Glomus clarum e G. etunicatum: cultivo em solo e aeroponia

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Stunted cotton (Gossypium hirsutum L.) fully recovers biomass and yield of seed cotton after delayed root inoculation with spores of an arbuscular mycorrhizal fungus (Glomus mosseae)

In the northern grain and cotton region of Australia, poor crop growth after long periods of fallow, called 'long-fallow' disorder, is caused by a decline of natural arbuscular-mycorrhizal fungi (AMF). When cotton was grown in large pots containing 22 kg of Vertisol from a field recently harvested from cotton in Central Queensland, plants in pasteurised soil were extremely stunted compared with plants in unpasteurised soil. We tested the hypothesis that this extreme stunting was caused by the absence of AMF and examined whether such stunted plants could recover from subsequent treatment with AMF spores and/or P fertiliser. At 42 days after sowing, the healthy cotton growing in unpasteurised soil had 48% of its root-length colonised with AMF, whereas the stunted cotton had none. After inoculation with AMF spores (6 spores/g soil of Glomus mosseae) and/or application of P fertiliser (50 mg P/kg soil) at 45 days after sowing, the stunted plants commenced to improve about 25 days after treatment, and continued until their total dry matter and seed cotton production equalled that of plants growing in unpasteurised soil with natural AMF. In contrast, non-mycorrhizal cotton grown without P fertiliser remained stunted throughout and produced no bolls and only 1% of the biomass of mycorrhizal cotton. Even with the addition of P fertiliser, non-mycorrhizal cotton produced only 64% of the biomass and 58% of the seed cotton (lint + seed) of mycorrhizal cotton plants. These results show that cotton is highly dependent on AMF for P nutrition and growth in Vertisol (even with high rates of P fertiliser), but can recover from complete lack of AMF and consequent stunting during at least the first 45 days of growth when treated with AMF spores and/or P fertiliser. This corroborates field observations in the northern region that cotton may recover from long-fallow disorder caused by low initial levels of AMF propagules in the soil as the AMF colonisation of its roots increases during the growing season.

Influence of metalaxyl on Glomus fasciculatum associated with wheat (Triticum aestivum L)

Soil incorporation of metalaxyl [methyl N-(2-methoxyacetyl)-N-(2,6,xylyl)-DL-alaninate] significantly enhanced root colonization of the vesicular-arbuscular (VA) mycorrhizal fungi Glomus fasciculatum associated with wheat. The stimulatory response of VA mycorrhizal fungi to low concentration of metalaxyl resulted in increased plant biomass production, nutrient uptake and grain yield of wheat. However, higher concentrations of metalaxyl, particularly 2.5 ppm of metalaxyl affected the mycorrhizal infection and seed yield of wheat, Addition of urban compost to an extent ameliorated the toxic effect of fungicide on VA mycorrhizal colonization, plant growth and yield of wheat when compared to unamended soil.

Propagación de glomus intraradices en medio de células vegetales en suspensión.

Tesis (Maestría en Ciencias con Acentuación en Microbiología)UANL, 2012.

Étude du polymorphisme intra- et inter-spécifique du gène β-tubuline chez des espèces de champignons mycorhiziens à arbuscules en vue de développer des marqueurs moléculaires

Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA), classés dans le phylum Glomeromycota, ne peuvent pas être facilement identifiés par la morphologie de leurs spores et leurs mycélia à l'intérieur ou à l'extérieur des racines de leurs hôtes. Ce problème fondamental d'identification rend l'étude de leur diversité, en particulier dans leur habitat naturel (sol et racine) extrêmement difficile. Les gènes ribosomaux ont été largement utilisés pour développer des amorces spécifiques et en inférer des arbres phylogénétiques. Cependant, ces gènes sont très polymorphes et existent en plusieurs copies dans le génome des CMA, ce qui complique l’interprétation des résultats. Dans notre étude, nous avons étudié le polymorphisme intra- et inter-spécifique du gène β-tubuline, présent en faible nombre de copies dans le génome des CMA, afin d’obtenir de nouvelles séquences nucléotidiques pour développer des marqueurs moléculaires. Les gènes β-tubuline amplifiés à partir de l'ADN génomique de cinq espèces du genre Glomus ont été clonés et séquencés. L’analyse des séquences indique un polymorphisme intraspécifique chez trois espèces de CMA. Deux séquences paralogues très variables ont été nouvellement identifiées chez les G. aggregatum, G. fasciculatum et G. cerebriforme. Aucun polymorphisme n’a été détecté chez les G. clarum et G. etunicatum. Toutes les séquences montrent la présence de deux introns hautement variables. La majorité des substitutions ont été localisées dans les exons et sont synonymes à 90%. La conservation des acides aminés suggère un niveau élevé de sélection négative sur le gène β-tubuline et nous permet de confirmer que les CMA représentent un ancien groupe fongique (400 million d’années). L’analyse phylogénétique, réalisée avec vingt et une séquences nucléotidiques du gène β-tubuline, a révélé que les séquences des Glomaceae forment un groupe monophylétique bien supporté, avec les Acaulosporaceae et Gigasporaceae comme groupe frère. Les séquences paralogues nouvellement identifiées chez les G. aggregatum et G. fasciculatum n'ont pas été monophylétiques au sein de chaque espèce. Les oligonucléotides ont été choisis sur la base des régions variables et conservées du gène β-tubuline. Le test PCR des amorces β-Tub.cerb.F/ β-Tub.cerb.R a révélé des bandes spécifiques de 401 pb pour les séquences paralogues du G. cerebriforme. Deux paires d’amorces ont été développées afin d’identifier les séquences du groupe nommé Tub.1. Les tests PCR nous ont permis d’identifier certaines séquences du groupe Tub.1. Une paire d’amorce β-Tub.2.F/ β-Tub.2.R nous a permis d’identifier certaines séquences paralogues du groupe nommé Tub.2. L’analyse d’autres gènes combinée à celle du gène β-tubuline permettra le développement de marqueurs moléculaires plus spécifiques pour l’identification de CMA.

Étude de l’interaction entre le champignon mycorhizien Glomus irregulare et les bactéries du sol

Dans cette étude, nous avons isolé et cultivé des bactéries intimement liées aux spores du champignon mycorhizien Glomus irregulare prélevées dans la rhizosphère de plants d’Agrostis stolonifera L. récoltés dans un sol naturel. Le séquençage des 29 morphotypes isolés a révélé la présence de seulement sept taxons bactériens (Variovorax paradoxus, Microbacterium ginsengiosoli, Sphingomonas sp., Bacillus megaterium, B. simplex, B. cereus et Kocuria rhizophila). Des isolats de chacun de ces sept taxons ont ensuite été cultivés in vitro sur le mycélium de G. irregulare afin d’observer par microscopie leur capacité à croitre et à s’attacher au mycélium en absence d’éléments nutritifs autres que ceux fournis par le champignon. Tous les isolats, sauf B. cereus, ont été capables de bien croitre dans le système expérimental et de s’attacher au mycélium en formant des structures ressemblant à des biofilms sur la surface du champignon. Toutefois, B. simplex formait ces structures plus rapidement, soit en 15 jours, alors que les autres isolats les ont formés après 30 jours (K. rhizophila et B. megaterium) ou 45 jours (V. paradoxus, M. ginsengiosoli et Sphingomonas sp.). D’autre part, la technique PCR-DGGE a permis d’analyser la diversité bactérienne associée aux spores. La diversité des taxons associés aux spores de G. irregulare qu’il a été possible d’isoler et de cultiver in vitro a été nettement moindre que celle qui était présente sur la surface des spores, alors que la biodiversité bactérienne totale du sol a été encore beaucoup plus élevée. Les bactéries associées aux champignons mycorhiziens jouent probablement un rôle important dans la capacité des plantes à résister aux stress biotiques et abiotiques auxquels elles sont soumises.

Étude comparative des propagules extraracinaires et intraracinaires du champignon mycorhizien Glomus irregulare

La germination des spores est une étape essentielle dans le cycle de vie de la majorité des champignons filamenteux. Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) forment un certain nombre de propagules infectieuses différentes qui augmentent leur potentiel à coloniser les racines. Parmi elles se trouvent les spores extraracinaires et intraracinaires. La paroi cellulaire des spores joue un rôle majeur dans la survie de ces propagules en étant une barrière physique et osmotique. Puisque une cellule peut faire des ajustements considérables dans la composition et la structure de sa paroi, en réponse aux conditions environnementales, il est possible que les parois des spores intraracinaires et extraracinaires montrent des propriétés mécaniques et osmotiques différentes affectant leur germination et leur survie. Pourtant, contrairement à la connaissance de la génétique moléculaire et de la formation de la paroi cellulaire des CMA, peu d’information est disponible au sujet de ces propriétés mécaniques. Les informations sur la germination des CMA dans des conditions hypertoniques sont aussi rares, et les modèles expérimentaux ne séparent généralement pas les effets directs de la forte pression osmotique externe sur la germination des champignons et les effets attribuables aux plantes. Cette étude avait pour but de répondre à deux importantes séries de questions concernant le comportement des spores mycorhiziennes. Nous avons d'abord déterminé la relation entre la composition de la paroi cellulaire, la structure et les propriétés mécaniques du champignon modèle Glomus irregulare (isolat DAOM 197198). La micro-indentation a été utilisée pour mesurer quantitativement les propriétés mécaniques de la paroi cellulaire. La composition (contenu de chitine et de glomaline) de la paroi cellulaire a été quantifiée par immunofluorescence tandis que la microscopie optique a été utilisée pour mesurer l'épaisseur de la paroi cellulaire. La densité locale en glomaline et l’épaisseur de la paroi étaient significativement plus élevées pour les parois des spores extraracinaires alors que la densité locale en chitine et la rigidité n’ont pas montré de variations entre les spores extraracinaires et intraracinaires. La grande variabilité dans les paramètres étudiés nous a empêchés de cibler un facteur principal responsable de la force totale de la paroi lors de la compression. La diminution des concentrations de chitine et de glomaline a été corrélée à l'évolution de la paroi du champignon au cours de son cycle de vie. On a aussi observé une composition différentielle des couches de la paroi: les polymères de chitine et de glomaline furent localisés principalement dans les couches externes et internes de la paroi, respectivement. Dans la deuxième partie de notre travail, nous avons exploré les effets directs d'engrais, par rapport à leur activité de l'eau (aw), sur la germination des spores et la pression de turgescence cellulaire. Les spores ont été soumises à trois engrais avec des valeurs de aw différentes et la germination ainsi que la cytorrhyse (effondrement de la paroi cellulaire) des spores ont été évaluées après différents temps d'incubation. Les valeurs de aw des engrais ont été utilisées comme indicateurs de leurs pressions osmotiques. L'exposition des spores de Glomus irregulare au choc osmotique causé par les engrais dont les valeurs de aw se situent entre 0,982 et 0,882 a provoqué des changements graduels au niveau de leur cytorrhyse et de leur germination. Avec l'augmentation de la pression de turgescence externe, la cytorrhyse a augmenté, tandis que le taux de germination a diminué. Ces effets ont été plus prononcés à des concentrations élevées en éléments nutritifs. La présente étude, bien qu’elle constitue une étape importante dans la compréhension des propriétés mécaniques et osmotiques des spores de CMA, confirme également que ces propriétés dépendent probablement de plusieurs facteurs, dont certains qui ne sont pas encore identifiés.

Glomus intraradices and Gigaspora margarita arbuscular mycorrhizal associations differentially affect nitrogen and potassium nutrition of Plantago lanceolata in a low fertility dune soil

Two controlled microcosm experiments aimed at a critical re-assessment of the contributions of divergent arbuscular mycorrhizal (AM) fungi to plant mineral nutrition were established that specifically targeted Plantago lanceolata–Glomus intraradices (B.B/E) and –Gigaspora margarita (BEG 34) symbioses developed in a native, nutrient limited, coastal dune soil. Plant tissue nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) status as well as plant growth parameters and levels of mycorrhizal colonization were assessed at harvest. In addition to the general well-established mycorrhizal facilitation of P uptake, the study was able to demonstrate a G. intraradices-specific contribution to improved plant nitrogen and potassium nutrition. In the two respective experiments, G. intraradices-inoculated plants had 27.8% and 40.8% more total N and 55.8% and 23.3% more total K when compared to Gi. margarita inoculated counterparts. Dissimilar overall contribution of the two isolates to plant nutrition was identified in AM-genus specific differences in plant tissue N:P:K ratios. G. intraradices inoculated and non-mycorrhizal plants generally exhibited N:P:K ratios indicative of P limitation whereas for Gi.margarita mycorrhizal plants, corresponding ratios strongly implied either N or K limitation. The study provides further evidence highlighting AM functional biodiversity in respect to plant nutrient limitation experienced by mycorrhizal P. lanceolata in an ecologically relevant soil system.