Some Cytological Aspects of the Differentiation of Metaxylem in the Root of Allium Cepa

SUMMARY

A cytological study was accomplished on the immature metaxylem of Allium cepa roots in the histological region between 500 and 3000 μ from the tip. Labelling experiments with ³H-thymidine, ³H-uridine and ³H-lysine were also carried out.

The results show that in metaxylem maturation four morphologically detectable stages can be distinguished:

1)	Cells close to the region of the apical initials undergo a process of chromosome endoreduplication.
2)	Cells of the histological region between 800 and 1200 μ from the root tip show amplification of the genes of the nucleolar organizing region.
3)	Cells of the histological region between 1200 and 2000 μ from the root tip show extrusion of the nucleolus from the nucleus (about 30% of cells show the phenomenon). Nucleoli, either extruded or not extruded, incorporate 3H-thymidine in their peripheral area in concomitance with chromatin incorporation. On the contrary, the inner part of the nucleolus is active in DNA synthesis when chromatin is almost inactive.
4)	After nucleolar extrusion, nuclei are observed either: i) in the despiralized chromatin condition and without any nucleolus, or ii) with chromatin accumulation around the nucleolus. Both types of nuclei show the presence of micronucleoli, containing both DNA and RNA.

The results of ³H-uridine and ³H-lysine incorporation are also reported.

RIASSUNTO

È stato effettuato uno studio citologico sul metaxilema immaturo della radice di Allium cepa durante i primi stadi del processo della differenziazione. L'analisi è stata eseguita su di un'area istologica fra 500 e 3000 μ dall'estremo apice della caliptra su radici trattate con timidina ³H, uridina ³H e lisina ³H e su radici di controllo.

I risultati ottenuti mettono in evidenza che la linea cellulare del metaxilema segue nel processo della sua differenziazione, alcuni stadi ben determinabili a livello citologico. La successione di stadi osservata può essere così indicata:

1)	Le cellule del metaxilema immaturo più vicine alla zona delle iniziali presentano una uniforme distribuzione di DNA ed una diffusa incorporazione di timidina. Poiché si sa da precedenti studi che i nuclei di queste cellule hanno un contenuto in DNA maggiore del contenuto di una cellula diploide si può concludere che esse sono in uno stadio di endoreduplicazione cromosomica.
2)	Ad una maggiore distanza dall'apice (800–1200 μ dall'apice della caliptra) si nota un accumulo di cromatina nella zona che circonda il nucleolo. La incorporazione di timidina avviene essenzialmente in questa zona. Circa il 90% delle cellule presenta il fenomeno descritto.
3)	Fra 1200 μ e 2000 μ dall'apice le cellule presentano il fenomeno della extrusione del nucleolo dal nucleo, con una frequenza di circa il 30%. A questo stadio i nuclei incorporano timidina sia nella cromatina che nella zona periferica del nucleolo. Alcuni nuclei manifestano incorporazione solo nella zona interna del nucleolo.
4)	Dopo la extrusione del nucleolo i nuclei possono presentarsi in due diversi stadi, caratterizzati uno da una accentuata despiralizzazione della cromatina e dall'assenza del nucleolo e l'altro dalla presenza del nucleolo circondato da un vistoso accumulo di cromatina. L'uno e l'altro stadio possono presentare strutture Feulgen positive tipo micro-nucleoli.

Lo stadio a cromatina diffusa incorpora timidina essenzialmente sulle strutture Feulgen positive, lo stadio con nucleolo circondato da accumulo di cromatina incorpora timidina essenzialmente intorno al nucleolo.

Gli autori, sulla base dei dati della letteratura interpretano l'accumulo di cromatina intorno al nucleolo, la extrusione del nucleolo e la formazione di micronucleoli come una possibile manifestazione di amplificazione genica dei cistroni ribosomali (sintesi di extracopy DNA).

Sono riportati anche i risultati della incorporazione di ³H-uridina e ³H-lisina.