Zusammenfassung
Der Einfluß verschiedener Vor- und Nachbehandlungen (submerse Quellung, Ankeimung, Rücktrocknung und Lagerung) auf die aberrationsauslösende Wirksamkeit von N-Nitroso-N-Methylharnstoff (NMH) bei Gerste wurde untersucht. In dem verwendeten Saatgut (‘Frigga’, Ernte 1964) liefen die ersten Mitosen während der Keimung weitgehend synchron ab, und die Kerne der Embryozellen waren im G1-Stadium der Interphase sistiert.
Stoffwechselvorgänge können in submers gehaltenen Karyopsen nur begrenzt ablaufen. Die Sensibilität der Karyopsen gegenüber NMH blieb bei längeren Vorquellzeiten, nach einem anfänglichen Anstieg, unverändert. Submerse Quellung nach der mutagenen Behandlung bis zu vier Stunden (bei 24 °C) verminderte die Frequenz von Chromosomenaberrationen signifikant. Wurde die mutagene Behandlungszeit variiert, nahm dieser Effekt mit zunehmender Behandlungszeit ab.
Es wird gefolgert, daß die zu Aberrationen führenden, durch NMH bewirkten Primärreaktionen schnell erfolgen, und zwar im wesentlichen während der Behandlungszeit und in den ersten vier Stunden der Nachquellung. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich die Chromosomen in den Embryozellen noch im G1-Stadium der Interphase; demnach erfolgt die Induktion von primären Läsionen in nicht-replizierenden Chromosomen.
Weitere Experimente haben gezeigt, daß die erste S-Phase nach etwa zwölf Stunden Keimung ablief. Erfolgte die mutagene Behandlung während dieser Zeit, so erschienen nach verschiedenen Fixierungszeiten zwei Maxima aberranter Zellen mit einem zwölfstündigen Abstand (entsprechend etwa einem Mitosezyklus). NMH-induzierte Primärläsionen werden daher offenbar erst während der jeweils folgenden Chromosomenreduplikation zu cytologisch nachweisbaren Aberrationen realisiert.
Die Rücktrocknung behandelter Karyopsen verminderte die Frequenzen NMH-induzierter Aberrationen. Eine Lagerung der rückgetrockneten Karyopsen hatte auf diesen Effekt keinen weiteren Einfluß. Rücktrocknung und Lagerung wirken also nicht schädigend und können bei praktischen Mutationsversuchen angewendet werden.
Summary
The influence of various pre- and post-treatments (submersion, germination, back-drying, and storage of the redried seeds) on the aberration-inducing activity of N-nitroso-N-methylurea was studied in barley. The mutagenic activity of the agent was determined by scoring the number of chromosomal aberrations in root-meristems after various recovery times. The seed material used (variety ‘Frigga’, harvested 1964) was especially favourable, since all the nuclei of the meristem cells were arrested at G1 of interphase.
The metabolic activity of meristem cells is low if the seeds are kept submersed. During the first hours of pre-soaking the sensitivity of the karyopses to nitrosomethylurea increased and remained constant later on. Submersion up to 4 hours (at 24 °C) after mutagenic treatment significantly decreased the frequency of induced aberrations. This effect decreased with increasing length of mutagenic treatment.
It is concluded that the induced primary reactions (leading to chromosomal aberrations) take place quickly and mainly during the mutagenic treatment and the first four hours of post-soaking. At this time the nuclei of the meristem cells are still at G1 of interphase (Künzel 1968); thus, the induction of primary lesions occurs within non-replicating chromosomes.
Other experiments have shown that the first DNA synthesis took place after about 12 hours of germination in seeds submersed in water for 10 hours. If the mutagenic treatment was given during this period, two maxima of aberrant cells occurred separated by an interval of 12 hours (this is about the time of one mitotic cycle). These results indicate that primary lesions become transformed to structural chromosomal changes in the course of the following chromosomal replication.
Back-drying of seeds treated with nitrosomethylurea decreased the frequency of chromosomal aberrations. Storage of redried seeds did not influence this effect further on. Redrying and storage, therefore, have no damaging effects and can be used in practical mutation experiments.
Краткое содержание
Исследуется влияние различных предварительных и последующих манипуляций (субмерзное набухание, проращивание, высушивание после обработки, хранение) иа ¶rt;ффективность N-нитрозо-N-метилмо чевины (HMM) при индуцировании хромосомальных аберраций у ячемня. В подопытном посевном материале (сорт ‘Фригга’, урожая 1964 г.) первые митозы во время прорастания протекали достаточно синхронно и ядра клеток зародыша фиксировались в стадии интерфазы G1.
Процессы обмена веществ погруженных зерновок могут протекать только в ограниченной степени. Чувствительность зерновок к воздействию НММ оставалась при продолжительном времени предварительного набухания, носле начального усиления, неизменной. Субмерзное набухание после мутагенной обработки (до 4 часов при 24 °C) сигнификантно уменьшало частоту хромосомальных аберраций. При вариировании продолжительности обработки ¶rt;тот ¶rt;ффект усилялся с удлинением обработки.
Делается вывод, что первичные реакции, вызванные НММ и ведущие к аберрациям, происходят очень скоро: главным образом во время обработки и в первые 4 часа вторичного набухания (после обработки). К ¶rt;тому времени хромосомы в ¶rt;мбриональных клетках находятся ещ:е в стадии интерфазы G1; следовательно индукция первичных повреждений происходит в нерепдицированных хромосомах.
Было также показано, что первая фаза S заканчивалась приблизительно через 12 часов проращивания. Если обработка мутагеном происходила в течение ¶rt;того времени, то наблюдались, после различного времени фиксации, два максимума аберрантных клеток с промежутком в 12 часов (соответственно одному циклу митоза). Первичные повреждения, индуцированные НММ, становятся цитологически различимыми аберрациями только во время последующей редупликации хромосом.
Вторичное высушивание зерновок (после обработки) уменьшало частоты индуцированных аберраций. Хранение вновь высушенных зерновок не оказывало на ¶rt;тот ¶rt;ффект больше никакого влияния. Таким образом, высушивание семян после обработки и их дальнейшее хранение не оказывают вредного действия и могут применяться для прикладных опытов по изучению мутаций.
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Literatur
Abbondandolo, A., and N. Loprieno, 1967: Forward mutation studies with N-nitroso-N-methylurethane and N-nitroso-N-ethylurethane inSchizosaccharomyces pombe. — Mut. Research4 31–36.
Arnason, T. J., L. M. El Sadek and J. L. Minocha, 1966: Effects of some variations of treatment-methods on mutation frequency in barley treated with some monofunctional alkylating agents. — Canad. J. Genet. Cytol.8 746–755.
Bender, K., und H. Gaul, 1966: Nachwäsche, Rücktrocknung und Lagerung bei ÄMS-behandelten Gerstensamen. — Radiat. Botany6 505–518.
Ehrenberg, L., and T. Gichner, 1967: On the mutagenic action of N-alkyl-N-nitrosamides in barley. — Biol. Zbl.86 (Suppl. 1967), 107–118.
Ehrenberg, L., U. Lundqvist, S. Osterman and A. Sparrman, 1966: On the mutagenic action of alkanesulfonic esters in barley. — Hereditas56 277–305.
Evans, H. J., and D. Scott, 1964: Influence of DNA synthesis on the production of chromatid aberrations by X-rays and maleic hydrazide inVicia faba. — Genetics49 17–38.
Froese-Gertzen, E. E., C. F. Konzak, R. A. Nilan and R. E. Heiner, 1964: The effects of ethyl methanesulphonate on the growth response, chromosome structure and mutation rate in barley. — Radiat. Botany4 61–69.
Gichner, T., and L. Ehrenberg, 1966: The influence of posttreatment on the frequency of EMS-induced chromosomal aberrations in barley. — Biologia Plantarum, Praha8 256–259.
Grant, C. J., and H. Heslot, 1966: Chromosome aberrations and the chromosome cycle inVicia faba after treatments with nitroso-methylurethane and nitroso-ethyluretha ne. — Chromosomes Today1 118–127.
Heslot, H., R. Ferrary and J. Tempé, 1966: The relative mutagenic effects of some nitrosamines on barley seeds. — Mut. Research3 354–355.
Kihlman, B. A., 1961: Cytological effects of phenylnitrosamines. II. Radiomimetic effects. — Radiat. Botany1 43–50.
-- 1966: Actions of C hemicals on Dividing Cells. — New Jersey.
Konzak, C. F., R. A Nilan, J. Wagner and R. J. Foster, 1965: Efficient chemical mutagenesis. — In: The Use of Induced Mutations in Plant Breeding, Report FAO/IAEA Techn. Meeting Rome 1964. — Oxford, 517–534.
Künzel, G., 1967: Mutation experiments with N-nitrosomethylurea and EMS in barley. — Barley Newsletter10 112–113.
—— 1968: Untersuchungen über die Mutationsauslösung durch N-Nitroso-N-Methylharnstoff (NMH) im Vergleich zu Äthylmethansulfonat (ÄMS) und Röntgenstrahlen bei Gerste. — Dissertation, Halle.
Künzel, G., und M. Małuszyński, 1966: Über die unterschiedliche Reaktion der Chromosomen des Sproß- und Wurzelmeristems von Gerste gegenüber mutagener Behandlung. — Kulturpflanze14 83–96.
Loveless, A., 1966: Genetic and Allied Effects of Alkylating Agents. — London.
Marquardt, H., F. K. Zimmermann und R. Schwaier, 1964: Die Wirkung krebsauslösender Nitrosamine und Nitrosamide auf das Adenin-6-45-Rückmutations-system vonSaccharomyces cerevisiae. — Z. Vererbungslehre95 82–96.
Michaelis, A., J. Schöneich und R. Rieger, 1965: Chromosomenaberrationen beiVicia faba und Ascitestumoren der Maus nach Einwirkung von N-Nitroso-N-Methylharnstoff. — Chromosoma, Berlin16 101–123.
Müller, A. J., 1964: Mutationsauslösung durch Nitrosomethylharnstoff beiArabidopsis. — Züchter34 102–120.
—— 1965a: Über den Zeitpunkt der Mutationsauslösung nach Einwirkung von N-Nitroso-N-Methylharnstoff auf quellende Samen vonArabidopsis. — Mut. Research2 426 bis 437.
—— 1965b: Reparation chemisch induzierter prämutativer Läsionen durch Rücktrocknung der behandelten Samen? — Biol. Zbl.84 759–762.
—— 1965c: Beeinflussung der radiomimetischen Wirksamkeit von Nitrosamiden durch Stoffwechselinhibitoren. — Naturwissenschaften52 213.
—— 1966: Die Induktion von rezessiven Letalmutationen durch Äthylmethansulfonat beiArabidopsis. I. Dosis-Effekt-Beziehungen und deren Beeinflussung durch Behandlungsbedingungen. — Züchter36 201–220.
—— 1967a: Die Induktion von rezessiven Letalmutationen durch Äthylmethansulfonat beiArabidopsis. II. Sensibilitätsänderungen in quellenden und keimenden Samen. — Biol. Zbl.86 (Suppl. 1967), 89–106.
Müller, A. J., 1967b: The influence of post-treatment-storage of seeds on mutation induction with alkyl methansulfonates, nitrosamides, and X-rays. —Arabidopsis Inf. Serv.4 43–44.
Natarajan, A. T., and G. Shivasankar, 1965: Studies on modification of mutation response of barley seeds to ethyl-methanesulfonate. — Z. Vererbungslehre96 13–21.
Nilan, R. A., 1964: The Cytology and Genetics of Barley 1951–1962. — Research Studies, Washington State University, Monographic Supplement No.3. — Pullman.
Rieger, R., und A. Michaelis, 1958: Cytologische und stoffwechsel-physiologische Untersuchungen am aktiven Meristem der Wurzelspitze vonVicia faba. I. Der Einfluß der Unterwasserquellung der Samen auf die chromosomale Aberrationsrate. — Chromosoma, Berlin9 238–257.
Röbbelen, G., 1965: Wirkungen von Äthylmethansulfonat nach verschieden langer Vorquellung der Samen im Mutationsversuch mitArabidopsis thaliana (L.) Heynh. — Beitr. Biol. Pflanzen41 323–335.
Scott, D., and H. J. Evans, 1964: On the non-requirement for DNA synthesis in the production of chromosome aberrations by 8-ethoxycaffeine. — Mut. Research1 146–156.
Smith, L., 1951: Cytology and genetics of barley. — Bot. Review17 1–51, 133–202, 285–355.
Stadler, L. J., 1928: Mutations in barley induced by X-rays and radium. — Science68 186–187.
Swann, P. F., V. M. Craddock and P. N. Magee, 1965: Quantitative comparison of methylation of nucleic acids in rats treated with N-nitrosomethylurea and dimethylsulphate. — Federation of European Biochemical Societies, 2nd Meeting Abstracts, Vienna.
Velemínský, J., T. Gichner and V. Pokorný, 1965: The effect of inhibitors on the mutagenic activity of N-methyl-N-nitrosourea and N-ethyl-N-nitrosourea inArabidopsis thaliana. — Biol. Plantarum. Praha7 328–339.
Walker, I. G., 1966: Sulfur mustard: Reaction with L-cells treated with 5-fluorodcoxyuridine. — Science151 99–101.
Walles, S., and G. Ahnström, 1965: Correlation between the mutation frequency and the alkylation of deoxyribonucleic acid upon treatment of seeds ofArabidopsis thaliana with ethyl methane sulfonate. — In: Röbbelen, G. (Edit.): Arabidopsis Research, 165–169. — Göttingen.
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Künzel, G. Über die Beeinflußbarkeit der aberrationsauslösenden Wirkung von N-Nitroso-N-Methylharnstoff auf die Chromosomen bei Gerste. Die Kulturpflanze 16, 151–171 (1968). https://doi.org/10.1007/BF02095688
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