Manejo de transição para agricultura orgânica, sob cultivo de citros (Citrus sinensis L. Osbeck), favorece a diversidade de fungos no solo

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Microbiologia Aplicada) - IBRC

Endophytic fungi from the Amazonian plant Paullinia cupana and from Olea europaea isolated using cassava as an alternative starch media source

Endophytic fungi live inside plants, apparently do not cause any harm to their hosts and may play important roles in defense and growth promotion. Fungal growth is a routine practice at microbiological laboratories, and the Potato Dextrose Agar (PDA) is the most frequently used medium because it is a rich source of starch. However, the production of potatoes in some regions of the world can be costly. Aiming the development of a new medium source to tropical countries, in the present study, we used leaves from the guarana (a tropical plant from the Amazon region) and the olive (which grows in subtropical and temperate regions) to isolate endophytic fungi using PDA and Manihot Dextrose Agar (MDA). Cassava (Manihot esculenta) was evaluated as a substitute starch source. For guarana, the endophytic incidence (EI) was 90% and 98% on PDA and MDA media, respectively, and 65% and 70% for olive, respectively. The fungal isolates were sequenced using the ITS- rDNA region. The fungal identification demonstrated that the isolates varied according to the host plant and media source. In the guarana plant, 13 fungal genera were found using MDA and six were found using PDA. In the olive plant, six genera were obtained using PDA and 4 were obtained using MDA. The multivariate analysis results demonstrated the highest fungal diversity from guarana when using MDA medium. Interestingly, some genera were isolated from one specific host or in one specific media, suggesting the importance of these two factors in fungal isolation specificity. Thus, this study indicated that cassava is a feasible starch source that could serve as a potential alternative medium to potato medium.

La face cachée de la dune : communautés fongiques du sol: dynamique, succession et interactions avec la végétation d’un écosystème dunaire côtier aux Îles de la Madeleine, Qc

Les écosystèmes dunaires remplissent plusieurs fonctions écologiques essentielles comme celle de protéger le littoral grâce à leur capacité d’amortissement face aux vents et vagues des tempêtes. Les dunes jouent aussi un rôle dans la filtration de l’eau, la recharge de la nappe phréatique, le maintien de la biodiversité, en plus de présenter un attrait culturel, récréatif et touristique. Les milieux dunaires sont très dynamiques et incluent plusieurs stades de succession végétale, passant de la plage de sable nu à la dune bordière stabilisée par l’ammophile à ligule courte, laquelle permet aussi l’établissement d’autres herbacées, d’arbustes et, éventuellement, d’arbres. Or, la survie de ces végétaux est intimement liée aux microorganismes du sol. Les champignons du sol interagissent intimement avec les racines des plantes, modifient la structure des sols, et contribuent à la décomposition de la matière organique et à la disponibilité des nutriments. Ils sont donc des acteurs clés de l’écologie des sols et contribuent à la stabilisation des dunes. Malgré cela, la diversité et la structure des communautés fongiques, ainsi que les mécanismes influençant leur dynamique écologique, demeurent relativement méconnus. Le travail présenté dans cette thèse explore la diversité des communautés fongiques à travers le gradient de succession et de conditions édaphiques d’un écosystème dunaire côtier afin d’améliorer la compréhension de la dynamique des sols en milieux dunaires. Une vaste collecte de données sur le terrain a été réalisée sur une plaine de dunes reliques se trouvant aux Îles de la Madeleine, Qc. J’ai échantillonné plus de 80 sites répartis sur l’ensemble de ce système dunaire et caractérisé les champignons du sol grâce au séquençage à haut débit. Dans un premier temps, j’ai dressé un portait d’ensemble des communautés fongiques du sol à travers les différentes zones des dunes. En plus d’une description taxonomique, les modes de vie fongiques ont été prédits afin de mieux comprendre comment les variations au niveau des communautés de champignons du sol peuvent se traduire en changements fonctionnels. J’ai observé un niveau de diversité fongique élevé (plus de 3400 unités taxonomiques opérationnelles au total) et des communautés taxonomiquement et fonctionnellement distinctes à travers un gradient de succession et de conditions édaphiques. Ces résultats ont aussi indiqué que toutes les zones des dunes, incluant la zone pionière, supportent des communautés fongiques diversifiées. Ensuite, le lien entre les communautés végétales et fongiques a été étudié à travers l’ensemble de la séquence dunaire. Ces résultats ont montré une augmentation claire de la richesse spécifique végétale, ainsi qu’une augmentation de la diversité des stratégies d’acquisition de nutriments (traits souterrains lié à la nutrition des plantes, soit mycorhizien à arbuscule, ectomycorhizien, mycorhizien éricoide, fixateur d’azote ou non spécialisé). J’ai aussi pu établir une forte corrélation entre les champignons du sol et la végétation, qui semblent tous deux réagir de façon similaire aux conditions physicochimiques du sol. Le pH du sol influençait fortement les communautés végétales et fongiques. Le lien observé entre les communautés végétales et fongiques met l’emphase sur l’importance des interactions biotiques positives au fil de la succession dans les environnements pauvres en nutriments. Finalement, j’ai comparé les communautés de champignons ectomycorhiziens associées aux principales espèces arborescentes dans les forêts dunaires. J’ai observé une richesse importante, avec un total de 200 unités taxonomiques opérationnelles ectomycorhiziennes, appartenant principalement aux Agaricomycètes. Une analyse de réseaux n’a pas permis de détecter de modules (c'est-à-dire des sous-groupes d’espèces en interaction), ce qui indique un faible niveau de spécificité des associations ectomycorhiziennes. De plus, je n’ai pas observé de différences en termes de richesse ou de structure des communautés entre les quatre espèces hôtes. En conclusion, j’ai pu observer à travers la succession dunaire des communautés diversifiées et des structures distinctes selon la zone de la dune, tant chez les champignons que chez les plantes. La succession semble toutefois moins marquée au niveau des communautés fongiques, par rapport aux patrons observés chez les plantes. Ces résultats ont alimenté une réflexion sur le potentiel et les perspectives, mais aussi sur les limitations des approches reposant sur le séquençage à haut-débit en écologie microbienne.

La face cachée de la dune : communautés fongiques du sol: dynamique, succession et interactions avec la végétation d’un écosystème dunaire côtier aux Îles de la Madeleine, Qc

Les écosystèmes dunaires remplissent plusieurs fonctions écologiques essentielles comme celle de protéger le littoral grâce à leur capacité d’amortissement face aux vents et vagues des tempêtes. Les dunes jouent aussi un rôle dans la filtration de l’eau, la recharge de la nappe phréatique, le maintien de la biodiversité, en plus de présenter un attrait culturel, récréatif et touristique. Les milieux dunaires sont très dynamiques et incluent plusieurs stades de succession végétale, passant de la plage de sable nu à la dune bordière stabilisée par l’ammophile à ligule courte, laquelle permet aussi l’établissement d’autres herbacées, d’arbustes et, éventuellement, d’arbres. Or, la survie de ces végétaux est intimement liée aux microorganismes du sol. Les champignons du sol interagissent intimement avec les racines des plantes, modifient la structure des sols, et contribuent à la décomposition de la matière organique et à la disponibilité des nutriments. Ils sont donc des acteurs clés de l’écologie des sols et contribuent à la stabilisation des dunes. Malgré cela, la diversité et la structure des communautés fongiques, ainsi que les mécanismes influençant leur dynamique écologique, demeurent relativement méconnus. Le travail présenté dans cette thèse explore la diversité des communautés fongiques à travers le gradient de succession et de conditions édaphiques d’un écosystème dunaire côtier afin d’améliorer la compréhension de la dynamique des sols en milieux dunaires. Une vaste collecte de données sur le terrain a été réalisée sur une plaine de dunes reliques se trouvant aux Îles de la Madeleine, Qc. J’ai échantillonné plus de 80 sites répartis sur l’ensemble de ce système dunaire et caractérisé les champignons du sol grâce au séquençage à haut débit. Dans un premier temps, j’ai dressé un portait d’ensemble des communautés fongiques du sol à travers les différentes zones des dunes. En plus d’une description taxonomique, les modes de vie fongiques ont été prédits afin de mieux comprendre comment les variations au niveau des communautés de champignons du sol peuvent se traduire en changements fonctionnels. J’ai observé un niveau de diversité fongique élevé (plus de 3400 unités taxonomiques opérationnelles au total) et des communautés taxonomiquement et fonctionnellement distinctes à travers un gradient de succession et de conditions édaphiques. Ces résultats ont aussi indiqué que toutes les zones des dunes, incluant la zone pionière, supportent des communautés fongiques diversifiées. Ensuite, le lien entre les communautés végétales et fongiques a été étudié à travers l’ensemble de la séquence dunaire. Ces résultats ont montré une augmentation claire de la richesse spécifique végétale, ainsi qu’une augmentation de la diversité des stratégies d’acquisition de nutriments (traits souterrains lié à la nutrition des plantes, soit mycorhizien à arbuscule, ectomycorhizien, mycorhizien éricoide, fixateur d’azote ou non spécialisé). J’ai aussi pu établir une forte corrélation entre les champignons du sol et la végétation, qui semblent tous deux réagir de façon similaire aux conditions physicochimiques du sol. Le pH du sol influençait fortement les communautés végétales et fongiques. Le lien observé entre les communautés végétales et fongiques met l’emphase sur l’importance des interactions biotiques positives au fil de la succession dans les environnements pauvres en nutriments. Finalement, j’ai comparé les communautés de champignons ectomycorhiziens associées aux principales espèces arborescentes dans les forêts dunaires. J’ai observé une richesse importante, avec un total de 200 unités taxonomiques opérationnelles ectomycorhiziennes, appartenant principalement aux Agaricomycètes. Une analyse de réseaux n’a pas permis de détecter de modules (c'est-à-dire des sous-groupes d’espèces en interaction), ce qui indique un faible niveau de spécificité des associations ectomycorhiziennes. De plus, je n’ai pas observé de différences en termes de richesse ou de structure des communautés entre les quatre espèces hôtes. En conclusion, j’ai pu observer à travers la succession dunaire des communautés diversifiées et des structures distinctes selon la zone de la dune, tant chez les champignons que chez les plantes. La succession semble toutefois moins marquée au niveau des communautés fongiques, par rapport aux patrons observés chez les plantes. Ces résultats ont alimenté une réflexion sur le potentiel et les perspectives, mais aussi sur les limitations des approches reposant sur le séquençage à haut-débit en écologie microbienne.

Diversity, prevalence and virulence of fungal entomopathogens in colonies of the ant Formica selysi

The richness of the parasitic community associated with social insect colonies has rarely been investigated. Moreover, understanding how hosts and pathogens interact in nature is important to interpret results from laboratory experiments. Here, we assessed the diversity, prevalence and virulence of fungal entomopathogens present around and within colonies of the ant Formica selysi. We detected eight fungal species known to be entomopathogenic in soil sampled from the habitat of ants. Six of these entomopathogens were found in active nests, abandoned nests, and corpses from dump piles or live ants. A systematic search for the presence of three generalist fungal entomopathogens in ant colonies revealed a large variation in their prevalence. The most common of the three pathogens, Paecilomyces lilacinus, was detected in 44% of the colonies. Beauveria bassiana occurred in 17% of the colonies, often in association with P. lilacinus, whereas we did not detect Metarhizium brunneum (formerly M. anisopliae) in active colonies. The three fungal species caused significant mortality to experimentally challenged ants, but varied in their degree of virulence. There was a high level of genetic diversity within B. bassiana isolates, which delineated three genetic strains that also differed significantly in their virulence. Overall, our study indicates that the ants encounter a diversity of fungal entomopathogens in their natural habitat. Moreover, some generalist pathogens vary greatly in their virulence and prevalence in ant colonies, which calls for further studies on the specificity of the interactions between the ant hosts and their fungal pathogens.

Host and habitat filtering in seedling root-associated fungal communities: taxonomic and functional diversity are altered in ‘novel’ soils

Climatic and land use changes have significant consequences for the distribution of tree species, both through natural dispersal processes and following management prescriptions. Responses to these changes will be expressed most strongly in seedlings near current species range boundaries. In northern temperate forest ecosystems, where changes are already being observed, ectomycorrhizal fungi contribute significantly to successful tree establishment. We hypothesised that communities of fungal symbionts might therefore play a role in facilitating, or limiting, host seedling range expansion. To test this hypothesis, ectomycorrhizal communities of interior Douglas-fir and interior lodgepole pine seedlings were analysed in a common greenhouse environment following growth in five soils collected along an ecosystem gradient. Currently, Douglas-fir’s natural distribution encompasses three of the five soils, whereas lodgepole pine’s extends much further north. Host filtering was evident amongst the 29 fungal species encountered: 7 were shared, 9 exclusive to Douglas-fir and 13 exclusive to lodgepole pine. Seedlings of both host species formed symbioses with each soil fungal community, thus Douglas-fir did so even where those soils came from outside its current distribution. However, these latter communities displayed significant taxonomic and functional differences to those found within the host distribution, indicative of habitat filtering. In contrast, lodgepole pine fungal communities displayed high functional similarity across the soil gradient. Taxonomic and/or functional shifts in Douglas-fir fungal communities may prove ecologically significant during the predicted northward migration of this species; especially in combination with changes in climate and management operations, such as seed transfer across geographical regions for forestry purposes.

Narrow Fungal Mycorrhizal Diversity in a Population of the Orchid Coppensia doniana

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Higher plant diversity promotes higher diversity of fungal pathogens, while it decreases pathogen infection per plant

Fungal plant pathogens are common in natural communities where they affect plant physiology, plant survival, and biomass production. Conversely, pathogen transmission and infection may be regulated by plant community characteristics such as plant species diversity and functional composition that favor pathogen diversity through increases in host diversity while simultaneously reducing pathogen infection via increased variability in host density and spatial heterogeneity. Therefore, a comprehensive understanding of multi-host multi-pathogen interactions is of high significance in the context of biodiversity-ecosystem functioning. We investigated the relationship between plant diversity and aboveground obligate parasitic fungal pathogen (''pathogens'' hereafter) diversity and infection in grasslands of a long-term, large-scale, biodiversity experiment with varying plant species (1-60 species) and plant functional group diversity (1-4 groups). To estimate pathogen infection of the plant communities, we visually assessed pathogen-group presence (i.e., rusts, powdery mildews, downy mildews, smuts, and leaf-spot diseases) and overall infection levels (combining incidence and severity of each pathogen group) in 82 experimental plots on all aboveground organs of all plant species per plot during four surveys in 2006. Pathogen diversity, assessed as the cumulative number of pathogen groups on all plant species per plot, increased log-linearly with plant species diversity. However, pathogen incidence and severity, and hence overall infection, decreased with increasing plant species diversity. In addition, co-infection of plant individuals by two or more pathogen groups was less likely with increasing plant community diversity. We conclude that plant community diversity promotes pathogen-community diversity while at the same time reducing pathogen infection levels of plant individuals.

Endophytic and pathogenic isolates of the cacao fungal pathogen Moniliophthora perniciosa (Tricholomataceae) are indistinguishable based on genetic and physiological analysis

We evaluated the genetic and physiological variability of Moniliophthora perniciosa obtained from healthy and diseased branches of cacao (Theobroma cacao) plants. The diversity of the isolates was evaluated by RAPD technique and by studies of virulence and exoenzyme production. The genetic variability of endophytic and pathogenic M. perniciosa was evaluated in association with pathogenicity assays. RAPD analysis showed eight genetic groups, which were not related to plant disease status (healthy versus diseased branches). Isolates from cacao were included in three groups, excluding isolates from other host plants. Pathogenicity and enzyme analysis showed that the virulence of the isolates is not related to exoenzyme production. This is the first evidence that M. perniciosa colonizes healthy parenchymatic tissues, showing that endophytic behavior may occur in this species.

Characterization of fungal soil communities by F-RISA and arbuscular mycorrhizal fungi from Araucaria angustifolia forest soils after replanting and wildfire disturbances

The Fungal Ribosomal Intergenic Spacer Analysis (F-RISA) was used to characterize soil fungal communities from three ecosystems of Araucaria angustifolia from Brazil: a native forest and two replanted forest ecosystems, one of them with a past history of wildfire. The arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) infection was evaluated in Araucaria roots of 18-month-old axenic plants previously inoculated with soils collected from those areas in a greenhouse experiment. The principal component analysis of F-RISA profiles showed different soil fungal community between the three studied areas. Sixty three percent of F-RISA fragments amplified in the soil and the substrate samples presented lengths between 500 and 700 bp. The number of Operational Taxonomic Units (OTUs) was 34 for soil and 38 for substrate, however, more fragments were detected in soil (214) than in substrate (163). An in silico F-RISA analysis to compare our data with ITS1-5.8S-ITS2 sequences from NCBI database showed the presence of Ascomycota, Basidiomycota and Glomeromycota among the soil and substrate fungal communities. AMF infection was higher in plants inoculated with soil from the native forest and the replanted forest with wildfire, both presenting similar chemical characteristics but with different disturbance levels. These results indicate that soil chemical composition may influence the soil fungal community structures rather than the anthropogenic or fire disturbances.

Fungal tyrosine betaine, a novel secondary metabolite from conidia of entomopathogenic Metarhizium spp. fungi

Fungi, including the entomopathogenic deuteromycete Metarhizium anisopliae, produce a wide diversity of secondary metabolites that either can be secreted or stored in specific developmental structures, e.g., conidia. Some secondary metabolites, such as pigments, polyols and mycosporines, are associated with pathogenicity and/or fungal tolerance to several stress-inducing environmental factors, including temperature and solar radiation extremes. Extracts of M. anisopliae var. anisopliae (strain ESALQ-1037) conidia were purified by chromatographic procedures and the isolated compounds analyzed by (1)H and (13)C nuclear magnetic resonance spectroscopy and high-resolution mass spectrometry. LC-MS analyses were carried out to search for mycosporines (the initial targets), but no compounds of this class were detected. A molecule whose natural occurrence was previously undescribed was identified. It consists of betaine conjugated with tyrosine, and the structure was identified as 2-([1-carboxy-2-(4-hydroxyphenyl)ethyl]amino)-N,N,N-trimethyl-2-oxoethanammonium. mannitol was the predominant compound in the alcoholic conidial extract, but no amino acids other than tyrosine were found to be conjugated with betaine in conidia. The fungal tyrosine betaine was detected also in conidial extracts of three other M. anisopliae var. anisopliae (ARSEF 1095, 5626 and 5749) and three M. anisopliae var. acridum isolates (ARSEF 324, 3391 and 7486), but it was not detected in Aspergillus nidulans conidial extract (ATCC 10074). (C) 2010 The British Mycological Society. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Dynamics of cork mycobiota throughout stopper manufacturing process: from diversity to metabolite

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology

Diversity and dynamics of airborne fungi in São Luis, State of Maranhão, Brazil

Introduction: This study aimed to identify airborne fungi in São Luis, Maranhão, Brazil, to determine the prevalent genera and to correlate these genera with the area and season. Methods: In total, 1,510 colony-forming units (CFUs) of airborne fungi were isolated from the north, south, east and west sides and from the center of the city from January to December 2007. The samples were collected on Petri dishes that were exposed to the fungi by the gravitational method. Results: Twenty genera of fungi were isolated; the most common were Aspergillus (33.5%), Penicillium (18.8%), Cladosporium (14.2%), Curvularia (10.6%) and Fusarium (7.6%). The CFUs of the fungi were statistically significant (p < 0.0001). Fungal biological diversity was present all year, without any large seasonal variations but with slight increases in May, August and September. Conclusions: The fungal genera identified in this study were correlated with natural systems and could be useful when evaluating the impact of environmental changes on the region.

Saprotrophic fungi Hypholoma fasciculare effect on the fungal community associated to Castanea sativa

Dissertação de mestrado em Biologia Molecular, Biotecnologia e Bioempreendedorismo em Plantas