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11, 417-422 (1956)
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ULTRASTRUCTURE DU CORPS PARANUCLGAIRE, DES MITOCHONDRIES ET DE LA MEMBRANE NUCLtiAIRE DES GAMkTES D’ALLOMYCES MACROGYNUS G. TURIAN Institut
et
E. KELLENBERGER
de Botanique gt%rale et De’partement de Biophysique, Universite’ de Genie, Suisse Received
April
Institut
de Physique,
12, 1956
B l’opinion de Hatch [ll], qui considbrait le corps paranuC ONTRAIREMENT clkaire (nuclear cap) des gamhtes d’rlllomyces comme un amas de mitochondries vCsiculisCes, nous avons rkemment pu montrer, par voie cytochimique, que cette formation cytoplasmique reprtkente une accumulation transitoire d’acide ribonuclkique associC A des protkines sulfhydril6es [27], totalement independante des chondriosomes. Cependant, nos observations sur la prksence de mitochondries dans le cytoplasme entourant le corps paranuclhaire, tant par microscopic optique normale, aprks coloration vitale au vert Janus, que par microscopic h contraste de phase, restaient incertaines par suite des dimensions reduites de ces organites. I1 appartenait done B la mCthode moderne de l’observation au microscopr klectronique, sur coupes ultra-minces - de confirmer l’indkpendance du corps paranucEaire basophile et ties chondriosomes; - de pr6ciser si le corps paranuclkaire - qui concentre la totalit de la basophilie du cytoplasme gam6tique B l’exception des granulations mdtachromatiques [27,28,29] - prksente une structure fine permettant de le comparer A un ergastoplasme typique [3]; - de nous renseigner sur l’ultrastructure des chondriosomes et de la membrane nuclkaire. METHODES Les gamktes d’dllomyces macrogynus Emers. et Wils. [S] ( =A. javanicus Kniep var. macrogynus Em.) proviennent de colonies gamktophytiques cultivkes 10 j. sur milieu amidon-extrait de levure et immergkes 2-3 h. dans une solution saline neutre (solution DS de Machlis [15]). La suspension de gambtes obtenue est fix&e 5 min. dans 0~0, A 0,2 % en tampon a&ate-vCrona1 B pH 7,2. Une centrifugation prCc&de 2s*-563706
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la fixation dCfinitive dans 0~0, B 2 % (pH 7,2) pendant 4 h. Apr&s nouvelle centrifugation, le culot de gamMes est lavk dans le tampon acktate-vCrona1, avant d’Ctre incorpork dans 0,l ml d’agar B 1,5 y0 (tamponnk aussi & pH 7,2) afin de former de petits blocs facilitant les manipulations subskquentes de deshydratation par la s6rie des alcools et de transfert dans le butyl-mktacrylate (selon Kellenberger et Ryter [12]). L’inclusion est effectuke dans le butyl-mhtacrylate avec 5 % de mkthyl-mCtacrylate. La polymkrisation est rCalisCe en presence de 0,5 % de peroxyde de benzoyle, ci 55’C pendant 24 h., dans les capsules de gklatine habitu.elles. Les coupes sont confectionn@es g l’aide d’un ultramicrotome dtkrit ailleurs [13]. Nous avons employ& des lames de rasoir (PAL) aiguisCes selon la mkthode de Sj6strand [26]. Microscope klectronique RCA EMU-2D. RbULTATS
L’examen des coupes obtenues permet de reconnaitre un premier ensemble structural comprenant le corps paranuclkaire emboitant le noyau et son nuclCole (Fig. 1). Ces trois formations ne prksentent pas une structure d6finie; elles diffkent essentiellement par la densit de leur matike constitutive. Celleci est la plus dense et la plus homog&ne dans le nuclCole. A cet Cgard, le corps paranuclbaire prksente des caract&res intermkdiaires entre le nuclkole et le noyau. La membrane nuclkaire, skparant noyau et corps paranuclkaire, r&i?le, en coupe transversale (Fig. l), l’aspect d’une structure double parsemke de pores (grande dimension, environ 950 A), telle qu’elle a dkjB CtC d&rite chcz de nombreux organismes [30]. 11 parait en &tre de m&me pour la membrane skparant le corps paranuclkaire du reste du cytoplasme. Nous avow eu la bonne fortune d’obtenir des coupes tangentielles de la membrane nurlkaire dans la r&ion du corps paranuclkaire (Fig. 3). Nous y observons une structure alvColaire rkgulike. Fait notoire, les contours des alvkoles sont tous fermks. Une structure homogbne, plus dense et plus fine que le “paranuclCoplasme ‘0 entoure cette zone alvkolaire. Dans une coupe oblique (Fig. 4), nous retrouvons des alvColes B contours fermbs, sauf deux dont le pourtour est ouvert en direction du noyau. I.es chondriosomes sont concentrk sur le pourtour du corps paranuFig. 1. Vue d’ensemble d’une coupe de gamete d’dllomyces macrogynus Emers. et Wils. Fig. 2. DCtail d’un choudriosome, a fort grossissement. Sur le bas de la figure, portion du corps paranuclbaire avec sa membrane. Fig. 3. Coupe tangentielle dans la membrane nuclbaire au niveau de la structure alveolaire et corps paranucldaire. Fig. 4. Coupe oblique daus la membrane uuclkaire aver nuclkoplasme au centre et matiere paranuclkaire sur le pourtour. Experimental
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cleaire (Fig. 1). 11ssont du type classique tel qu’il a 6tC d&it dans les cellules somatiques des VertCbrCs [17, 21, 25, 261 et de quelques InvertCbrQ [7, 91, avec une membrane peripherique et des lamelles transversales internes (cristae mitochondriales selon Palade [16], Fig. 2). Les petits granules noirs, egalement observes de man&e constante dans les mitochondries animales d’dllomyces. [17, 21, 25, 261, se retrouvent aussi dans les chondriosomes Nous avons trouve, sur certaines de nos coupes, un organite place en face du nucleole (Fig. 1) et dont la structure l’apparente aux chondriosomes. Cependant, de par sa moindre densitd et sa position dans la cellule, cet organite pourrait 6tre distinct des chondriosomes et appartenir a l’appareil locomoteur, bien developpe dans les cellules mobiles d’dllomyces. Quant a la structure fondamentale du cytoplasme peripherique, elle se p&e ma1 a une description et nous pensons que sa fixation est encore inadequate. Neanmoins, on peut deja affirmer qu’il ne s’y trouve aucune structure ressemblant a. l’ergastoplasme typique tel qu’il est decrit dans les cellules animales (complexe de membranes et grains de Palade [3, 181). Seules les membranes et les petites formations ballonnees visibles dans ce cytoplasme peripherique pourraient avoir quelque parent6 avec la composante membraneuse de l’ergastoplasme ((( endoplasmic reticulum D [20]). La compoSante granulaire en est par contre absente, ce qui se traduit d’ailleurs par l’absence de basophilie dans cette zone cytoplasmique [27]. Les grosses granulations osmiophiles disseminees dans le cytoplasme peripherique peuvent correspondre aux granules lipidiques, riches en phosphatides et en carotenoides (gametes miles). DISCUSSION
L’Ctude micromorphologique des gametes d’dllomyces macrogynus a done apporte la confirmation des observations cytochimiques (Turian [27]), i savoir que le corps paranucleaire basophile est bien distinct des chondriosomes. Rappelons que ces derniers se presentent sous forme de longs chondriocontes dans les hyphes vegetatifs d’dllomyces [l 1, 221. La similitude ultrastructurale des chondriosomes d’dllomyces avec les mitochondries animales du type classique, a lamellation interne (celles des Protozoaires tels que Paramecium [24], Tetrahymena et Tokophrya [23] sont du type a (( microvillosites )) internes), souligne les aftlnites animales des Champignons. La complexite structurale des chondriosomes d’dllomyces n’est, en effet, pas comparable a la differentiation encore confuse des chondriosomes vCg&aux, du Fucus vesiculosus par exemple [la]. Ezperimental Cell Research 11
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SOS observations concernant la membrane nuclkaire rappellcnt celles faites par Bairati et Lehmann [l] ainsi que Harris et James [IO] sur la membrane nuclCaire de 1’Amibe et celles d’autres auteurs [2, 4, 31 sur divers types cellulaires. La zone plus foncee autour du groupe alvColaire et le fait quc les alvColes ont un pourtour fermi! sur la Fig. 3 nous conduisent B admettre l’existence d’au moins une membrane continue, en position externe par rapport g la couche alvkolaire. Nous ne pouvons pas exclure la possibilitC que cette derniL:re ne soit pas recouverte a l’intt%ieur par une deuxihme membrane continue. Quant au rapport cntre les alvgoles, visibles sur les coupes tangentielles et obliques, et les pores, apparents sur section transversale, il est encore obscur. 11 faudra cependant tenir compte a l’avenir de l’existence de tels le problkme pores dans la membrane nuclCaire pour mieux comprendre de la genEse du corps paranuclkaire lors de la diffkrenciation des gam&tes clans les gamktanges d’illlomyces. Une participation, du moins directe, des chondriosomes g cette formation [ll] doit, en effet, ttre dksormais exclue. Le contact direct des substances nuclCaires et paranuclkaires au travers des pores de la membrane plaide en faveur d’khanges nuclCo-paranuclCaires et l’hypothke de Caspersson [6], selon laquelle des substances basophiles en provenance du nuclCole seraient lib&es dans le cytoplasme, trouve peut-&trc particuli&rement favorable. chez Allomyces une illustration La prEsence d’un corps paranucleaire ribonuclkique, concentrant B lui seul la presque totalit de la basophilie cytoplasmique, n’est l’apanage que des cellules hautement diffkenciges que constituent les cellules mobiles gamhtes, planozygotes et zoospores - chez Allomyces. Par contre, dans les zygotes en germination, sidges d’un phCnom&ne de dkdiffkenciation (rejuvCnescence) initiC par la (( &sorption )) du corps paranuckaire, la basophilie gagne progressivement l’ensemble du cytoplasme [29]. Now avons montrC plus haut que le corps paranuclkaire ne contient certainement point de constituant membraneux (M endoplasmic reticulum, D). Selon certains indices, l’acide ribonuclkique s’y prksenterait sous la forme granulaire. D’autre part, le cytoplasme p6riphCrique des gami?tes est exempt de grains de Palade, alors qu’on peut y entrevoir l’existence de la composante membraneuse. Ces faits nous conduisent dorCnavant ti l’intkessant probEme de savoir si l’extension de la basophilie B l’ensemble du cytoplasme, cons& quence de la (( r&sorption )) du corps paranuclCaire ribonucl&que, se traduit ou non, au niveau submicroscopique, par l’apparition d’un ergastoplasme complet (G rough surfaced variety of endoplasmic reticulum )) [19]) dans la jeune plantule d’dllonlyces.
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G. Turian et E. Kellenberger SUMMARY
1. Ultrathin sections through gametes of Allomyces macrogynus, when observed in the electron microscope, show sharp separation between mitochondria and nuclear cap. 2. Xo typical ergastoplasm is found neither in the basophilic (RR’A) nuclear cap nor in the peripheral cytoplasm of the gametes. 3. Jlitochondria of gametes of Allomyces exhibit the classical structure described for animal mitochondria. 4. The nuclear membrane is a double structure; pores in this structure are visible in transverse sections. A regular alveolar structure is seen on tangential and oblique sections; this alveolar structure is limited externally by a continuous membrane. L’un de now (T.) a beneficie d’un subside du Fonds National Suisse de la Recherche Scientifique, l’autre (K.) d’une subvention de Credits fCd&aux pour la creation d’occasions de travail par l’encouragement de la Recherche Scientifique. Nous tenons a remercier Mae T. Bonne de son excellente aide technique. RdFfRENCES A. et LEHMANN, F. E., Experienfia 8, 60 (1952). 1. BAIRATI, 2. BAUD, CH., Bull. Histol. Appl. 3, 41 (1950). a. mikroskop. W., HAGUENAU, F., GAUTIER, A. et OBERLIP~G, C., Z. Zellforsch. 3. BERNHARD, Anaf. 37, 281 (1952). Sot. 72, 56 (1952). 4. BOVEY, R., J. Roy. iMicrosc. H. et TOMLIN, S., Proc. Roy. Sot. B 137, 367 (1950). 5. CALLAN, and Cell Function. A Cytochemical Study. New York, W. W. 6. CASPERSSON, T. O., Cell Growth Norton and Co., Inc., 1950, p. 101. G. B., J. Morphol. 95, 257 (1954). 7. CHAPMAN, R. et WILSON, CH. M., Mycofogia 46, 393 (1954). 8. EMERSON, D. W. et PORTER, K. R., J. Morphol. 94, 221 (1954). 9. FAWCETT, P. et JAnrEs, T., Experientia 8, 394 (1952). 10. HARRIS, ibid., N. S. 2, 583 (1938). 11. HATCH, W. R., Ann. Bot. 49, 623 (1935): E. et RYTER, A., Schweiz. 2. Allg. Pathof. u. Bakferiol. 18, 1122 (1955). 12. KELLENBERGER, E., Experienfia (B parattre, 1956). 13. KELLENBERGER, H. et v. WETT~TEIN, D.,‘Z.~Nc~furforsch. 9 b, 471 (1954). 14. LEYON, I.., Am,. J. Botan. 40, 189 (1953). 15. MACHLIS, G. E., Anat. Rec. 114, 427 (1952). 16. PALADE, J. Hfsfochem. and Cyfochem. 1, 188 (1953). 17. J. Biophys. and Biochem. CyfoI. 1, 59 (1955). 18. __ J. Biophys. and Biochem. Cyfol. 1, 567 (1955). 19. -20. PORTER, K. R., J. Expfl. Med. 97, 727 (1953). J.. Correlation of Ultrastructural Organization and Function in Normal and Experi21. RHODIN, ment&y Changed Proximal ConvolutedTubule Cells of the Mouse Kidney. Stockholm, Nordiska Bokhandeln, 1954. D. et HAZELTINE, P., Expfl. Cell Research 5, 261 (1953). 22. RITCHIE, M. A. et PORTER, K, R., Trans. New York Acad. Sci. 16, 408 (1954). 23. RUDZINSKA, 24. SEDAR. A. W. et PORTER. K. R.. J. Biophus. and Biochetn. Crrfol. 1, 583 (1955). F. S., Z. wiss. Mikrbskop. 6!2, 165 (1954). 25. SJ~ST~AND, F. S. et HANZON. V., Exofl. Cell Research 7, 393 (1954). 26. SJ~STRAND. G:, Compf. Rend. Alad. ‘Sci.‘(Paris) 240, 2343 (1955): 27. TURIAN, Profoplasma (Sous presse, 1956). 28. Experienfia 12, 24 (1956). 29. 30. WATSON, M. L., J. Biophys. and Biochem. Cyfof. 1, 257 (1955). Experimental
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