Entwicklungsstadien‐ und sippenspezifische Zellwand‐Autolysine bei der Freisetzung von Fortpflanzungszellen in der Gattung Chlamydomonas

Abstract

ZusammenfassungZellwand‐Autolyse ist nach vorliegender Untersuchung in der Gattung Chlamydomonas ein normaler und streng stadienspezifischer Vorgang in der OntogeneseZum Nachweis der beteiligten lyrischen Faktoren („Autolysine”) wurden einfache biologische Tests entwickeltEine Freisetzung von Zoosporen aus den Sporangien mittels enzymatischer Sporangienwand‐Autolyse ließ sich bei 52 Stämmen unterschiedlicher Herkunft von 42 Arten nachweisen und ist für die Gattung als generelles Prinzip anzusehenSekretion wie auch Wirksamkeit der Sporangienwand‐Autolysine sind entwicklungsstadien‐spezifisch: nur junge Zellen können das Autolysin sezernieren; mit dem Autolysin läßt sich nur die Sporangienwand lysieren, nicht aber die Wand von Zoosporen, vegetativen Zellen oder GametenMit Sporangienwand‐Autolysinen von Arten, bei denen sowohl vegetative Zellen wie Sporangien von einer gallertigen „Kapsel” umgeben sind, ließ sich diese Gallerte in jedem Entwicklungsstadium kurzfristig auflösen, ohne jedoch auch hier die eigentliche Zellwand vegetativer Zellen zu lysierenHinsichtlich der Wirksamkeit der Sporangienwand‐Autolysine auf Sporangien anderer Chlamydomonas‐Arten ergab sich eine Sippen‐Spezifität, d. h. sie wirkten in der Regel nur innerhalb einer Gruppe morphologisch meist ähnlicher Arten, in einigen Fällen nur auf Sporangien des Erzeugerstammes. Nach der Wirkungsspezifität ihrer Autolysine ließen sich die 52 aktiven Chlamydomonas‐Stämme 15 Gruppen zuordnenEine Autolysinwirksamkeit zwischen diesen Gruppen war in mehreren Fällen nachweisbar: die Autolysine von vier Gruppen wirkten im Biotest einseitig auch auf Sporangien der Stämme jeweils einer anderen GruppeArten mit gemeinsamem Sporangienwand‐Autolysin stimmten auch in weiteren physiologischen und morphologischen Merkmalen überein; offensichtlich handelt es sich um Gruppierungen natürlich verwandter FormenEs werden vier Modi der autolytischen Sporenfreisetzung beschrieben entsprechend dem unterschiedlichen Verhalten der Sporangienwände (totale oder partielle Lysis) und der Gallerten im SporangieninnerenEs wurden Methoden zur Isolierung und Reinigung von Sporangienwand‐Präparaten für 14 Chlamydomonas‐Arten mit jeweils spezifischem Autolysin ausgearbeitet. Nach dünnschicht‐chromatographischen Analysen von Hydrolysaten dieser Wandpräparate sind die Haupt‐Zuckerkomponenten fast immer Galaktose und Arabinose, dazu kommen in geringerer Menge je nach Art in wechselnden Verhältnissen Xylose, Fucose, Rhamnose, Uronsäuren und eine nicht identifizierte Pentose; Glucose — und damit Cellulose — fehlt in der Regel oder ist nur in Spuren nachweisbar. Eine Ausnahme macht nur C. ulvaensis. Haupt‐Zuckerkomponenten sind hier Xylose und Glucose; Galaktose und Arabinose sind nur in geringen Anteilen enthaltenIn Bestätigung einer früheren Beobachtung von Claes (1971) wird die Wirksamkeit eines zweiten Autolysins im Entwicklungszyklus von Chlamydomonas nachgewiesen: Gameten der diözischen C. reinhardii sezernieren bei Geißelkontakt der Kreuzungspartner ein „Gametenwand‐Autolysin”, das zum Abwurf der Gametenwände bei beiden Kreuzungstypen führt. Es wurde eine verbesserte Methodik zur Gewinnung des Gametenwand‐Autolysins erarbeitetMit dem Gametenwand‐Autolysin ließen sich die Wände aller Zellstadien der Art (Gameten, Zoosporen, vegetative Zellen, Sporangien), mit Ausnahme der Zygoten, total auflösen. Entsprechend dieser Eigenschaft des Gametenwand‐Autolysins wurde — erstmals bei einzelligen Grünalgen — ein schonendes Verfahren zur Isolierung von Protoplasten für Zellanalysen entwickeltMit dem Gametenwand‐Autolysin ließen sich nur bei den Stämmen Protoplastenbildung und Sporangiolysis erzeugen, die ein gemeinsames Sporangienwand‐Autolysin mit C. reinhardii besitzen; beide Autolysine stimmen also in der Sippenspezifität ihrer Wirkung übereinSporangienwand‐ und Gametenwand‐Autolysine gleichen sich in den bisher geprüften Eigenschaften: sie sind fällbar mit (NH4)2SO4, nicht dialysierbar, temperaturlabil (inaktiviert nach 10 Min. 70 C), inaktivierbar mit 5 × 10−4 M HgCl2, mit der Proteinase Papain und meistens mit dem Komplexbildner Äthylendiamin‐tetraessigsäureIn der Diskussion wird im Zusammenhang mit den Resultaten vorliegender Arbeit über die Zusammensetzung der Zellwände bei den Volvocales, über die Beteiligung von Autolysinen bei der Freisetzung von Fortpflanzungszellen aus Sporangien und Gametangien bei Pilzen und Algen sowie über eine mögliche Berücksichtigung der Sippenspezifität von Autolysinen für ein natürliches System der Chlamydomonaden referiert