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Chromosome Endoreduplication (Endopolyploidy) in Pea Root Meristems Induced by 8-Azaguanine

1965; University of Florence; Volume: 18; Issue: 4 Linguagem: Italiano

10.1080/00087114.1965.10796192

2165-5391

Vittoria Nuti Ronchi, S. Avanzi, Francesco D’Amato,

Plant Molecular Biology Research

SUMMARYThe effect of 8-azaguanine (5 × 10−4M) on the root meristems of Pisum sativum has been studied.The immediate effect of 8-azaguanine is an inhibition of interphase (G2) nuclei to enter mitosis ending in the absence of mitosis after a 12-hour treatment. Inhibition of DNA synthesis (H3-thymidine incorporation) starts to appear after 6 hours: 8-azaguanine does not interfere with DNA synthesis once it is initiated, but it inhibits the initiation of DNA synthesis (passage from G1 to S) at least in the majority of cells (data of the DNA cyto-photoinetry).When roots treated with 8-azaguanine for 17 hours recover in water for 24 hours, both diploid (14 monochromosomes) and endotetraploid (14 diplochromosomes = 4-chromatid chromosomes) mitoses are found in the meristem. The proportion of diplochromosome mitoses is still higher when the 24-hour water recovery follows two 8-azaguanine treatments, 17-hours each, separated by a 6-hour root immersion in 5 x 10—4M guanine. A treatment has also been found which induces quadruplochromosomes (8-chromatid chromosomes).H3-thymidine labeling and DNA cytophotometry have shown that: i) chromosome endoreduplication (endopolyploidy) is not preexisting, but it is induced by the treatment;ii) diplochromosomes are due to a true endoreduplication involving DNA doubling from 4C to 8C;iii) the majority of the endoreduplicated cells (DNA synthesis from 4C to 8C or « second » S) are formed during root recovery after treatment, whilst 6–7% only are formed during treatment, probably the first 8-azaguanine treatment;iv) of the nuclei destined to give diplochromosome mitoses, ca. 90% have made the whole or part of their first DNA synthesis (2C → 4C) before 8-azaguanine treatment, the remainder (10%) have entered DNA synthesis during the first hours of 8-azaguanine treatment.Some lines of evidence are presented indicating that 8-azagnanine triggers the endoreduplication mechanism in 4C cells belonging to the differentiating cell line of the meristem (g2 cells, according to the model proposed by DEWEY and HOWARD 1963).The possible mechanism of 8-azaguanine effect on pea root meristems is discussed and attention is called on the variety of seemingly unspecific stimuli inducing endoreduplication in animal cells.RIASSUNTOÈ stato studiato l'effetto della 8-azaguanina (5 × 10 −4M) sui meristemi radicali di Pisum sativum.L'effetto immediato della 8-azaguanina è una inibizione dei nuclei interfasici (G2) ad entrare in mitosi, che porta all'assenza di mitosi dopo un trattamento di 12 ore. La inibizione della sintesi del DNA (incorporazione di timidina-H3) comincia ad apparire dopo 6 ore; la 8-azaguanina non inibisce la sintesi del DNA nei nuclei in cui essa è già iniziata, ma inibisce l'inizio della sintesi del DNA nella maggioranza almeno delle cellule (dati dell'analisi citofotometrica del DNA).Allorquando le radici trattate con 8-azaguanina per 17 ore subiscono una ripresa in acqua per 24 ore, nel meristema si ottengono sia mitosi diploidi (14 monocromosomi) sia mitosi endotetraploidi (14 diplochromosomi = cromosomi a 4 cromatidi). La proporzione di mitosi a diplocromosomi è ancora maggiore in radici messe in ripresa in acqua per 24 ore dopo due trattamenti con 8-azaguanina, di 17 ore ognuno, separati da una immersione delle radici in 5 × 10−4M guanina per 6 ore. È stato anche trovato un trattamento con il quale vengono indotti quadruplocromosomi (cromosomi a 8 cromatdi).La marcatura con timidina-H3 e la misura citofotometrica del DNA hanno mostrato che: i) la endoreduplicazione cromosomica (endopoliploidia) non è preesistente al trattamento, ma è da questo indotta;ii) i diplocromosomi sono dovuti ad una vera endoreduplicazione, che comporta il raddoppiamento del DNA da 4C a 8C;iii) la maggioranza delle cellule endoreduplicate (sintesi del DNA da 4C a 8C, o « seconda » S) si forma durante la ripresa in acqua dopo trattamento, mentre solo il 6–7% di esse si forma durante il trattamento, probabilmente durante il primo trattamento con 8-azaguanina;iv) dei nuclei destinati a dare mitosi a diplocromosomi, ca. jl 90% hanno fatto tutta o parte della loro prima sintesi del DNA (2C → 4C) prima del trattamento con 8-azaguanina, il rimanente 10% è entrato nella sintesi del DNA durante le prime ore del trattamento con 8-azaguanina.Vengono presentate alcune possibili prove che la 8-azaguanina fa scattare il meccanismo della endoreduplicazione in cellule 4C appartenenti alla linea cellulare destinata alla differenziazione nel meristema (cellule g2, secondo il modello proposto da DEWEY e HOWARD 1963).Viene discusso il possibile meccanismo dell'effetto della 8-azaguanina sul meristema radicale di Pisum e viene richiamata l'attenzione sulla varietà di stimuli apparentemente non specifici che inducono la endoreduplicazione nelle cellule animali.