Reduced arbuscular mycorrhizal colonization in tomato ethylene mutants

Plant hormones are likely key regulators of arbuscular mycorrhizae (AM) development. However, their roles in AM are not well known. Here mutants in five hormone classes introgressed in a single tomato (Lycopersicon esculentum Mill. Syn Solanum lycopersicum L.) background (cv. Micro-Tom) were used to determine their effects on AM development and the expression of defense-related genes (chitinases and b-1,3-glucanases) in roots. Under low P conditions, mutant epinastic (epi) and Never ripe (Nr), ethylene overproducer and low sensitivity, respectively, had the intraradical colonization by Glomus clarum highly inhibited, as compared to the control Micro-Tom (MT). No significant alterations in fungal colonization were observed in mutants affecting other hormone classes. Under low P conditions, the steady state levels of transcripts encoding a class I basic chitinase (chi9) were higher in mycorrhizal epi and Nr mutant roots as compared to MT controls. In contrast the steady state levels of a class III acidic b-1,3-glucanase (TomPR-Q'a) transcripts in mycorrhizal epi mutant roots were significantly lower than in mycorrhizal MT roots. Root colonization in epi mutants was accompanied by several alterations in fungal morphology, as compared to root colonization in MT controls. The data suggest that ethylene may play an important role in controlling intraradical arbuscular mycorrhizal fungal growth.

Os hormônios vegetais são possíveis reguladores chave do desenvolvimento de micorrizas arbusculares (MAS). Contudo, seus papéis em MA são pouco conhecidos. No presente estudo, foram utilizados mutantes em cinco classes hormonais introgredidos em uma única cultivar (cv. Micro-Tom) de tomateiro (Lycopersicon esculentum Mill. Syn Solanum lycopersicum L.) para determinar seus efeitos no desenvolvimento de MA e expressão de genes relacionados à defesa (quitinases e b-1,3-glucanases) em raízes. Sob condição de baixo P, os mutantes epinastic (epi) e Never ripe (Nr), os quais são super produtores e pouco sensíveis a etileno, respectivamente, tiveram a colonização intra-radicular por Glomus clarum inibida quando comparada com o controle Micro-Tom (MT). Não se observou alterações significativas na colonização fúngica nos mutantes afetando outras classes hormonais. Sob condição de baixo P, o nível de transcritos codificando uma quitinase básica de classe I (chi9) foi mais elevado em raízes micorrizadas dos mutantes epi e Nr, quando comparado com o controle MT. Em contraste, o nível de transcritos de uma b-1,3-glucanase ácida da classe III (TomPR-Q'a) em raízes micorrizadas do mutante epi foi significativamente menor que em raízes micorrizadas de MT. A colonização de raízes no mutante epi foi acompanhada por várias alterações na morfologia fúngica, quando comparada com o controle MT. Os resultados sugerem que o etileno pode desempenhar um importante papel controlando o crescimento fúngico intra-radicular nas MAS.

Reduced arbuscular mycorrhizal colonization in tomato ethylene mutants

Plant hormones are likely key regulators of arbuscular mycorrhizae (AM) development. However, their roles in AM are not well known. Here mutants in five hormone classes introgressed in a single tomato (Lycopersicon esculentum Mill. Syn Solanum lycopersicum L.) background (cv. Micro-Tom) were used to determine their effects on AM development and the expression of defense-related genes (chitinases and b-1,3-glucanases) in roots. Under low P conditions, mutant epinastic (epi) and Never ripe (Nr), ethylene overproducer and low sensitivity, respectively, had the intraradical colonization by Glomus clarum highly inhibited, as compared to the control Micro-Tom (MT). No significant alterations in fungal colonization were observed in mutants affecting other hormone classes. Under low P conditions, the steady state levels of transcripts encoding a class I basic chitinase (chi9) were higher in mycorrhizal epi and Nr mutant roots as compared to MT controls. In contrast the steady state levels of a class III acidic b-1,3-glucanase (TomPR-Q'a) transcripts in mycorrhizal epi mutant roots were significantly lower than in mycorrhizal MT roots. Root colonization in epi mutants was accompanied by several alterations in fungal morphology, as compared to root colonization in MT controls. The data suggest that ethylene may play an important role in controlling intraradical arbuscular mycorrhizal fungal growth.

Os hormônios vegetais são possíveis reguladores chave do desenvolvimento de micorrizas arbusculares (MAS). Contudo, seus papéis em MA são pouco conhecidos. No presente estudo, foram utilizados mutantes em cinco classes hormonais introgredidos em uma única cultivar (cv. Micro-Tom) de tomateiro (Lycopersicon esculentum Mill. Syn Solanum lycopersicum L.) para determinar seus efeitos no desenvolvimento de MA e expressão de genes relacionados à defesa (quitinases e b-1,3-glucanases) em raízes. Sob condição de baixo P, os mutantes epinastic (epi) e Never ripe (Nr), os quais são super produtores e pouco sensíveis a etileno, respectivamente, tiveram a colonização intra-radicular por Glomus clarum inibida quando comparada com o controle Micro-Tom (MT). Não se observou alterações significativas na colonização fúngica nos mutantes afetando outras classes hormonais. Sob condição de baixo P, o nível de transcritos codificando uma quitinase básica de classe I (chi9) foi mais elevado em raízes micorrizadas dos mutantes epi e Nr, quando comparado com o controle MT. Em contraste, o nível de transcritos de uma b-1,3-glucanase ácida da classe III (TomPR-Q'a) em raízes micorrizadas do mutante epi foi significativamente menor que em raízes micorrizadas de MT. A colonização de raízes no mutante epi foi acompanhada por várias alterações na morfologia fúngica, quando comparada com o controle MT. Os resultados sugerem que o etileno pode desempenhar um importante papel controlando o crescimento fúngico intra-radicular nas MAS.

Unraveling the signaling and signal transduction mechanisms controlling arbuscular mycorrhiza development

Arbuscular mycorrhiza (AM) are the most widespread symbiotic associations between plant roots and soil fungi. AM can contribute to increasing the survival and fitness of plants to limiting environments mostly due to their ability in improving nutrient uptake from the soil solution. Despite their ecological significance, the mechanisms controlling AM development and functioning are largely unknown. The obligate mutualistic nature of the arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) has hampered the advances on the understanding and application of the symbiosis. Significant alterations in the genetic programs of both symbionts are required for the successful establishment of an AM, and complex signaling and signal transduction mechanisms are likely involved. The analyses of legume mutants affected in the development of nitrogen fixing nodules and AM suggest that part of the signal transduction pathways involved in the regulation of both symbioses are conserved. Even though the use of genomics of model plants has helped to advance our understanding of the regulatory mechanisms in AM, identifying the signal molecules involved in plant-AMF communication and determining their transduction pathways is still essential for its biotechnological application in agriculture.

As micorrizas arbusculares (MAs) são as associações simbióticas entre raízes de plantas e fungos mais comuns na natureza. Elas podem contribuir para o aumento da sobrevivência e adaptação das plantas a ambientes limitantes, principalmente devido a sua maior capacidade em absorver nutrientes da solução do solo. Apesar de sua importância ecológica, os mecanismos que controlam o desenvolvimento e fisiologia das MAs são pouco conhecidos. A natureza mutualística obrigatória dos fungos micorrízicos arbusculares (FMAs) tem limitado os avanços na compreensão e aplicação da simbiose. Alterações significativas nos programas genéticos de ambos simbiontes são necessárias para o estabelecimento de MAs, e mecanismos complexos de sinalização e transdução de sinais estão provavelmente envolvidos. A análise de mutantes de leguminosas defectivos no desenvolvimento de nódulos fixadores de nitrogênio e MAs sugere que uma parte das vias de transdução de sinais envolvidas na regulação dessas simbioses é conservada. Muito embora o uso da genômica de plantas modelos tenha contribuído para o avanço na compreensão dos mecanismos que regulam MAs, a identificação de moléculas sinais envolvidas na comunicação planta-FMA, e a determinação de suas vias de transdução, é essencial para aplicação da simbiose na agricultura.

Unraveling the signaling and signal transduction mechanisms controlling arbuscular mycorrhiza development

Arbuscular mycorrhiza (AM) are the most widespread symbiotic associations between plant roots and soil fungi. AM can contribute to increasing the survival and fitness of plants to limiting environments mostly due to their ability in improving nutrient uptake from the soil solution. Despite their ecological significance, the mechanisms controlling AM development and functioning are largely unknown. The obligate mutualistic nature of the arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) has hampered the advances on the understanding and application of the symbiosis. Significant alterations in the genetic programs of both symbionts are required for the successful establishment of an AM, and complex signaling and signal transduction mechanisms are likely involved. The analyses of legume mutants affected in the development of nitrogen fixing nodules and AM suggest that part of the signal transduction pathways involved in the regulation of both symbioses are conserved. Even though the use of genomics of model plants has helped to advance our understanding of the regulatory mechanisms in AM, identifying the signal molecules involved in plant-AMF communication and determining their transduction pathways is still essential for its biotechnological application in agriculture.

As micorrizas arbusculares (MAs) são as associações simbióticas entre raízes de plantas e fungos mais comuns na natureza. Elas podem contribuir para o aumento da sobrevivência e adaptação das plantas a ambientes limitantes, principalmente devido a sua maior capacidade em absorver nutrientes da solução do solo. Apesar de sua importância ecológica, os mecanismos que controlam o desenvolvimento e fisiologia das MAs são pouco conhecidos. A natureza mutualística obrigatória dos fungos micorrízicos arbusculares (FMAs) tem limitado os avanços na compreensão e aplicação da simbiose. Alterações significativas nos programas genéticos de ambos simbiontes são necessárias para o estabelecimento de MAs, e mecanismos complexos de sinalização e transdução de sinais estão provavelmente envolvidos. A análise de mutantes de leguminosas defectivos no desenvolvimento de nódulos fixadores de nitrogênio e MAs sugere que uma parte das vias de transdução de sinais envolvidas na regulação dessas simbioses é conservada. Muito embora o uso da genômica de plantas modelos tenha contribuído para o avanço na compreensão dos mecanismos que regulam MAs, a identificação de moléculas sinais envolvidas na comunicação planta-FMA, e a determinação de suas vias de transdução, é essencial para aplicação da simbiose na agricultura.

Ácido salicílico inibe a formação de micorrizas arbusculares e modifica a expressão de quitinases e b-1,3-glucanases em raízes de feijoeiro

Even though the mechanisms controlling intraradical colonization by arbuscular mycorrhizal fungi are not yet known, they may involve the plant defense system. Normally, under appropriate conditions for mycorrhiza formation, e.g. low phosphate (P), the expression of plant defense genes, such as chitinases and b-1,3-glucanases, is suppressed. Under high P conditions, the inhibition of intraradical fungal growth may be due to an attenuation of the suppression and/or induction of specific plant defense genes. If the plant defense system limits intraradical fungal growth under high P conditions, then the application of a plant defense inducer to the roots, such as salicylic acid (SA), might have the same effect as high P. The aim of this work was to evaluate the effects of SA on the intraradical colonization and on the activities of chitinases and b-1,3-glucanases in bean (Phaseolus vulgaris L. cv. Carioca 80-SH) roots inoculated with Glomus clarum or Glomus intraradices, and grown under low and high P conditions. Under low P, the application of SA to bean roots resulted in inhibition of intraradical fungal colonization, to the same levels as observed for high P conditions. This inhibition was even greater under high P conditions. Associated with the inhibition of root colonization, a 10-fold increase in chitinase and reduction of b-1,3-glucanase activities were observed in roots that received SA. Based on the patterns of chitinase and b-1,3-glucanase activities in not-inoculated and inoculated roots, it was not possible to establish a relationship between activities of these hidrolases and intraradical fungal growth.

Os mecanismos que controlam o processo de colonização intrarradicular por fungos micorrízicos arbusculares ainda não são conhecidos, mas podem envolver o sistema de defesa vegetal. Normalmente, em condições favoráveis à formação de micorrizas arbusculares (MAs), e.g. baixo fosfato (P), ocorre supressão da expressão de genes de defesa, como quitinases e b-1,3-glucanases, em certos estágios do desenvolvimento das simbioses. Assim, a inibição do crescimento fúngico intrarradicular em condições de alto P pode ser decorrência da atenuação da supressão e/ou indução de genes de defesa específicos. Se o sistema de defesa está envolvido no controle do crescimento fúngico intrarradicular em condições de alto P, a aplicação às raízes de um indutor de respostas de defesa, como o ácido salicílico (AS), poderia simular o efeito inibitório do P. Este trabalho teve por objetivo avaliar o efeito do AS na colonização intrarradicular e nas atividades de quitinases e b-1,3-glucanases em raízes de feijoeiro (Phaseolus vulgaris L. var. Carioca 80-SH) inoculadas com Glomus clarum ou Glomus intraradices, em condições de baixo e alto P. Em condições de baixo P, a aplicação de AS inibiu a colonização intrarradicular a níveis similares aos observados em condições de alto P. Em condições de alto P, a inibição da micorrização pelo AS foi ainda maior. Associado a essa inibição, incrementos de aproximadamente 10 vezes nas atividades específicas de quitinases e redução nas atividades de b-1,3-glucanases nas raízes das plantas que receberam AS foram observados. Em função dos padrões de atividades de quitinases e b-1,3-glucanases nas raízes não-inoculadas e inoculadas, não foi possível estabelecer uma relação entre as atividades dessas hidrolases e o crescimento fúngico intrarradicular.

Ácido salicílico inibe a formação de micorrizas arbusculares e modifica a expressão de quitinases e b-1,3-glucanases em raízes de feijoeiro

Even though the mechanisms controlling intraradical colonization by arbuscular mycorrhizal fungi are not yet known, they may involve the plant defense system. Normally, under appropriate conditions for mycorrhiza formation, e.g. low phosphate (P), the expression of plant defense genes, such as chitinases and b-1,3-glucanases, is suppressed. Under high P conditions, the inhibition of intraradical fungal growth may be due to an attenuation of the suppression and/or induction of specific plant defense genes. If the plant defense system limits intraradical fungal growth under high P conditions, then the application of a plant defense inducer to the roots, such as salicylic acid (SA), might have the same effect as high P. The aim of this work was to evaluate the effects of SA on the intraradical colonization and on the activities of chitinases and b-1,3-glucanases in bean (Phaseolus vulgaris L. cv. Carioca 80-SH) roots inoculated with Glomus clarum or Glomus intraradices, and grown under low and high P conditions. Under low P, the application of SA to bean roots resulted in inhibition of intraradical fungal colonization, to the same levels as observed for high P conditions. This inhibition was even greater under high P conditions. Associated with the inhibition of root colonization, a 10-fold increase in chitinase and reduction of b-1,3-glucanase activities were observed in roots that received SA. Based on the patterns of chitinase and b-1,3-glucanase activities in not-inoculated and inoculated roots, it was not possible to establish a relationship between activities of these hidrolases and intraradical fungal growth.

Os mecanismos que controlam o processo de colonização intrarradicular por fungos micorrízicos arbusculares ainda não são conhecidos, mas podem envolver o sistema de defesa vegetal. Normalmente, em condições favoráveis à formação de micorrizas arbusculares (MAs), e.g. baixo fosfato (P), ocorre supressão da expressão de genes de defesa, como quitinases e b-1,3-glucanases, em certos estágios do desenvolvimento das simbioses. Assim, a inibição do crescimento fúngico intrarradicular em condições de alto P pode ser decorrência da atenuação da supressão e/ou indução de genes de defesa específicos. Se o sistema de defesa está envolvido no controle do crescimento fúngico intrarradicular em condições de alto P, a aplicação às raízes de um indutor de respostas de defesa, como o ácido salicílico (AS), poderia simular o efeito inibitório do P. Este trabalho teve por objetivo avaliar o efeito do AS na colonização intrarradicular e nas atividades de quitinases e b-1,3-glucanases em raízes de feijoeiro (Phaseolus vulgaris L. var. Carioca 80-SH) inoculadas com Glomus clarum ou Glomus intraradices, em condições de baixo e alto P. Em condições de baixo P, a aplicação de AS inibiu a colonização intrarradicular a níveis similares aos observados em condições de alto P. Em condições de alto P, a inibição da micorrização pelo AS foi ainda maior. Associado a essa inibição, incrementos de aproximadamente 10 vezes nas atividades específicas de quitinases e redução nas atividades de b-1,3-glucanases nas raízes das plantas que receberam AS foram observados. Em função dos padrões de atividades de quitinases e b-1,3-glucanases nas raízes não-inoculadas e inoculadas, não foi possível estabelecer uma relação entre as atividades dessas hidrolases e o crescimento fúngico intrarradicular.