrysomelid beetles. Biol. Bull.16, 19–26 (1909).
Hinton, H. E.: The respiration system of the eggshell of the common housefly. J. Insect Physiol.13, 647–651 (1967).
Kowalesvsky, A.: Zur embryonalen. Entwicklung der Musciden. Biol. Zbl.6, 49–54 (1886–1887).
Krause, G., Sander, K.: Ooplasmic reaction systems in insect embryogenesis. Advanc. Morphogenes.2, 259–303 (1962).
Lockshin, R. A.: Insect embryogenesis: macromolecular synthesis during early development. Science154, 775–776 (1966).
Mahowald, A. P.: Polar granules ofDrosophila. II. Ultrastructural changes during early embryogenesis. J. exp. Zool.167, 237–262 (1968).
—: Polar granules ofDrosophila. IV. Cytochemical studies showing loss of RNA from polar granules during early stages of embryogenesis. J. exp. Zool.176, 345–352 (1971).
Malkin, L. I., Gross, P. R., Romanoff, P.: Polyribosomal protein synthesis in fertilized sea urchin eggs: the effect of Actinomycin treatment. Develop. Biol.10, 378–394 (1964).
Meng, C.: Strukturwandel und histochemische Befunde insbesondere am Oosom wÄhrend der Oogenese und nach der Ablage des Eies vonPimpla turionellae L. (Hymenoptera, Ichneumonidae). Wilhelm Roux' Archiv.161, 162–208 (1968).
—: Autoradiographische Untersuchungen am Oosom in der Oocyte vonPimpla turionellae L. (Hymenoptera). Wilhelm Roux'Archiv165, 35–52 (1970).
Monroy, A., Tyler, A.: The activation of the egg. In: Fertilization I. (Metz and Monroy). p. 369–412. London: Acad. Press 1967.
Nicklas, R. B.: An experimental and descriptive study of chromosome elimination inMiastor spec. (Cecidomyidae, Diptera). Chromosoma (Berl.)10, 301–336 (1959).
Noack, W.: BeitrÄge zur Entwicklungsgeschichte der Musciden. Z. wiss. Zool.70, 1–57 (1901).
Pauli, M. E.: Die Entwicklung geschnürter und centrifugierter Eier vonCalliphora erythrocephala undMusca domestica. Z. wiss. Zool.129, 483–540 (1927).
Petzelt, Ch., Bier, K.: Hemmung und Induktion von Proteinsynthesen durch Actinomycin in den wachsenden Oocyten vonMusca domestica. Wilhelm Roux' Archiv.164, 341–358 (1970).
Reith, F.: Die Entwicklung des Musca-Eies nach Ausschaltung verschiedener Eibereiche. Z. wiss. Zool.126, 181–238 (1925).
Sacca, G.: Comparative bionomics in the genusMusca. Ann. Rev. Entomol.9, 341–348 (1964).
Scriba, M. E. L.: Embryonale Entwicklungsstörungen bei Nullosomie und Tetrasomie des 3. Chromosoms vonDrosophila melanogaster. Develop. Biol.19, 160–177 (1969).
Schwalm, F. E., Simpson, R., Bender, H. A.: Early development of the Kelp Fly,Coelopa frigida (Diptera). Ultrastructural changes within the polar granules during pole cell formation. Wilhelm Roux'Archiv166, 205–218 (1971).
Seidel, F.: Die Determinierung der Keimanlage bei Insekten. I. Biol. Zbl.46, 331–343 (1926).
— Bock, E., Krause, G.: Die Organisation des Insekteneies (Reaktionsablauf, InduktionsvorgÄnge, Eitypen). Naturwissenschaften28, 433–446 (1940).
Trepte, H.-H.: über den Einflu\ der larvalen und imaginalen ErnÄhrung auf die Entwicklung bei der StubenfliegeMusca domestica. Staatsexamensarbeit Zool. Inst. Münster (1967).
Wegener, G., KlÄner, S., Sauer, H. W.: Proteine in der Frühentwicklung der Grille (cheta dtomesticus, Orthoptera). Wilhelm Roux' Archiv167, 118–138 (1971).
Weismann, A.: Die Entwicklung der Dipteren im Ei.Musca vomitoria. Z. wiss. Zool.13, 159–220 (1863).
Author information
Authors and Affiliations
Additional information
Meinem verstorbenen Lehrer Prof. Dr. K. Bier bin ich für viele Anregungen und Hilfen zu gro\em Dank verpflichtet.
Mit Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft.
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Pietruschka, F., Bier, K. Autoradiographische Untersuchungen zur RNS- und Protein-Synthese in der frühen Embryogenese vonMusca domestica . W. Roux' Archiv f. Entwicklungsmechanik 169, 56–69 (1972). https://doi.org/10.1007/BF00575793
Received:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF00575793