Rolf Blaich

Heterogenic Incompatibility in Plants and Animals

Publisher Summary This chapter that in many cases the occurrence of heterogenic incompatibility has been unequivocally demonstrated by comprehensive genetic data. However, in a number of examples, the phenomenon is inferred from circumstantial evidence only. The main reason is that, effects properly attributed to heterogenic incompatibility either has been considered as having other causes or else have been merely mentioned as inexplicable secondary effects. However, in spite of these difficulties there are some general concepts, which need to be amplified in a more general manner: Distribution, nature of genetic determinants, and efficiency in sexual and vegetative phases, general action, and demarcation versus diffusible inhibitory substance, biochemical basis, and relations with histoincompatibility, consequences for taxonomy, and practical consequences. The chapter intends to acquaint biologists not only with the existence and versatile genetic basis of heterogenic incompatibility, but also with its general importance as a basic biological phenomenon.

Function of enzymes in wood decaying fungi

Summary1.Mycelial extracts and culture filtrates of two species of Trametes have been assayed for various enzymatic activities. The tests performed after 3 and 10 days of mycelial growth on 3% malt extract have revealed that the spectra of external enzymes secreted by both strains differ markedly from their intracellular equivalents. A great part of the external isozyme bands, shown in disc electrophoresis and isoelectric focusing, have no equivalent acting within the cell.2.These findings are discussed on the basis of special functional properties which have to be attributed to external enzymes. It is concluded that a great number of them are not simply internal enzymes which happen to be active outside the cell but that they are synthesized or at least modified especially for extracellular action under these special conditions.3.A comparison between the two species of Trametes has shown that both produce enzymes with identical function. This indicates their strong relationship, though the electrophoretic mobility of most of the enzymes is not comparable. The consequences of these findings for chemical taxonomy are discussed.

Der Funktionszusammenhang zwischen einer Handlung und der ihr zugrunde liegenden Erregung als Grundlage der Ethometrie von Schlüsselreizen

Summary1.The strength RS of the mobbing response of the pied flycatcher (Ficedula hypoleuca) to avian predators increases by 44 calls/min following the hatching of its young (Fig. 2). The corresponding increase in mobbing motivation M is independent of the quality and the stimulus value of the models presented, rather it depends only on the readiness to mob which is a function of the stage of the breeding cycle. This permits the construction of a curve (Fig. 3) approximating the functional relationship RS=f(M). It is therefore possible to substitute the relative scaling of stimulus values with an absolute scale of motivational states, thereby establishing conditions for the quantitative evaluation of the law of heterogenous summation.2.Changes in responsiveness are constant for all stimuli as for example in the pied flycatcher, a fish, and an insect. These changes could be factorial with respect to the original stimulus values as in some birds and fishes.3.Mobbing movements and mobbing calls are induced by a common factor M to which the former respond at a lower threshold than the latter. This is based on observations of the time course of both mobbing elements, their dependence on RS, as well as the tendency to mobbing movements as a function of the tendency to call (Table).4.The mobbing response exceeds the stimulation time sometimes up to 44 min and varies as a function of the RS to the presence of the enemy. Very weak responses evoke no after-reaction (Fig. 1).Zusammenfassung1.Die Stärke RS (Antwortstärke, s. S. 303) der durch Vogelfeinde ausgelösten Alarmhandlung freilebender Trauerschnäpper (Ficedula hypoleuca) steigt nach dem Schlüpfen der Jungen um 44 R/min. Die entsprechende Zunahme der die RS bestimmenden Feinderregung M ist unabhängig von Attrappenqualität und -stärke und wird nur von der brutstadienabhängigen Antwortbereitschaft bestimmt (Abb. 2). Dies erlaubt die Konstruktion einer Kennlinie (Abb. 3), welche den Funktionszusammenhang RS=f(M) angenähert beschreibt. Die Kenntnis dieser Beziehung ersetzt die im Attrappenversuch gewonnene relative Skala der Auslösewerte von Reizsituationen durch eine absolute Skala von Erregungswerten und schafft so die Voraussetzung für eine quantitative Prüfung der Reizsummenregel.2.Die Veränderung der Bereitschaft für eine bestimmte Handlung vollzieht sich additiv um einen für alle Reizsituationen konstanten Betrag wie beim Trauerschnäpper, bei einem Fisch und einem Insekt, oder aber faktoriell wie bei bestimmten Vögeln und Fischen.3.Die Alarmbewegungen sprechen mit niedrigerer Schwelle auf dieselbe Erregungsqualität M an als die Alarmrufe. Diese Annahme wird nahegelegt durch die Zeitfolge des Auftretens von Alarmbewegungen und Alarmrufen, dessen Abhängigkeit von der RS sowie durch die verschiedene Neigung zu Alarmbewegungen abhängig von der Rufbereitschaft (Tabelle).4.Die Alarmhandlung überdauert den Feindreiz bis zu 44 min, abhängig von der während, der Beizdarbietung ausgelösten RS. Nur sehr schwache Alarme haben keine solche Nachwirkung (Abb. 1).

[Aminopeptidases of Basidiomycetes. I. Isoenzyme spectrum of Hapalopilus nidulans: composition of a (leucine) aminopeptidase from active subunits--characterization of enzymes with narrow substrate specificity].

Summary1.Eight aminopeptidases (AP) from dicaryotic cultures of the basidiomycete Hapalopilus nidulans were characterized by disc electrophoresis, gel chromatography and isoelectric focusing. They differ in molecular weight and in specificity against aminoacid naphthylamides (NA). The culture medium extracts contain AP.I (30 000, substrates: leu-, phe-, tyr-NA), and AP.II (40 000, leu-, phe-, tyr-NA). The mycelial extracts contain AP.1 (80000, phe-, tyr-, tyr-NA), AP.2 (90000, ala-, gly-, pro-NA), AP.3 (105 000, leu-, arg-, lys-NA), AP.4 (160000, leu-, phe-, tyr-, tyr-NA), AP.5 (about 200000, pro-NA), and AP.6 (about 4000000, glu-, asp.-NA).2.There is strong evidence that AP.4 consists of two identifical molecules of AP.1, which in turn is composed of AP.I and AP.II. A disaggregation of this or similar aminopeptidases into active subunits has not yet been reported in other microorganisms.3.The (proline)iminopeptidase (AP.5) can be inhibited by diisopropyl fluorophosphate indicating a serine residue within the active center. It is of further interest that enzymes with similar properties are unknown in other microorganisms. The remaining AP isoenzymes are, however, comparable with corresponding ones in other fungi and bacteria.Zusammenfassung1.Acht Aminopeptidase(AP)-Isoenzyme wurden in dikaryotischen Kulturen des Basidiomyceten Hapalopilus nidulans mittels Disc-Elektrophorese, Gelchromatographie und isoelektrischer Focussierung nachgewiesen und charakterisiert. Sie unterscheiden sich im Molekulargewicht und in ihrer Spezifität gegen Aminosäure-β-naphthylamide (NA). Das Kulturmedium enthält AP.I (30000, Substrate: Leu-, Phe-, Tyr-NA) und AP.II (40000, Leu-, Phe-, Tyr-NA), das Myzel AP.1 (80000, Phe-, Tyr-, Try-NA), AP.2 (90000, Ala-, Gly-, Pro-NA), AP.3 (105000, Leu-, Arg-, Lys-NA), AP.4 (160000, Leu-, Phe-, Tyr-, Try-NA), AP.5 (ca. 200000, Pro-NA) und AP.6 (über 300000, Glu-, Asp-NA).2.Es läßt sich zeigen, daß AP.4 aus zwei Molekülen AP.1 besteht, diese wiederum aus je einem AP.I und AP.II, welche in vivo nur extracellulär vorkommen. Ein Zerfall in aktive Untereinheiten wurde bisher bei ähnlichen Enzymen nicht beobachtet.3.Die (Prolin)iminopeptidase (AP.5) läßt sich durch DFP hemmen, scheint also eine Serin-Protease zu sein. Ein solches Enzym war aus Mikroorganismen bisher nicht bekannt; die übrigen Aminopeptidasen lassen sich jedoch mit entsprechenden aus anderen Pilzen und auch aus Bakterien homologisieren.

The incompatibility relationships between geographical races of Podospora anserina

SummaryThe physiological reaction of heterogenic incompatibility occurring between different geographical races of the Ascomycete Podospora anserina has been studied using the special technique of mixed culture.The protein spectra of strains differing either by genes of the allelic mechanism or the non-allelic mechanism or by both have been analysed. The results allow a biochemical distinction between the mechanisms. The joint action of both mechanisms leads to the formation of a specific protein. The origin and significance of this “incompatibility protein” is discussed.

Aminopeptidasen des Ascomyceten Podospora anserina

SummaryTwo immunologically unrelated aminopeptidases (P1 and P2) from the wild strain of the Ascomycete Podospora anserina were isolated and characterized. P1 has a molecular weight (MW) of about 140000, it can be activated by heat treatment (e. g. 8 min/80° C=100%) and is completely inhibited by DFP (5 mM). The enzyme specificity was tested with more than 30 oligopeptides as substrates, However, few of them were attacked significantly (Ala-Pro, Gly-Pro-Ala, Glu-Gly-Phe and two valine peptides). P1 is not cleaved into subunits by treatment with 0.1% SDS, but serological tests indicate the existence of a dimer in crude mycelial extracts.P2 (a typical leucine aminopeptidase) has a MW of about 70000. There is no heat activation and no inhibition by DFP. It has a large substrate range, hydrolyzing all oligopeptides tested, including di- and triglycine, pro-, asp-, glu-, and trp-peptides. Oxydized A- and B-chains of insuline are also partly digested but not the native protein. P2 is cleaved by 0.1% SDS into inactive subunits (MW about 15000) which may be reaggregated yielding active proteins with MWs of approximately 35000 and 150000 but no aggregates of the original MW of 70000.From these facts and from immunoelectrophoretical investigations it is concluded that the (leucine) aminopeptidase P2 is composed of subunits, which appear more or less aggregated, depending on conditions still unknown.This is corroborated by analyses of the clock mutant zonata: In this strain P1 could not be detected. An enzyme (Pz) was isolated which is serologically related to P2 but has a molecular weight of only 35000. Pz yields a broad band in disc electrophoresis and its Km-value is tenfold increased as compared with the wildtype enzyme.Morphological and cytochemical similarities between the mutant zonata and wildtype mycelia displaying the action of heterogenic (vegetative) incompatibility (e. g. abnormal growth, free AP-activity in the cytoplasm) are discussed.ZusammenfassungAus dem Wildstamm des Ascomyceten Podospora anserina wurden zwei Aminopeptidasen isoliert, die immunologisch nicht verwandt sind: P1 hat ein MG von ung. 140000, sie kann durch Hitzebehandlung aktiviert werden (z. B. 8 min bei 80° C um 100%) und wird von DFP (5 mM) vollständig gehemmt. Wie Hydrolyseversuche mit über 30 Oligopeptiden zeigten, hat sie eine ziemlich enge Substratspezifität (z. B. für Ala-Pro, Gly-Pro-Ala, Glu-Gly-Phe und Valinpeptide). P1 wird durch Behandlung mit 0,1% SDS nicht in Untereinheiten gespalten.P2, eine typische (Leucin) aminopeptidase, hat ein MG von etwa 70000, sie wird durch Hitze nicht aktiviert und durch DFP kaum gehemmt. P2 ist sehr unspezifisch und hydrolysiert alle getesteten Oligopeptide, wie z. B. Di- und Triglycin, Pro-, Asp-, Glu- und Trp-Peptide, die oxydierten Insulin-A- und (z. T.)-B-Ketten, jedoch nicht das native Protein. P2 wird durch 0,1% SDS in inaktive Untereinheiten (MG um 15000) gespalten, die reaggregieren können, wobei aktive Proteine von etwa 35000 bzw. 150000 entstehen, jedoch keine P2 (70000) mehr. Daraus und aus Untersuchungen mit der Immundiskelektrophorese wird geschlossen, daß die (Leucin)aminopeptidase P2 von P. anserina aus Untereinheiten besteht, die abhängig von noch unbekannten Bedingungen mehr oder weniger aggregiert vorliegen können.Dies wird auch durch die Verhältnisse bei der rhythmischen Mutante zonata bestätigt: Hier konnte P1 nicht nachgewiesen werden, dagegen wurde ein Enzym (Pz) isoliert, das serologisch mit P2 verwandt ist, in verdünnter Lösung jedoch ein MG von 35000 aufwies. Pz bildet in der Diskelektrophorese eine sehr breite Bande, der Km-Wert des Enzyms (um 10-3) für Leu-4-NA liegt um das 10fache höher als beim Wildenzym.Morphologische und cytochemische Ähnlichkeiten zwischen zonata und solchem wild-Mycel, in dem eine heterogenische (vegetative) Inkompatibilitätsreaktion abläuft (z. B. anomaler Wuchs, freie AP-Aktivität im Cytoplasma), werden diskutiert.

Der cis-trans-Positionseffekt in Heterokaryen morphologischer Mutanten von Podospora anserina

SummaryThe cis-trans position effect of the two non-linked morphological mutants z and oct-1 in heterocaryons of Podospora anserina is caused by quantitative differences of the two types of nuclei.In the cis configuration, there is a growth diminuition of hyphae containing predominantly nuclei of the double mutant type which leads to a selection of hyphae containing mainly the wildtype nuclei. This is due to the formation of microsectors. After 6 cm of mycelial growth the double mutant nuclei are no longer distinguishable; the mycelium adopts the wild phenotype.In the trans configuration, the microsectors of both types of mutant nuclei exhibit the same growth rate; the separation of nuclei is prevented as a result of the formation of hyphal anastomoses. The mycelium shows then an intermediate phenotype with both mutant characteristics.ZusammenfassungDer cis-trans-Positionseffekt in Heterokaryen der nicht gekoppelten morphologischen Mutanten z und oct-1 von Podospora anserina wird durch quantitative Kernunterschiede vorgetäuscht.Im cis-Fall führt die Wuchsverminderung von Hyphen mit überwiegendem Gehalt an Doppelmutantenkernen nach Mikrosektorenbildung im Mycel zu einer Selektion der Hyphen mit überwiegendem Wildkerngehalt. Die Doppelmutantenkerne sind nach 6 cm Wuchsstrecke aus dem Mycel verschwunden. Dieses weist daher Wildphänotyp auf.Im trans-Fall wird eine Kernentmischung durch Anastomosenbildung kompensiert, da die entestehenden Kleinsektoren gleich schnell wachsen. Das Mycel bringt daher die oct-1- und z-Merkmale in einem intermediären Phänotyp zum Ausdruck.