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Zur Induktion einer endogenen Rhythmik bei Mutanten des Pilzes Penicillium claviforme Bainier
Biochem. Physiol. Pflanzen (BPP), Bd. 162, S. 470-473 (1971) Zentralinstitut fiir Genetik und Kulturpflanzenforschung der Deutschen Akademie der Wissenschaften zu Berlin, Gatersleben
Kurze Mitteilung
Zur Induktion einer endogenen Rhythmik bei Mutanten des Pilzes Penicillium claviforme Bainier II. Wirkung von Detergentien
Von A.-G. F ARAJ
SALMAN
Mit einer Abbildung (Eingegangen am 12. April 1971)
On the Induction of an Endogenous Rhythm in Mutants of Penicillium claviforme Bainier II Action of Detergents
Summary Two mutants of the fungus Penicillium claviforme Bainier show, in opposition to their wild strain, no endogenous rhythm of their coremia-production under konstant conditions (1,2). Cultures of these mutants on definite agar media supplemented with detergents (e. g. digitonin, sodium dodecyl sulfate, triton X-100) show an endogenous rhythm in continuous darkness or continuous illumination and constant temperature. This result support the hypothesis that the inductive action of alcohols which is earlier observed (1) may be based on their surface-activity. An plausible explanation for the action of detergents and alcohols in this respect could be some modifications of membrane properties and consequently a change in their permeability created by these compounds.
In einer friiheren Arbeit (1) wurde gezeigt, daB die rhythmische Koremienbildung bei dem Pilz Penicillium claviforme Bainier durch eine endogene nicht circadiane Rhythmik bedingt ist. Diese Rhythmik setzt sich unter konstanten Bedingungen mit einer Periodenlange von etwa 41 Stunden fort. Zwei Mutanten dieses Pilzes (P. vlaviforme mut. olivicolor Abe et Ura und P. claviforme mut. album) zeigen unter konstanten Bedingungen keine solche endogene Rhythmik mehr (2). Durch Kultur der Mutanten in Gegenwart von Alkoholen (tert.-Amylalkohol, Iso-Propanol und Athanol) war es jedoch moglich, bei ihnen eine endogene Rhythmik mit einer Periodenlange von etwa 41 Stunden zu induzieren (1). Um die Wirkungsweise der Alkohole bei der Induktion der endogenen Rhythmik zu erforschen, wurde der AlkoholeinfluB auf verschiedene Stoffwechselreaktionen, wie Atmungsintensitat und Wuchststoff-
Zur Induktion einer endogenen Rhythmik usw.
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aktivitat gepruft, ferner wurde die Wirkung von Narkotika und anderer Stoffe und von pH-Anderungen des Kulturmediums untersucht. Solche Untersuchungen fUhrten jedoch nicht zur Klarung der Alkoholwirkung (3). Die Alkohole besitzen bekanntlich eine hohe Oberflachenaktivitat. Daher wurde versucht, ob durch andere nicht alkoholische aber oberflachlichenaktive Stoffe eben-
Abb. 1. A - die kreisfiirmige Anordnung der Koremien von Penicillium claviforme mut. olivicolor Abe et Ura in Gegenwart von Digitonin im Niihrboden (2 X 10- 5 M) unter Dauerdunkelheit und konstanter Temperatur. B - die Kontrolle (ohne Digitonin).
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A.-G. F.
SALMAN
falls eine endogene Rhythmik bei den Mutanten induziert werden kann. Unter den bekanntestenStoffen, die solche Eigenschaften besitzen, fallen die Detergentien. Durch Zugabe von verschiedenen Detergentien zum Nahrboden, sowohl nichtionischen als auchionischen, konnte bei den Mutanten eine sehr deutliche rhythmische Koremienbildung im Dauerdunkeln und im Dauerlicht und konstanter Temperatur erzielt werden. Abbildung 1 A zeigt die Induktion der endogenen Rhytmik bei Penicillium clavi forme mut. olivicolor Abe et Ura in Gegenwart von Digitonin (Merck) im Nahrboden in Dauerdunkelheit und konstanter Temperatur. Die Kontrolle, ohne Digitonin (Abb. 1 B), ist zonierungsfrei. In Gegenwart von anderen Detergentien, wie Natriumdodecylsulfat (Serva, Heidelberg), Triton X-100 (Calbiochem Los Angeles, California) und sogar des Abwaschmittels "Fit" (VEB Fettchemie, KarlMarx-Stadt) wurden die gleichen Ergebnisse erzielt. Die wirksamen Konzentrationen dieser Stoffe waren folgendermatlen: Digitonin: 1-3 x 10-5 M, Natriumdodecylsulfat: 1-5 x 10-4 M, Triton X-100: 3 x 10-4 bis 10-3 M. Obwohl das radiale Wachs tum der Pilze unter Einwirkung aller verwendeten Detergentien je nach der Konzentration urn 30-50% gehemmt war, trat die Ringbildung sehr ausgepragt hervor, ferner wies die Induktion der endogenen Rhythmik durch diese Stoffe eine gewisse Abhangigkeit von ihrer Konzentration auf, wie bei der Verwendung von Alkoholen. Die Versuche mit den Detergentien wurden aus Mangel an Zeit nur mit dem Pilz Penicillium claviforme mut. olivicolor Abe et Ura durchgefUhrt. In einem Fall wurde auch der Einflutl von Digitonin auf die Induktion der Rhythmik bei Penicillium clavi forme mut. album untersucht. Es zeigte sich, dati in Gegenwart dieses Stoffes im Nahrmedium eine deutliche Zonierung der Koremien dieser Mutante in Dauerdunkelheit sowie in Dauerlicht vorhanden war. Es ist daher anzunehmen, dati die anderen Detergentien eine ahnliche Wirkung bei diesem Pilz haben werden. Die Periodenlange der dureh diese Stoffe induzierten Rhythmik betrug ebenfalls wie bei der Alkoholwirkung etwa 41 Stunden. Somit war auch durch andere nicht alkoholische a ber 0 berflachenaktive Stoffe ebenfalls eine endogene Rhythmik bei den Mu tan ten induziert worden. Die Wirkung der Detergentien kann nicht auf ihre Eigenschaft als schwache Entkoppler der oxidativen Phosphorylierung beruhen, da ein starker Entkoppler dieses Prozesses wie 2,4-Dinitrophenol im Nahrmedium keine Rhythmik induzierte. Eine plausible Erklarung fur die Wirkung der Detergentien und schlietllich der Alkohole ware eine Beeinflussung der Grenzflachen oder Membranen d~r Zellen, die eine Anderung ihrer Permeabilitat zur Folge hat. In der Literatur liegen sehr wenig Angaben uber die Wirkung von Alkoholen auf die Permeabilitat pflanzlicher Gewebe vor. Die Ergebnisse von SAUBERT (5) sowie von RUHLAND und HEILMANN (4) zeigen z. B. eine Herabsetzung der Permeabilitat durch Alkohole. Ob jedoch die Permeabilitat der Versuehspilze durch Alkohole tatsachlich vermindert oder erhOht wird, kann gegenwartig noch nicht gesagt werden. Zukunftige Versuche sollen dieser Frage naherkommen.
hur Induktion einer endogenen Rhythmik usw.
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Zusammenfassung In Uegcnwart von verschiedenen Detergentien (u. a. Digitonin, Natriullldodeeylsulfat, Tritun X-1(0) im Nahrboden konnte bei zwei Mutanten des Pilzes Penicitl'iurn claviforrne Bainier (die keine Rhythmik unter konstanten Bedingungen zeigen) eine endogene Rhythmik ihrer Koremienbildung unter konstanten Bedingungen induziert werden. Dieser Refund unterstiitzt die Hypothese, daB die Wirkung der Alkohole bei der Induktiull der erwahnten Rhythmik bei diesen Mutanten auf ihrer Oberflachenaktivitat beruhcn kiinnte. Eine plausible Erklarung fiir die Wirkung der Detergentiell und schlieJ.llich der Alkohole ware eine Beeinflussung der Grenzflachen oder Membranen der Zellen, die eine Anderung ihrer Permeabilitat zur Folge hat. Frau Prof. Dr. H. SAGROMSKY danke ieh fiir das Interesse bei der Durrhfiihrung der Versllche, ferner fiir die Hilfe bei der Anfertigung des deutschen Tcxtes.
Literatur 1.
2.
3. 4.
5.
SALMAN, A.-G., Induktiun einer endogenen Rhythmik der Kuremienbildung durch AIkohol bei einer Mutante von Penicillium claviforme Bainier und einer Varietat davon. Biochem. Physiol. (BPP) 161, 42-49 (1966). - EinfluB von Licht auf die Koremienbildung und ihre kreisformige Anordnung. II. Bei Penicilliurn claviforrne mut. olivicolor Abe et Ura und einer Varietiit davon. Die Kulturpflanze 18,89-97 (1970). - Zur lnduktion einer endogenen Rhythmik bei Mutanten des Pilzes Penic'illimn claviformc Bainier. 1. Wirkungsweise von Alkoholen. Arch. Protistenk. (im Druck) (1971). RUIILAND, W., und HEILMANN, U., Uber die Permeabilitat von Begg'iatoa rn'irabil'is fur Allelektrolyte bei Narkose mit den homologen Alkoholen C1 -C 9 • Planta (Berl.) 39, 91-120 (1950). SAUBER'!', G. G. P., The influence of alcohols on the protoplasmic membrane and colloid models. Rec. Trav. bot. neer!. 34, 709-797 (1937). FAI{,IJ
Anschrift des Verfassers: Dr. A.-G. FAILU SALMAN, z. Z. hcntralinstitut fiir Uelletik unt! Kultllrpflanzenforschullg der Deutschell Akademie der Wissenschaftell zu Berlin, 4325 Gatersleben, Kreis Aschersleben.
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Zur Induktion einer endogenen Rhythmik bei Mutanten des Pilzes Penicillium claviforme Bainier II. Wirkung von Detergentien
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Mit einer Abbildung (Eingegangen am 12. April 1971)
On the Induction of an Endogenous Rhythm in Mutants of Penicillium claviforme Bainier II Action of Detergents
Summary Two mutants of the fungus Penicillium claviforme Bainier show, in opposition to their wild strain, no endogenous rhythm of their coremia-production under konstant conditions (1,2). Cultures of these mutants on definite agar media supplemented with detergents (e. g. digitonin, sodium dodecyl sulfate, triton X-100) show an endogenous rhythm in continuous darkness or continuous illumination and constant temperature. This result support the hypothesis that the inductive action of alcohols which is earlier observed (1) may be based on their surface-activity. An plausible explanation for the action of detergents and alcohols in this respect could be some modifications of membrane properties and consequently a change in their permeability created by these compounds.
In einer friiheren Arbeit (1) wurde gezeigt, daB die rhythmische Koremienbildung bei dem Pilz Penicillium claviforme Bainier durch eine endogene nicht circadiane Rhythmik bedingt ist. Diese Rhythmik setzt sich unter konstanten Bedingungen mit einer Periodenlange von etwa 41 Stunden fort. Zwei Mutanten dieses Pilzes (P. vlaviforme mut. olivicolor Abe et Ura und P. claviforme mut. album) zeigen unter konstanten Bedingungen keine solche endogene Rhythmik mehr (2). Durch Kultur der Mutanten in Gegenwart von Alkoholen (tert.-Amylalkohol, Iso-Propanol und Athanol) war es jedoch moglich, bei ihnen eine endogene Rhythmik mit einer Periodenlange von etwa 41 Stunden zu induzieren (1). Um die Wirkungsweise der Alkohole bei der Induktion der endogenen Rhythmik zu erforschen, wurde der AlkoholeinfluB auf verschiedene Stoffwechselreaktionen, wie Atmungsintensitat und Wuchststoff-
Zur Induktion einer endogenen Rhythmik usw.
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aktivitat gepruft, ferner wurde die Wirkung von Narkotika und anderer Stoffe und von pH-Anderungen des Kulturmediums untersucht. Solche Untersuchungen fUhrten jedoch nicht zur Klarung der Alkoholwirkung (3). Die Alkohole besitzen bekanntlich eine hohe Oberflachenaktivitat. Daher wurde versucht, ob durch andere nicht alkoholische aber oberflachlichenaktive Stoffe eben-
Abb. 1. A - die kreisfiirmige Anordnung der Koremien von Penicillium claviforme mut. olivicolor Abe et Ura in Gegenwart von Digitonin im Niihrboden (2 X 10- 5 M) unter Dauerdunkelheit und konstanter Temperatur. B - die Kontrolle (ohne Digitonin).
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falls eine endogene Rhythmik bei den Mutanten induziert werden kann. Unter den bekanntestenStoffen, die solche Eigenschaften besitzen, fallen die Detergentien. Durch Zugabe von verschiedenen Detergentien zum Nahrboden, sowohl nichtionischen als auchionischen, konnte bei den Mutanten eine sehr deutliche rhythmische Koremienbildung im Dauerdunkeln und im Dauerlicht und konstanter Temperatur erzielt werden. Abbildung 1 A zeigt die Induktion der endogenen Rhytmik bei Penicillium clavi forme mut. olivicolor Abe et Ura in Gegenwart von Digitonin (Merck) im Nahrboden in Dauerdunkelheit und konstanter Temperatur. Die Kontrolle, ohne Digitonin (Abb. 1 B), ist zonierungsfrei. In Gegenwart von anderen Detergentien, wie Natriumdodecylsulfat (Serva, Heidelberg), Triton X-100 (Calbiochem Los Angeles, California) und sogar des Abwaschmittels "Fit" (VEB Fettchemie, KarlMarx-Stadt) wurden die gleichen Ergebnisse erzielt. Die wirksamen Konzentrationen dieser Stoffe waren folgendermatlen: Digitonin: 1-3 x 10-5 M, Natriumdodecylsulfat: 1-5 x 10-4 M, Triton X-100: 3 x 10-4 bis 10-3 M. Obwohl das radiale Wachs tum der Pilze unter Einwirkung aller verwendeten Detergentien je nach der Konzentration urn 30-50% gehemmt war, trat die Ringbildung sehr ausgepragt hervor, ferner wies die Induktion der endogenen Rhythmik durch diese Stoffe eine gewisse Abhangigkeit von ihrer Konzentration auf, wie bei der Verwendung von Alkoholen. Die Versuche mit den Detergentien wurden aus Mangel an Zeit nur mit dem Pilz Penicillium claviforme mut. olivicolor Abe et Ura durchgefUhrt. In einem Fall wurde auch der Einflutl von Digitonin auf die Induktion der Rhythmik bei Penicillium clavi forme mut. album untersucht. Es zeigte sich, dati in Gegenwart dieses Stoffes im Nahrmedium eine deutliche Zonierung der Koremien dieser Mutante in Dauerdunkelheit sowie in Dauerlicht vorhanden war. Es ist daher anzunehmen, dati die anderen Detergentien eine ahnliche Wirkung bei diesem Pilz haben werden. Die Periodenlange der dureh diese Stoffe induzierten Rhythmik betrug ebenfalls wie bei der Alkoholwirkung etwa 41 Stunden. Somit war auch durch andere nicht alkoholische a ber 0 berflachenaktive Stoffe ebenfalls eine endogene Rhythmik bei den Mu tan ten induziert worden. Die Wirkung der Detergentien kann nicht auf ihre Eigenschaft als schwache Entkoppler der oxidativen Phosphorylierung beruhen, da ein starker Entkoppler dieses Prozesses wie 2,4-Dinitrophenol im Nahrmedium keine Rhythmik induzierte. Eine plausible Erklarung fur die Wirkung der Detergentien und schlietllich der Alkohole ware eine Beeinflussung der Grenzflachen oder Membranen d~r Zellen, die eine Anderung ihrer Permeabilitat zur Folge hat. In der Literatur liegen sehr wenig Angaben uber die Wirkung von Alkoholen auf die Permeabilitat pflanzlicher Gewebe vor. Die Ergebnisse von SAUBERT (5) sowie von RUHLAND und HEILMANN (4) zeigen z. B. eine Herabsetzung der Permeabilitat durch Alkohole. Ob jedoch die Permeabilitat der Versuehspilze durch Alkohole tatsachlich vermindert oder erhOht wird, kann gegenwartig noch nicht gesagt werden. Zukunftige Versuche sollen dieser Frage naherkommen.
hur Induktion einer endogenen Rhythmik usw.
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Zusammenfassung In Uegcnwart von verschiedenen Detergentien (u. a. Digitonin, Natriullldodeeylsulfat, Tritun X-1(0) im Nahrboden konnte bei zwei Mutanten des Pilzes Penicitl'iurn claviforrne Bainier (die keine Rhythmik unter konstanten Bedingungen zeigen) eine endogene Rhythmik ihrer Koremienbildung unter konstanten Bedingungen induziert werden. Dieser Refund unterstiitzt die Hypothese, daB die Wirkung der Alkohole bei der Induktiull der erwahnten Rhythmik bei diesen Mutanten auf ihrer Oberflachenaktivitat beruhcn kiinnte. Eine plausible Erklarung fiir die Wirkung der Detergentiell und schlieJ.llich der Alkohole ware eine Beeinflussung der Grenzflachen oder Membranen der Zellen, die eine Anderung ihrer Permeabilitat zur Folge hat. Frau Prof. Dr. H. SAGROMSKY danke ieh fiir das Interesse bei der Durrhfiihrung der Versllche, ferner fiir die Hilfe bei der Anfertigung des deutschen Tcxtes.
Literatur 1.
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3. 4.
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SALMAN, A.-G., Induktiun einer endogenen Rhythmik der Kuremienbildung durch AIkohol bei einer Mutante von Penicillium claviforme Bainier und einer Varietat davon. Biochem. Physiol. (BPP) 161, 42-49 (1966). - EinfluB von Licht auf die Koremienbildung und ihre kreisformige Anordnung. II. Bei Penicilliurn claviforrne mut. olivicolor Abe et Ura und einer Varietiit davon. Die Kulturpflanze 18,89-97 (1970). - Zur lnduktion einer endogenen Rhythmik bei Mutanten des Pilzes Penic'illimn claviformc Bainier. 1. Wirkungsweise von Alkoholen. Arch. Protistenk. (im Druck) (1971). RUIILAND, W., und HEILMANN, U., Uber die Permeabilitat von Begg'iatoa rn'irabil'is fur Allelektrolyte bei Narkose mit den homologen Alkoholen C1 -C 9 • Planta (Berl.) 39, 91-120 (1950). SAUBER'!', G. G. P., The influence of alcohols on the protoplasmic membrane and colloid models. Rec. Trav. bot. neer!. 34, 709-797 (1937). FAI{,IJ
Anschrift des Verfassers: Dr. A.-G. FAILU SALMAN, z. Z. hcntralinstitut fiir Uelletik unt! Kultllrpflanzenforschullg der Deutschell Akademie der Wissenschaftell zu Berlin, 4325 Gatersleben, Kreis Aschersleben.
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