/. Embryol. exp. Morph. Vol. 20, 3, pp. 307-18, November 1968
307
Printed in Great Britain
Auto- und allotypische
DifFerenzierungen aus Blastemen der Halterenscheibe
von Drosophila melanogaster nach Kultur
in vivo
W. G E H R I N G , 1 G. M I N D E K 1 & E. H A D O R N 1
Von unserer Arbeitsgruppe wurden verschiedene Imaginalscheiben von
Drosophila im Abdomen weiblicher Fliegen kultiviert (siehe Arbeiten von
Hadorn und Mitarbeitern). Die Hamolymphe des Adultwirtes dient als Kulturmedium, in welchem die Blasteme proliferieren, wobei sie jedoch ihren larvalen
Differenzierungszustand beibehalten. Die Adultdifferenzierung kann durch
Riicktransplantation der Blasteme in eine Wirtslarve, mit der das Implantat
die Metamorphose durchlauft, vollendet werden. Die imaginalen Strukturen
des Integumentes konnen anschlief3end aus dem Abdomen des metamorphosierten Wirtes herausprapariert und untersucht werden.
Die Imaginalscheiben der verpuppungsreifen Larve, die als Ausgangsmaterial
fur unsere Kulturen dienen, stellen Mosaike von Organanlagen dar, in denen die
Zellen mindestens arealspezifisch determiniert sind. Wahrend der Proliferation
im Adultwirt entstehen Mehrfachbildungen der kultivierten Primordien. Es
werden aber nicht nur zusatzliche Organe gebildet, die der prospektiven Bedeutung der betreffenden Scheibe entsprechen {autotypische Differ enzierungen),
sondern auch Organe, die normalerweise aus anderen Imaginalscheiben hervorgehen und deshalb als allotypisch bezeichnet werden (Hadorn, 1965a). Der
Prozeti, der zur Bildung allotypischer Elemente fiihrt, wird als Transdetermination interpretiert (Hadorn, 1965 b, 1966). In Klonen genetisch markierter Zellen
zeigte sich, dafi die allotypischen Zellen aus autotypisch determinierten Zellen
durch eine qualitative Determinations-Anderung hervorgehen (Gehring, 1967).
Nach Tobler (1966) und Wildermuth (1968) sind Zellteilungen eine notwendige
Voraussetzung fur Transdeterminationen.
Das Inventar an allotypischen Organen, die nach Dauerkultur in den bisher
untersuchten Scheiben festgestellt wurde, umfafit alle Korperregionen des
imaginalen Integumentes aufter dem dorsalen Metathorax und den vorderen
Abdominalsegmenten. Der dorsale Metathorax mit dem Metathorakal-Stigma
und den Halteren entsteht aus den paarigen Halterenscheiben (Zalokar, 1943;
Adresse der Verfasser: Zoologisch-vergl. anatomisches Institut der Universitat, Kiinstlergasse 16, 8006 Zurich, Schweiz.
308
W. GEHRING, G. MINDEK & E. HADORN
Loosli, 1959). In der vorliegenden Arbeit berichten wir nun iiber die Differenzierungsleistungen von kultivierten Blastemen der Halterenscheibe. Es war vor
allem festzustellen, ob sie sich grundsatzlich anders verhalten als die Primordien
der iibrigen Scheiben.
MATERIAL UND METHODE
Da Vorversuche gezeigt hatten, daft halbierte Halterenscheiben im Adultwirt
nur wenig proliferieren, verwendeten wir Kombinate aus vier Halterenscheiben
als Ausgangsmaterial fur unsere Kulturen. Diese Viererkombinate werden nach
der Methode Nothiger (1964) durch mechanisches Durchmischen der Scheiben
mit zwei feinen Wolframnadeln hergestellt, wobei die Peripodialmembran,
welche die Scheibe umgibt, aufgerissen wird. Solche Kombinate proliferieren
starker als intakte Scheiben (Gehring, 1966; Tobler, 1966).
In einer ersten Versuchsanordnung wurden die Kombinate fur 22d in einen
ersten Adultwirt implantiert und anschliefiend fur 14, resp. 20d in neue Adultwirte (2. Transfergeneration) iibertragen. Nach dieser Proliferationsphase, in
der die Zellen ihren larvalen Differenzierungszustand beibehalten, wurden die
Kombinate in larvale Wirte riicktransplantiert, mit denen sie die Metamorphose
durchlaufen konnten. In diesen kurzfristigen Kulturen, wie auch in den Dauerkulturen (s.u.), wurden diejenigen Kombinate, die stark proliferiert hatten, in
mehrere Fragmente aufgeteilt, die wir getrennt in verschiedene Adult resp.
Larvalwirte implantierten.
AuCer den kurzfristigen Kulturen wurden, ausgehend von Kombinaten, auch
Dauerkulturen nach der von Hadorn (1963) entwickelten Technik angesetzt.
Dabei wird stets ein Teil des Blastemmaterials, das im Adultwirt wahrend 2-4
Wochen herangewachsen ist, in neue Adultwirte transferiert, wahrend der Rest
des Materials durch Riicktransplantation in Larvalwirte auf seine Differenzierungsleistungen gepriift wird (Testimplantate). Dieses Vorgehen konnte in
einer Kultur (H 51) iiber mehr als 32 Transfergenerationen (18 Monate)
wiederholt werden (vergl. Abb. 4). Nach der 12. Transfergeneration war die
Proliferation so stark, dafi nur noch Stichproben der Kultur weitergefiihrt
werden konnten.
Um Spender- und Wirtszellen eindeutig unterscheiden zu konnen, wurden
die Wirte mit den Genen ebony (e, 3-70,7) und multiple wing hairs (mwh, 3-28,8)
markiert. Der Faktor e bewirkt eine dunkle Farbung aller Cuticularstrukturen
und mwh modifiziert die als Trichome bezeichneten Zellharchen, wobei Einzelharchen durch ein Biischel von Trichomen ersetzt werden (Di Pasquale, 1952;
Peyer & Hadorn, 1965). Als Larvalwirte wurden Larven des friihen 3. Stadiums
(70-80 h nach Eiablage), als Adultwirte 1-3 tagige Weibchen verwendet. Zur
Herstellung der Kombinate dienten Halterenscheiben aus verpuppungsreifen
Spender-La.TWQn, die heterozygot fur die drei rezessiven Markierungsgene yellow
(y, 1-0,0), singed3 (sns, 1-21,0) und mwh waren. Infolge somatischer Mutationen
oder somatischem Crossing-over konnen bei dieser Konstitution genetisch
Differenzierungen der Halterenscheibe
309
markierte Einzelzellen auftreten, deren Nachkommen ein Mosaikareal liefern.
Anhand solcher Klone kann das 'Cell Lineage' und die Sequenz der Transdetermination analysiert werden (Gehring, 1967).
Die Fliegen wurden auf Standardfutter bei 25 °C gehalten. Die Dauerkultur
H51 wurde nach dem 26. Transfer auf 18° C iibertragen.
ERGEBNISSE
1. Das autotypische Differenzierungsinventar
In einem Kontrollexperiment wurden 15 Halterenscheiben aus verpuppungsreifen y Larven in 70 h alte e mwh Larven implantiert und nach der Metamorphose die gebildeten Strukturen untersucht. Dabei konnten wir die Befunde von
Loosli (1959) iiber die Differenzierungsleistungen der transplantierten Halterenscheibe bestatigen. Ein charakteristisches Transplantat ist in Abb. 1 dargestellt.
CB
Abb. 1. Differenzierungen eines Kontroll-Implantates der Halterenscheibe. M =
Metathorax mit Metathorakalborsten (MB) und Stigma (St). S = Scabellum mit
Sensilla campaniformia (ScS) und Hicks'sche Papillen (HP). P = Pedicellus mit
seinen Sensillen (ScP). C = Capitellum mit Borsten (CB). E = Endosklerite.
AB = Adventivborsten.Im Implantat ist die Anordnung der Halterenglieder gestort.
Vergr. 180 x .
310
W. GEHRING, G. MINDEK & E. HADORN
Da der normale Ausstulpungsprozess in isolierten Imaginalscheiben unterbleibt, sind die Strukturen invertiert. Die gebildeten Organteile umfassen die
drei Halterenglieder, Teile des dorsalen Metathorax mit dem MetathorakalStigma sowie ein Areal mit sog. Adventivborsten (vergl. Loosli, 1959). Der
Metathorax kann anhand des Metathorakal-Stigmas mit den Reusenhaaren,
sowie auf Grund einer Gruppe von 3-4 Metathorakalborsten identifiziert
werden. Das Basalglied der Haltere, das Scabellum, weist Langsreihen von
Sensilla campaniformia (Sinneskuppen) auf, die durch eine Reihe von Trichomen
voneinander getrennt sind und in der Aufsicht kreisformig erscheinen. Aufierdem tragt es einzelne Sinneskuppen, sog. Hicks'sche Papillen. Der Pedicellus,
das mittlere Glied, ist durch reihenformig angeordnete 'ovalen' Sensilla campaniformia charakterisiert, die im Unterschied zu den Sensillen des Scabellums
miteinander verwachsen sind. Es finden sich auch keine Trichome zwischen
diesen Sensillenreihen. Das Endkopfchen, Capitellum, tragt 15-20 schwach
pigmentierte Borsten, die auf den anderen Gliedern fehlen. Die ganze Haltere
ist dicht mit Trichomen besetzt. Aufier diesen Teilen wurde in alien Transplantaten noch ein Areal gebildet, dessen Borsten und Trichome morphologisch
denjenigen des ersten Abdominaltergiten entsprechen. Aus Exstirpationsversuchen schlofi Loosli (1959) jedoch, da6 die Halterenscheibe in situ keine
abdominalen Strukturen liefert und die Potenz zur Borstenbildung in diesem
Areal erst im Transplantationsexperiment manifest wird. Er bezeichnete diese
Borsten als 'Adventivborsten'. Auf diese Problematik soil hier nicht weiter
eingegangen werden. Ausgehend von dem in Abb. 1 dargestellten normalen
(autotypischen) Differenzierungsinventar sollen nun die Leistungsqualitaten
nach verlangerter Proliferationsphase untersucht werden.
2. Differenzierungsleistungen nach verlangerter Proliferationsphase
(a) Kurzfristige Kulturen
In unseren kurzfristigen Kulturen wurden Kombinate von vier Halterenscheiben wahrend 36 resp. 42 d in Adultwirten kultiviert, wo sie zum Teil auf
ein Vielfaches ihrer Grofie heranwachsen. AnschlieBend wurde das gesamte
Zellmaterial, das wahrend dieser verlangerten Wachstumsphase gebildet worden
war, in Larvalwirte riicktransplantiert und zur Metamorphose gebracht. Von
insgesamt 31 Kulturen lieferten 23 nur Strukturen, die zum normalen autotypischen Differenzierungsinventar der Halterenscheibe gehoren. In 8 Kulturen
jedoch traten zusatzlich zu den Elementen der Halterenscheibe auch allotypische
Flugelstrukturen auf (Abb. 2). Es wurden Teile der Fliigelspreite, der Costa und
der Fliigelbasis festgestellt. In einem Fall konnte nicht entschieden werden, ob es
sich um Fliigelspreite oder Maxillar-Palpus handelt, da keine Sensillen, sondern
nur Trichome ausgebildet waren. Auch in vier Dauerkulturen (unten) traten als
erste allotypische Elemente Strukturen auf, die in der Normalentwicklung aus
der Flugelscheibe hervorgehen. Der haufigste initiale Transdeterminations-
Differenzierungen der Halterenscheibe
311
schritt fuhrt somit von Halteren zu Fliigelzellen, wobei haufig noch ein direkter
Kontakt zwischen den beiden besteht (Abb. 2).
(b) Dauerkulturen
Von den 21 angesetzten Dauerkulturen gingen die meisten infolge der
geringen Proliferationsrate schon in den ersten Transfergenerationen verloren.
Eine Dauerkultur lieferte jedoch schon nach dem ersten Transfer allotypische
Abb. 2. Initiate Transdetermination: Capitellum (C) mit charakteristischen Borsten
(CB) in Direktkontakt mit Fliigelspreite (FS). Vergr. 210 x .
Fliigelstrukturen, und in zwei weiteren Kulturen traten die Flugelstrukturen in
der 3. Transfergeneration auf. Einzig die Kultur H 51 konnte iiber eine grofiere
Zeitspanne weitergefiihrt werden und befindet sich jetzt in der 36. Transfergeneration. Eine Obersicht iiber die in den Testimplantaten gefundenen Strukturen und ihre prozentuale Haufigkeit gibt die Abb. 3. Wahrend den ersten 8
Transfergenerationen proliferierte die Kultur relativ wenig, so dafi nur 1 bis 2
Testimplantate pro Generation abgezweigt werden konnten. In dieser Anfangsphase werden vor allem autotypische Halterenteile gebildet. In der 5. Generation treten jedoch als erste allotypische Elemente wiederum H%e/strukturen
auf. In der 9. Generation beginnt die Kultur stark zu proliferieren (Abb. 4), und
gleichzeitig treten verschiedene allotypische Elemente auf: Tftoraxstrukturen,
die in der Normalentwicklung ebenfalls aus der Flugelscheibe entstehen,
Antennen- und PalpusteilQ (Palpus bereits in der 8. Generation), sowie Teile der
Kopfkapsel, die in situ aus der Augen-Antennenscheibe hervorgehen. In der 10.
Generation liefien sich erstmals Cibarium-TQilQ nachweisen (Abb. 4 C), die in
situ von einer paarigen Gruppe von Imaginalzellen des Clypeo-Labrums
gebildet werden (Gehring & Seippel, 1967). Die ersten ite/wstrukturen folgen
312
W. GEHRING, G. MINDEK & E. HADORN
erst in der 12. Generation (Abb. 4A). Zu diesem Zeitpunkt wurde die Proliferation so stark, da6 nur noch Stichproben des Materials weitertransplantiert
werden konnten. Die Halterenzellen scheinen jedoch ihre Proliferationsrate
nicht wesentlich zu verandern und wurden wahrscheinlich deshalb in der 12.
Generation vollstandig von den allotypischen Zellen verdrangt (Abb. 4A).
H
100%
F
Th
Ant
P
Cib
Au
K
1
5
10
15
20
25
30—32
1 2 — 2 1 — 2 1 12 13 49 88 34 29 76 — 80 80 45 80 38 33 20 61 19 24 32 27 27 32 34
Abb. 3. Kultur H51. Prozentuale Haufigkeit der wahrend der Dauerkultur festgestellten Differenzierungsqualitaten. Autotypisch: Haltere (H). Allotypisch:
Flugel (F), Thorax (Th), Antennenglieder (Ant), Palpus (P), Cibarium des ClypeoLabrums (Cib\ Augenpigment und Facetten (Au) und die iibrigen Derivate der
Augenscheibe (Z),Bein (B). Trg. Transfergenerationen 1-32. n: Anzahl Testimplantate pro Transfergeneration.
Die Haufigkeit der allotypischen Flugel-, Antennen- und Beinelemente zeigt
bis zur 18. Transfergeneration nur zufallige Fluktuationen (Abb. 3); dies ist
besonders auch fur Palpus der Fall. Die Frequenz der Thoraxteile nimrnt
jedoch deutlich ab, was im Gegensatz zu Beobachtungen an anderen Dauerkulturen steht (Hadorn, 1966). Das Cibarium bleibt, bezogen auf das Gesamtmaterial, stets relativ selten, ist jedoch in einzelnen Subkulturen angereichert
(Abb. 4C).
(c) Genetisch markierte Zellen
Kleine genetisch markierte y sn Areale oder einzelne y sn Borsten wurden in
der Kultur H 51 mehrmals beobachtet. In einer Subkultur trat ein grofieres
Klon von markierten Thoraxzellen auf, das jedoch keine weiteren Zelltypen
lieferte. Dies bestatigt unsere fruheren Befunde, wonach Thoraxblasteme weit-
313
Differenzierungen der Halterenscheibe
1 Trg
•
Haltere
|
Bein
| Fliigel+Thorax
10
ri
••
15
i
I
20
irn
25
30
1 Trg
Auge
I Kopf (ausser Auge)
c Cibarium
10
n
•El
r
II
15
20
I.
n
|c|
25
30
rra
|c
|c
\f\
II
I
Abb. 4. Kultur H 51. Diflferenzierungsqualitaten wahrend 32 Transfergenerationen
(Trg 1-32). n: 941 Testimplantate. Die unterbrochenen diinnen Linien bedeuten das
Fehlen von Informationen (keine Testimplantate).
I!
III
314
W. GEHRING, G. MINDEK & E. HADORN
gehend stabil sind (Hadorn, 1966; Gehring, 1966). Somatisches Crossing-over
oder somatische Mutationen treten somit auch spontan in unseren Kulturen
auf. Ahnliches fand Mindek (1968) in Kulturen, ausgehend von weiblichen
Genitalscheiben.
Abb. 5. Direktkontakt zwischen Fliigelspreite (FS) und Augen mit Facetten (Fa)
und Augenpigment (AP). Aus Trg 20 der Kultur H 51. Vergr. 230 x.
K>
Abb. 6. Kultur H 51 (Trg 30). Einige, mit Facetten (Fa) und Augenpigment gleichzeitig stark vermehrte Kopfkapselstrukturen: Postorbitalia (PO), Frontoorbitalia
(FO), Frons (Fr) und Ocellen (Oc). Vergr. 180 x .
Differenzierungen der Halterenscheibe
315
{d)'Facetten-Subkultur'
Ganz unerwartet traten in der Kultur H 51 von der 18. Generation an Areale
mit normalen Facetten und Augenpigment auf (Abb. 4D und 5). Da diese
Strukturen bisher nur ausnahmsweise in Genital- und Beinscheibenkulturen
festgestellt wurden (Hadorn, 1966; Schubiger & Hadorn, 1968), anderten wir
die Strategie des Experimentes und fiihrten nicht mehr zufallige Stichproben
des Zellmaterials weiter, sondern transferierten nur noch diejenigen Subkulturen, deren Testimplantate viel Facettenmaterial und Augenpigment geliefert
batten. Durch diese Selektion gelang es, die Facettenblasteme zu vermehren
und uber 18 Generationen weiterzukultivieren (Abb. 4D). So konnten biszur
32. Trg. 260 Testimplantate mit Augenmaterial gewonnen werden. Gleichzeitig
kam es auch zu einer Vermehrung der ubrigen Teile der Kopfkapsel (Abb. 6),
wahrend die Haufigkeit der anderen allotypischen Elemente weitgehend unveriindert blieb. In einzelnen Implantaten der Facetten-Subkulturen konnten
bereits vor der Metamorphose im Adultwirt rotlich pigmentierte Areale festgestellt werden. In vorlaufigen papierchromatographischen Untersuchungen
Iief3en sich in diesem Pigment keine Drosopterine nachweisen, wohl aber im
Pigment, das normalerweise erst wahrend der Metamorphose gebildet wird.
Dieses Verhalten entspricht demjenigen von Augenscheiben, die im Adultwirt
nur Ommochrome, nicht aber Drosopterine bilden (Schlapfer, 1963).
DISKUSSION
Die von uns angesetzten Halterenscheiben-Kulturen zeigten im Gegensatz zu
den meisten bisher untersuchten Imaginalscheiben anfanglich eine auffallend
niedrige Proliferationsrate. Es ist daher schwierig, Dauerkulturen zu erhalten.
Diese Schwierigkeit lafit sich durch die Verwendung von Kombinaten als
Ausgangsmaterial (S. 308) teilweise iiberwinden, weil Kombinate starker
proliferieren als intakte Scheiben. Die Dauerkultur H 51 zeigte eine typische
Proliferations-Charakteristik, wie sie auch bei verschiedenen anderen Imaginalscheiben-Kulturen beobachtet wurde (Abb. 4). Nach einer Anfangsphase mit
schwacher Proliferation, in der vorwiegend autotypische Zellen vermehrt wurden,
setzte in der 9. Transfergeneration ein intensives Wachstum ein, das zum
Auftreten zahlreicher allotypischer Elemente fiihrte. Die Griinde fiir diesen
unvermittelten Anstieg der Proliferation sind unbekannt. Moglicherweise haben
sich die Zellen zu diesem Zeitpunkt an das Adultmilieu adaptiert oder die
rascher proliferierenden Zellen sind herausselektioniert worden. Die autotypischen Zellen scheinen in dieser Phase nicht wesentlich rascher zu proliferieren, so
dafi sie von den allotypischen Zellen bald verdrangt werden und in unserem Fall
in der 12. Generation vollstandig aus der Kultur verschwinden. Von diesem
Zeitpunkt an enthalt die Kultur nur noch allotypische Zellen, bei denen eine
hohere Proliferationsrate anhalt.
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W. GEHRING, G. MINDEK & E. HADORN
In bezug auf die Transdetermination verhalten sich Blasteme von Halterenscheiben nicht grundsatzlich anders als diejenigen der bisher untersuchten
Scheiben. Die Frage, ob Halterenblasteme zu Abdominalzellen transdeterminieren, konnen wir vorlaufig nicht entscheiden, da bereits in den Kontrollimplantaten Areale mit 'Adventivborsten' (Loosli, 1959) gebildet werden, die
morphologisch vom lateralen Teil des ersten Abdominaltergiten nicht zu unterscheiden sind. Es erscheint aber unwahrscheinlich, dafi eine Transdetermination
zur Bildung der 'Adventivborsten' fuhrt, da diese in alien Kontrollimplantaten
auftreten. Strukturen der Abdominalsternite wurden in unseren Kulturen nicht
festgestellt. Die 'Adventivzellen' verschwanden gleichzeitig mit den Halterenzellen aus der Kultur H 51.
Die initiate Transdetermination fiihrt von autotypischen Zellen, die fur
Haltere determiniert sind, zu allotypischen Fliigelzellen (Abb. 2), in seltenen
Fallen moglicherweise zu Palpuszellen. Aus diesen allotypischen Zellen gehen
die iibrigen allotypischen Elemente wahrscheinlich sekundar hervor und nicht
direkt aus Halterenzellen (Abb. 5). Sicher sind die allotypischen Augenteile auf
eine solche Transdetermination hoherer Ordnung zuruckzufiihren, weil sie
erst 7 Transfergenerationen nach dem Verschwinden der Halterenzellen erstmals auftraten (Abb. 3 und 4 D). Da erstmals und auch spater in mehreren
Testimplantaten die Facettenareale in direktem Kontakt mit Fliigelspreite
stehen (Abb. 5), nehmen wir an, dafi sie durch Transdetermination aus Zellen,
die fur Fliigelspreite determiniert waren, entstanden sind; doch mufi diese
Annahme noch durch Untersuchung des 'Cell Lineage' bestatigt werden.
Dieser Transdeterminations-Schritt wurde bisher nur sehr selten beobachtet
(Schubiger & Hadorn, 1968); anschliefiend an die Transdetermination konnen
die prasumptiven Ommatidien-Zellen ihre Determinationsqualitat iiber zahlreiche Zellgenerationen reproduzieren. Dies spricht fur eine andauernde
Zellhereditdt, da nach den Versuchen von Nothiger (1964) und Garcia-Bellido
(1966) die einzelne Zelle und nicht der Zellverband als Ganzes die Determinationsqualitat tragt. Diese Zellhereditat kann durch den TransdeterminationsProzess durchbrochen werden. Eine Selektion fiir Implantate, die Facetten
ausbilden, ist wohl nur deshalb erforderlich, weil andere allotypische Zellen
rascher proliferieren, so dafi diese mit der Zeit die Ommatidienzellen verdrangen
wurden.
Es stellt sich nun die Frage, ob die Transdetermination eine partielle Dedifferenzierung voraussetzt. Eine solche ist bei unserer Versuchsanordnung schwierig zu erfassen, da wir immer nur das metamorphosierte Endstadium analysieren. Die 'Facetten-Subkultur' erlaubt uns jedoch Riickschliifie auf den
Differenzierungszustand der im Adultwirt kultivierten Zellen. Wahrend die
meisten facetten-bildenden Implantate keine sichtbaren Zeichen von Differenzierung zeigten, konnten wir bei einigen Implantaten bereits vor der Metamorphose rotbraunes Pigment feststellen. Dies ist als eine beginnende Adultdifferenzierung aufzufassen. Die Frage, ob sich die Zellen, die Pigment gebildet
haben, weiterhin teilen konnen, ist aber noch offen. Wie Schlapfer (1963)
Differenzierungen der Halterenscheibe
317
gezeigt hat, bilden Augenscheiben aus verpuppungsreifen Larven nach 7-14 d
Aufenthalt im Adultmilieu ebenfalls Pigment aus. Es werden jedoch nur
Ommochrome und keine Drosopterine synthetisiert. Selbst Augenscheiben aus
Larven des 1. Stadiums erreichen im Adultwirt den spatlarvalen Differenzierungszustand und bilden Pigment (Garcia-Bellido, 1965). Dies deutet darauf hin,
dass die kultivierten Zellen im Adultwirt einen fortgeschrittenen Differenzierungszustand erreichen. Eine kurzfristige, der Transdetermination vorausgehende
Dedifferenzierung ware jedoch mit den angewendeten Methoden kaum zu
erfassen. So muss die Frage offen bleiben. Dafi in Adultwirten erste Anfange
einer imaginalen Differenzierung in Blastemen moglich sind, die keine Metamorphose passiert haben, konnten auch Nothiger und Oberlander (1967) zeigen.
Sie stellten in kultivierten Genitalblastemen Kontraktionen fest, wie sie fur
Ductus ejaculatorius und Samenpumpen charakteristisch sind.
SUMMARY
Auto- and allotypical differentiation of the haltere disc blastemata of
Drosophila melanogaster after culture in vivo
1. Haltere discs of mature larvae were cultured in the abdomen of adult
flies. These primordia contain a mosaic of blastemata whose cells are determined
for the different haltere parts and the structures of the dorsal metathorax. In the
host's hemolymph the cells proliferate, and for this reason maintain their
larval state of differentiation. Adult development can be initiated by transplantation of the blastemata into host larvae with which they undergo metamorphosis.
2. Two types of cultures were set up to test the developmental capacities of
blastemata. In short-term cultures the discs were grown for 36 and 42 days
respectively in the adult host and then transplanted back into larvae. Long-term
cultures were obtained by transferring the blastemata to a fresh adult host every
2-4 weeks. In each transfer a fraction of the culture was transplanted into
larvae to be tested for its differentiative capacities. One long-term culture was
kept for over thirty-two transfer generations (18 months).
3. During proliferation in the adult host, additional haltere parts (autotypic
elements) are formed, as well as allotypic organs arising in normal development
from other discs. For the process leading to such allotypic elements the term
transdetermination is used. An initial transdetermination leads from haltere
cells to wing cells. In a second step allotypic thorax, antenna, palpus, and
cibarium structures are formed as well as parts of the head capsule and leg
segments. Similar changes have been observed in cultures of other discs.
4. In one exceptional subculture ommatidia with eye pigment were formed.
By selection the ommatidial blastemata were increased and propagated over
twenty-two transfer generations. Presumably, the quality (specificity) of determination is transmitted by cell heredity.
5. In several implants of the 'ommatidial subculture', eye pigment formation
in the adult host prior to metamorphosis was observed. However, final mor21
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318
W. GEHRING, G. MINDEK & E. HADORN
phological differentiation takes place in the metamorphosing host only. Whether
partial dediflferentiation has to precede transdetermination is still an open
question.
Die Arbeit wurde ausgefiihrt mit Unterstiitzung des Schweizerischen Nationalfonds zur
Forderung der wissenschaftlichen Forschung.
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