The regulation of RNA synthesis in fern gametophytes by light

Publisher Website
Google Scholar
Abstract
Morphogenesis and metabolism of the gametophytes (= sporelings) of the common male fern Dryopteris filix-mas are controlled by visible radiation. Short wavelengths visible radiation (= blue light) leads to an increase in protein synthesis and makes possible the formation of “normal” two-dimensional prothallia. Under long wavelengths visible radiation (= red light) the sporelings grow as cellular filaments the protein contents of which are markedly lower than under blue irradiation even under conditions of equal rate of dry matter accumulation in red and blue (Ohlenroth and Mohr, 1963). — It is shown in the present paper that the RNA content of sporelings of the same age is always higher in blue light than in red light (Figs. 1, 3). The blue-dependent increase of RNA occurs faster than the blue-dependent increase of protein (Fig. 2). Furthermore the increase of protein per sporeling is much larger than the increase of RNA (Fig. 4). These facts are in agreement with the hypothesis that in some way or another blue light initiates differential gene activation. The blue light-dependent morphological changes which occur if we put red grown filamentous sporelings under blue light can be measured much faster than the blue light-dependent increase of the bulk protein (Figs. 5, 6). We have to conclude as we did in a previous paper (Kasemir and Mohr, 1965) that the blue light-dependent increase in the protein content of the sporelings might be mainly due to an increase of chloroplast protein. — The blue light-dependent increase of the RNA content occurs at least as fast as the morphological changes (Figs. 5, 6). This finding is supplemented by the observation (Fig. 8) that blue light markedly and rapidly stimulates the incorporation of 14C into RNA. The 14C was applied as 14C-uridine (U). — It seems that blue light causes an increase of protein synthesis in the chloroplasts as well as in the cytoplasm. Blue light-dependent RNA synthesis seems to be involved in this response. These data support the view that blue light might exert its morphogenetic control through differential gene activation. In einer früheren Arbeit wurde gezeigt (Ohlenroth und Mohr, 1963), daß sich die Vorkeime von Dryopteris filix-mas im Blaulicht zu “normalen” zweidimensionalen Prothallien mit einem relativ hohen Proteingehalt entwickeln. Im Hellrot hingegen bilden sich Zellfäden (= Protonemen) aus, deren Proteingehalt bei gleicher Photosyntheseleistung wesentlich geringer ist. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, daß auch der RNS-Gehalt im Blaulicht stets größer als im Hellrot ist. Die blaulichtabhängige RNS-Zunahme setzt zeitlich früher ein als die Proteinzunahme. In Umsetzexperimenten von Hellrot nach Blau manifestiert sich die morphogenetische Umsteuerung der Protonemen zeitlich eher als die blaulichtabhängige Steigerung des Proteingehalts. Kasemir und Mohr (1965) konnten zeigen, daß es sich bei dem “Blaulichtprotein” in erster Linie um eine Vermehrung des Strukturproteins der Chloroplasten hanhandelt. Die blaulichtabhängige RNS-Zunahme dagegen ist spätestens zum Zeitpunkt der morphologischen Umsteuerung faßbar. Dieses Ergebnis wird dadurch gestützt, daß Blaulicht im Vergleich zu Hellrot rasch einen gesteigerten Einbau von 14C, als 14C-Uridin (U) geboten, in die RNS-Fraktion verursacht. Das Blaulicht scheint in den Farnvorkeimen zwei verschiedene Vorgänge zu verursachen. 1. Steigerung einer autonomen Proteinsynthese in den Chloroplasten. 2. Auslösung oder Steigerung einer spezifischen Enzymsynthese im Cytoplasma. Die blaulichtabhängige Steigerung der RNS-Synthese scheint damit in Zusammenhang zu stehen. Die Daten der vorliegenden Arbeit werden als Indizien dafür angesehen, daß das Blaulicht seine morphogenetische Wirkung über eine differentielle Genaktivierung ausübt.