Die wirkung von cyclischem adenosin-3′,5′-monophosphat auf das streckungswachstum von Avena-Coleoptilzylindern

Botanisches Institut I der Universidit Wiirzburg

Die Wirkung von cyclischem Adenosin-3',5'-monophosphat auf das Streckungswachstum von Avena-Coleoptilzylindern WOLFRAM HARTUNG Mit 2 Abbildungen Eingegangen am 2. Marz 1972

Summary The effect of cyclic adenosine-3',5'-monophosphate (cAMP) on cell elongation of Avena coleoptile sections Cyclic adenosine-3',5'-monophosphate (cAMP) in combination with 0,025 M glucose is found to increase cell elongation in Avena coleoptile sections. The optimum concentration is 10-4 M. N6-2'-0-dibutyryl-adenosine-3',5'-monophosphate produces a similar, but weaker effect. Theophyllin also stimulates coleoptile growth, but only together with 10-5 M indole-3acetic acid.

Seit 1969 (GAL SKY und LIPPINCOTT) ist bekannt, daB cyclisches Adenosin-3',5'monophosphat (cAMP) GibberelIinsaurewirkungen imitiert. SALOMON und MASCARENHAS konnten nachweis en, daB cAMP auch eine regulatorische Mittlersubstanz fur Indolessigsaure (IES) sein kann, da cAMP, wie IES, in Coleus den BlattfalI hemmt (1971 a) und da IES bereits nach 30 Minuten den 8-14C-Adenineinbau in cAMP von Avenacoleoptilen fordert. Das Coleoptilenwachstum wurde jedoch von cAMP nur sehr schwach gesteigert (1971 b). KAMISAKA und MASUDA berichteten 1970, daB cAMP in Helianthus-tuberosus-Geweben nur in Verbindung mit 2,4-D das Wachstum erhoht, alIein jedoch keine Wirkung hat. Es solI gezeigt werden, daB cAMP unter gewissen Bedingungen auch ohne weitere Phytohormone das Coleoptilenwachstum zu fordern vermag. Die Wirkung der Testsubstanzen wurde im Avena-Coleoptilzylindertest (Hafer: Sorte Phoenix) modifiziert nach WITT (1964) ermittelt. 20, 31 /2 Tage alte, 6 mm lange Avenacoleoptilzylinder wurden im Dunkeln bei 24° C in 10 ml 0,01 M MES Puffer (Morpholinoathan-sulfonsaure) mit den verschiedenen Testsubstanzen 20 Stunden lang geschiittelt und anschlieBend gemessen. Vor Versuchsbeginn wurden die Zylinder eine Stun de lang in aqua dest. gewassert. Aile beschriebenen Versuche wurden fiinfmal mit gleichem Erfolg durchgefiihrt. cAMP lieferte die Fa. Serva Heidelberg, N6-2'-0-Dibutyryl-adenosin-3',5'-monophosphat (DB cAMP) die Fa. Boehringer, Mannheim, MES und Theophyllin die Fa. Sigma Chern., St. Louis.

In Vorversuchen ergab sich zunachst, daB ahnlich wie bei H elianthus tuberosus (KAMISAKA und MASUDA 1970) cAMP das IES-induzierte Wachstum der Avenacoleoptilen synergistisch steigerte. AlIeine gegeben zeigte cAMP jedoch keine Wirkung. Dies konnte eventuell durch erschwerte cAMP-Aufnahme in die Zelle bedingt sein.

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Wirkung von cyclischem Adenosin-3',5' -monophosphat auf Avena-Coleoptilzylinder

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Deshalb wurde DB cAMP, welches besser durch Membranen permeieren soll, getestet, jedoch mit nur geringfiigig verbessertem Ergebnis (Abb. 1). Fiigt man cAMP aber Glucose (0,025 M) hinzu, welche manche Wuchsstoffwirkungen versdrkt (z. B. die IES-geforderte Bewurzelung von Salix-Sprossen; NANDA und JAIN 1971), so bewirkt es eine beachtliche Stimulierung des Coleoptilenwachstums (Abb. 1; Konzentrations50

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M Konzentration

Abb. 1. Konzentrationsabhangige Wirkung von cAMP, DB cAMP und cAMP + 0,025 M Glucose auf das Langenwachstum von Avena-Coleoptilzylindern. Die waagrechte durchgezogene Linie zeigt die Kontrolle mit, die gestrichelte Linie die Kontrolle ohne Glucose an. optimum: 10-4 M cAMP; pH-Optimum: 5,2). Vielleicht stellt Glucose die zur Aufnahme notige Atmungsenergie zur Verfiigung oder aktiviert Permeasen, wenngleich man bedenken mug, dag cAMP auch die Zellteilung fordern kann, ohne in die Zelle einzudringen (MACMANUS et al. 1971). Letzteres konnte auch die schwache Wirkung von DB cAMP erklaren. Theophyllin, der Hemmstoff der cAMP-abbauenden Phosphodiesterasen, ruft in Gegenwart von 10-5 M IES ebenfalls eine zusatzliche Wachstumssteigerung hervor (Abb. 2). Dieses Ergebnis kann, neben den Befunden von SALOMON und MASCARENHAS

M Theophyllin

Abb.2. Konzentrationsabhangige Wirkung von Theophyllin + 10-5 M IES auf das Langenwachstum von Avena-Coleoptilzylindern. Die waagrechte Linie zeigt die IES-Kontrolle an. Z. Pflanzenphysiol. Bd. 67. S. 380-382. 1972.

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W. HARTUNG

(1971 b), als Indiz dafur gewertet werden, daB cAMP tatsachlich in Avena-Coleoptilgeweben vorhanden ist. Theophyllin erhoht wahrscheinlich durch Hemmung des cAMP-Abbaus den intrazellularen cAMP-Spiegel, welcher daraufhin eine Wachstumssteigerung verursacht. Insgesamt lassen die vorliegenden Ergebnisse vermuten, daB cAMP beim AvenaColeoptilenwachstum als «sekundarer Messenger» wirkt. Herrn Prof. Dr. R. KANDELER, Herrn Dr. ich fUr wertvolle Diskussionsbeitrage.

J.

WITT und Frl. Dipl.-Biol. H. GERTH danke

Literatur GAL SKY, A. G., and J. A. LIPPINCOTT: Plant and Cell Physiol. 10,607 (1969). KAMISAKA, S., and Y. MASUDA: Naturwissenschaften 57, 546 (1970). MACMANUS, J. P., J. F. WHITFIELD and B. BRACELAND: Biochem. Biophys. Res. Comm. 42, 503 (1971). NANDA, K. K., and M. K. JAIN: New Phytol. 70,945 (1971). SALOMON, D., and J. P. MASCARENHAS: Z. Pflanzenphysiol. 65,385 (1971 a). - Life Sci. 10 (II), 879 (1971 b). WITT, J.: Portugaliae Acta BioI. 8, 195 (1964). Dr. WOLFRAM HARTUNG, Botanisches Institut I der Universitat, D-87 Wiirzburg, Mittlerer Dallenbergweg 64.

Z. PJlanzenphysiol. Ed. 67. S. 380-382. 1972.