Strahlenempfindlichkeit von Drosophila-Spermien vor und nach der Besamung des Eies

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1 Research Collection Doctoral Thesis Strahlenempfindlichkeit von Drosophila-Spermien vor und nach der Besamung des Eies Author(s): Graf Ulrich Publication Date: 1972 Permanent Link: Rights / License: In Copyright - Non-Commercial Use Permitted This page was generated automatically upon download from the ETH Zurich Research Collection. For more information please consult the Terms of use. ETH Library

2 Diss. E T H Diss. Nr > - STRAHLENEMPFINDLICHKEIT VON DROSOPHILA SPERMIEN VOR UND NACH DER BESAMUNG DES EIES Abhandlung zur Erlangung der Wurde eines Doktors der Naturwissenschaften der EIDGENOSSISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE ZURICH vorgelegt von ULRICH GRAF dipl. Natw. ETH geboren am 5. Mai 1943 von Zurich und BUlach ZH Angenommen auf Antrag von Prof. Dr. H. Ulrich Referent Prof. Dr. F.E. Wurgler Korreferent ELSEVIER PUBLISHING COMPANY AMSTERDAM 1972

3 Mutation Research Elsevier Publishing Company Amsterdam Printed m The Netherlands 287 STRAHLENEMPFINDLICHKEIT VON DROSOPHILA-SPERMIEN VOR UND NACH DER BESAMUNG DES EIES ULRICH GRAF Zoologisches Inshtut Eidgenossische Technische Hochschule Zurich (Schweiz) (Emgegangen am 28 Dezember 1971) (Revision emgegangen am 8 Marz 1972) SUMMARY Radiosensitivity of Drosophila sperm before and after insemination of the egg The radiosensitivity of mature sperm before and after insemination of the egg was determined with lespect to the induction of sex-linked recessive lethals and recip rocal translocations. In two separate series inseminated females and newly laid eggs respectively were X-rayed either in air oxygen or purified nitrogen. The use of a special test system allowed the recessive lethals (including orthodox as well as Y-suppressed lethals) to be registered separately in the maternal and in the paternal X-chromosomes. Using this procedure about the sensitivity of in both series the maternal chromosomes. A comparison of the dose-response relationships we also obtained information for the recessive lethals leads to the following results: The maternal X-chromosome of stage-14 oocytes has about the same sensitivity as that of newly laid eggs. The paternal X-chromosome of mature sperm in the storage organs chromosome of stage-14 oocytes. of the females is less sensitive than the maternal X- In contrast to this the paternal X-chromosome of sperm which have just penetrated into the egg is more sensitive than the maternal X-chromosome of newly laid eggs. The sensitivity of the sperm after insemination is twice as high as before insemination. These differences are independent of the gas that is present during irradiation. The oxygen enhancement ratios obtained from irradiations of inseminated females are somewhat higher than those obtained from irradiations of newly laid eggs. From these results it is concluded that the doubling of the sensitivity of the sperm after in semination is not caused by an oxygen effect i.e. by a differential oxygen content of the sperm in the two different evironments. We assume that the increase in sensitivity is connected with the histone trans formation in the paternal chromosomes during the transition into the pronucleus which is accompanied by a decrease of free SH-groups acting as radiation protectors. The possibility of a differential influence of maternal factors on the X-ray-induced lesions in the paternal chromosomes cannot be excluded. Mutation Res 15 (1972)

4 STRAHLENEMPFINDLICHKEIT VON DROSOPHILA-SPERMIEN 299 virginer Weibchen ausgekreuzt. Die uberlebenden Nachkommen wurden nach Pha.notypen klassiert. Wie die Experimente zeigten ist die Rate der als Folge strahleninduzierter Geschlechtschromosomen-Verluste entstehenden X/O-Mannchen vom Genotyp der verwendeten Test-Weibchen abhangig. Daraus schliessen wir dass unter der Kontrolle des weiblichen Genoms stehende Reparaturprozesse die in den bestrahlten Spermien induzierten Chromosomenschaden nach der Besamung beeinflussen. IJber die Natur solcher Reparatursysteme bei Drosophila ist bis heute allerdings noch nichts Naheres bekannt. Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Versuchen bestrahlten wir in unseren eigenen Experimenten gleichzeitig mit den reifen Spermien immer auch die mutterliche Eizelle und damit auch die postulierten Repa ratursysteme. Wie Wolff29 zeigen konnte konnen solche Reparatursysteme durch Bestrahlung ebenfalls geschadigt werden. Die Empnndlichkeit von Stadium-14-Oozyten und von frisch abgelegten Eiern beziiglich der Induktion rezessiver Letalfaktoren im mutterlichen X-Chromosom ist zwar unverandert. Doch ist nicht auszuschliessen dass sich die Empfindlichkeit der mutterlichen Reparatursysteme andert. Ein Anstieg der Empfindlichkeit der Reparaturprozesse nach Ablage des Eies wiirde dann bei Bestrahlung abgelegter Eier zu einer Erhohung der nicht reparierten vaterlichen Cbromosomensatz und damit auch zu einer Erhdhung Schaden im der Rate rezessiver Letalfaktoren fuhren. Wir mussen also auch eine unterschiedliche Beeinflussung der in den Spermien induzierten Strahlenschaden durch mutterliche Reparatursysteme in Betracht ziehen. Zusammenfassend konnen wir feststellen dass der Anstieg der Strahlenempfindlichkeit des Spermiums nach der Besamung nicht auf einem unterschiedlichen Sauerstoffgehalt beruht. Dieser Anstieg konnte einerseits mit einer Abnahme der Menge freier SH-Gruppen in den Chromosomen der Spermien andererseits aber auch mit Anderungen in den Reparatursystemen des Eies zusammenhangen. DANK Herrn Prof. Dr. H. Ulrich danke ich fur die Anregung zu dieser Arbeit und fur sein stetiges Interesse. Zu grossem Dank verpflichtet bin ich Herrn Prof. Dr. F. E. Wurgler fur die wertvolle Unterstiitzung und die vielfaltige Forderung wahrend der Ausfiihrung der Untersuchungen. Die Arbeit wurde durchgefiihrt mit Unterstiitzung des Schweizerischen Nationalfonds zur Forderung der wissenschaftlichen Forschung. ZUSAMMENFASSUNG Die Empfindlichkeit reifer Spermien vor und nach der Besamung des Eies wurde untersucht beziiglich der Induktion geschlechtsgebundener rezessiver Letal faktoren sowie reziproker Translokationen durch Rontgenstrahlen. wurden einesteils begattete Weibchen andernteils frisch abgelegte Eier in Luft In zwei Serien Sauerstoff oder Stickstoff bestrahlt. Auf diese Weise erhielten wir in beiden Serien gleichzeitig auch Aufschluss iiber die Empfindlichkeit des Eikerns in der Oozyte bzw. im besamten Ei. Ein Vergleich der Dosiswirkungskurven fur die rezessiven Letalfaktoren die fur das vaterliche und fur das mutterliche X-Chromosom getrennt registriert wurden fiihrte zu folgenden Ergebnissen: Mutation Res. 15 (1972)

5 3oo U. GRAF Das miitterliche X-Chromosom von Stadium-14-Oozyten ist etwa gleich empfindlich wie dasjenige von frisch abgelegten Eiern. Das vaterliche X-Chromosom von reifen Spermien die sich in den Speicherorganen begatteter Weibchen befmden ist weniger empfindlich als das miitterliche X-Chromosom von Stadium-14-Oozyten. Hingegen ist das vaterliche X-Chromosom von Spermien die frisch ins Ei eingedrungen sind empfindlicher als das miitterliche X-Chromosom von frisch abgelegten Eiern. Die Empfindlichkeit des X-Chromosoms des Spermiums nach der Besamung ist rund doppelt so hoch wie vor der Besamung. Alle diese Unterschiede sind unabhangig von dem wahrend der Bestrahlung anwesenden Gas. Die Sauerstofferhohungsraten sind bei Bestrahlung begatteter Weib chen etwas hoher als bei Bestrahlung frisch abgelegter Eier. Wir schliessen aus diesen Ergebnissen dass die Verdoppelung der Empfindlich keit des Spermiums nach der Besamung nicht auf einem Sauerstoffeffekt d.h. nicht auf einem unterschiedlichen Sauerstoffgehalt der Spermien in den zwei verschiedenen Milieus beruht. Wir nehmen an dass die Empfindlichkeitsanderung in Zusammenhang steht mil dem Histonumbau in den vaterlichen Chromosomen wahrend der Umwandlung in den Vorkern und mit der damit verbundenen Abnahme freier SH-Gruppen die als Strahlenschutzstoffe wirken konnen. Die Moglichkeit einer unterschiedlichen Beeinflussung der in den Spermien induzierten Strahlenschaden durch miitterliche Faktoren kann nicht ausgeschlossen werden. L1TERATUR 1 Abbott W S A method of computing the effectiveness of an insecticide /. Econ. Entomol 18(1925) Das C C B P Kaufmann und H. Gay Histone protein transition in Drosophila melanogas ter II Changes during early embryonic development /. Cell. Biol 23 (1964) Edington C W J. L Epler und J D. Regan The frequency-dose relation of X-ray-mduced Y-suppressed lethals m Drosophila Genetics 47 (1962) Finsinger F. X Abtotungs- und Mutationsraten nach Rontgenbestrahlung frisch abgelegter Drosophila-Eier m verschiedenen Sauerstoffkonzentrationen Vierteljahresschr Naturforsch. Ges (Zurich) 109 (1964) Glass B A comparative study of induced mutation in the oocytes and spermatozoa of Drosophila melanogaster I Translocations and inversions Genetics 40 (1955) Graf U. Bestimmung der Rate mduzierter Letalfaktoren bei Rontgenbestrahlung besamter Drosophila-Eier Diplomarbeit 1967 Eidg Techn. Hochschule Zurich unveroffenthcht. 7 Graf U und F. E Wurgler Strahlemnduzierte Verluste ernes Rmgchromosoms bei Drosophila melanogaster Arch. Julius Klaus-Stifl. Vererbungsforsch Sozialanthropol Rassenhyg 45 (1970) Graf U und F. E Wurgler Influence of the maternal genotype on the rate of apparent X/O males after irradiation of mature sperm Drosophila Inform. Serv 46 (1971) Graf U B Piatkowska und F. E. Wurgler X-Ray-mduced recessive lethals in newly inseminated eggs of Drosophila melanogaster Mutation Res 7 (1969) Kaufmann B P und H Gay Cytological evaluation of differential radiosensitivity in spermatogenous cells of Drosophila in F. H Sobels (Ed.) Repair from Genetic Radiation Damage Pergamon Oxford 1963 S n King R C A C Rubinson und R. F. Smith Oogenesis in adult Drosophila melanogaster Growth 20 (1956) Leuthold U Emfluss der Geschlechtschromosomen auf die Strahlenempfindlichkeit verschiedener Zelltypen von Drosophila melanogaster Mutation Res 14 (1972) Leuthold U und F E Wurgler Egg collection from individual females of Drosophila melanogaster Drosophila Inform Serv 45 (1970) Lewis E B The phenomenon of position effect Advan Genet 3 (1950) Lindsley D L und E H. Grell Genetic variations of Drosophila melanogaster Carnegie Inst. Wash Publ 627 (1968) 16 Lindsley D L C. W. Edington und E S von Halle Sex-linked recessive lethals in Drosoph ila whose expression is suppressed by the Y chromosome Genetics 45 (i960) Mutation Res 15 (1972)