Changes in arbuscular mycorrhizal fungal phenotypes and genotypes in response to plant species identity and phosphorus concentration.

* Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are plant symbionts that improve floristic diversity and ecosystem productivity. Many AMF species are generalists with wide host ranges. Arbuscular mycorrhizal fungi individuals are heterokaryotic, and AMF populations are genetically diverse. Populations of AMF harbor two levels of genetic diversity on which selection can act, namely among individuals and within individuals. Whether environmental factors alter genetic diversity within populations is still unknown. * Here, we measured genetic changes and changes in fitness-related traits of genetically distinct AMF individuals from one field, grown with different concentrations of available phosphate or different host species. * We found significant genotype-by-environment interactions for AMF fitness traits in response to these treatments. Host identity had a strong effect on the fitness of different AMF, unearthing a specificity of response within Glomus intraradices. Arbuscular mycorrhizal fungi individuals grown in novel environments consistently showed a reduced presence of polymorphic genetic markers, providing some evidence for host or phosphate-induced genetic change in AMF. * Given that AMF individuals can form extensive hyphal networks colonizing different hosts simultaneously, contrasting habitats or soil properties may lead to evolution in the population. Local selection may alter the structure of AMF populations and maintain genetic diversity, potentially even within the hyphal network of one fungus.

Uso de esterco no desenvolvimento de mudas de mamoeiro colonizadas com fungos micorrízicos

O trabalho objetivou a adequação de esterco na composição do substrato para produção de mudas de mamoeiro (Carica papaya L.), que permita o melhor estabelecimento da simbiose micorrízica e sua expressão no desenvolvimento da muda. Foram testadas cinco doses de esterco no substrato (0, 5, 10, 20 e 30%) e a inoculação ou não de Glomus etunicatum. Após 50 dias de cultivo concluiu-se que: o esterco promove máximo desenvolvimento das mudas nas doses de 20% e 30%; a adição de P e K não resulta em benefícios adicionais no crescimento das mudas; a inoculação de G. etunicatum é eficiente para o desenvolvimento da muda até a dose de 10% de esterco; o fungo coloniza as mudas em doses de até 30% de esterco, mas com tendência decrescente; a combinação de 10% de esterco e inoculação do fungo micorrízico arbuscular promove a formação de plantas sadias, sem sintomas de deficiência nutricional e apropriadas para o transplantio ao campo.

Arbuscular mycorrhiza: the challenge to understand the genetics of the fungal partner.

Arbuscular mycorrhizal symbioses occur between fungi and the majority of plant species. They are important for plant nutrition, plant growth, protection from pathogens, plant diversity, nutrient cycling, and ecosystem processes. A key goal in research is to understand the molecular basis of the establishment, regulation, and functioning of the symbiosis. However, lack of knowledge on the genetics of the fungal side of this association has hindered progress. Here, we show how several key, recently discovered processes concerning the genetics of arbuscular mycorrhizal fungi could be essential for ultimately understanding the molecular genetics of this important symbiosis with plants.

Recombination in Glomus intraradices, a supposed ancient asexual arbuscular mycorrhizal fungus

Background: Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are important symbionts of most plant species, promoting plant diversity and productivity. This symbiosis is thought to have contributed to the early colonisation of land by plants. Morphological stasis over 400 million years and the lack of an observed sexual stage in any member of the phylum Glomeromycota led to the controversial suggestion of AMF being ancients asexuals. Evidence for recombination in AMF is contradictory. Results: We addressed the question of recombination in the AMF Glomus intraradices by sequencing 11 polymorphic nuclear loci in 40 morphologically identical isolates from one field. Phylogenetic relationships among genotypes showed a reticulate network pattern providing a rationale to test for recombination. Five statistical tests predicted multiple recombinant regions in the genome of a core set of isolates. In contrast, five clonal lineages had fixed a large number of differences. Conclusion: Our data show that AMF from one field have undergone recombination but that clonal lineages coexist. This finding has important consequences for understanding AMF evolution, co-evolution of AMF and plants and highlights the potential for commercially introduced AMF inoculum recombining with existing local populations. Finally, our results reconcile seemingly contradictory studies on whether AMF are clonal or form recombining populations.

Fosfato e micorriza na estabilidade de agregados em amostras de latossolos cultivados e não-cultivados

Nos trópicos, existe escassez de informação quanto à contribuição de espécies fúngicas do solo na formação e estabilização de agregados. Este estudo teve como objetivo avaliar o efeito do histórico de uso, níveis de P, de inoculação micorrízica e cultivo com braquiária e soja em casa de vegetação, sobre o diâmetro médio geométrico dos agregados (DMG), o índice de floculação das partículas, a matéria seca das raízes, a colonização micorrízica e o comprimento total de hifas, em amostras de Latossolo Vermelho distrófico e Latossolo Vermelho distroférrico. Amostras dos dois solos, previamente cultivados por longos períodos, e de solos não-cultivados, foram trazidas para casa de vegetação, submetidas a inoculação, e a dois níveis de P, e então cultivadas com braquiária e soja, em dois cultivos sucessivos. Os resultados mostraram que o solo previamente cultivado apresentou menor comprimento total de hifas, menor estabilidade de agregados (menor diâmetro médio de agregados) e menor índice de floculação. A inoculação propiciou maior estabilidade dos agregados, e este efeito é condicionado ao nível de P do solo e ao histórico de uso. A presença de P promoveu, indiretamente, maior agregação, por propiciar maior comprimento total das hifas e matéria seca de raízes.

Inoculação micorrízica e aclimatização de dois porta-enxertos de macieira micropropagados

A micropropagação e a inoculação de fungos micorrízicos arbusculares (FMA) podem melhorar a qualidade de mudas produzidas comercialmente. Essas técnicas permitem a produção de plantas homogêneas e de alta qualidade em curtos períodos de tempo, mas isso exige o conhecimento da interação entre fungos e plantas, substratos e técnicas de aclimatização e inoculação. Foi realizado um estudo em condições controladas a fim de desenvolver procedimentos para aclimatizar e inocular FMA nos porta-enxertos de macieira (Malus spp.) Marubakaido, vigoroso e com forte sistema radicular, e M.9, nanizante e com sistema radicular pouco desenvolvido. Plantas oriundas de micropropagação foram imersas em ácido indolebutírico (5miM) e transferidas para substrato à base de solo, a fim de serem enraizadas ex vitro. Antes ou após o enraizamento, inoculou-se uma mistura de isolados de Scutellospora pellucida, Glomus etunicatum e Glomus sp. A fase de enraizamento durou 21 dias, e após 51 e 81 dias avaliaram-se colonização micorrízica, altura, peso da matéria fresca e seca da parte aérea e relação entre raiz e parte aérea das plantas. A colonização micorrízica variou entre 50% e 70% para ambos porta-enxertos, tendo efeito positivo sobre o crescimento do porta-enxerto Marubakaido, enquanto o porta-enxerto M.9 teve seu desenvolvimento inibido pela presença dos FMA.

Sistema radicular de porta-enxertos micropropagados de macieira colonizados com fungos micorrízicos arbusculares

A arquitetura do sistema radicular tem implicações na capacidade da planta de obter nutrientes e água do solo; aspecto, este, não muito considerado nos estudos de desenvolvimento vegetal. O objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento do sistema radicular de dois porta-enxertos micropropagados de macieira (Malus spp.), em razão da associação micorrízica. Foram utilizados um porta-enxerto vigoroso e com grande capacidade de enraizamento (Marubakaido) e outro ananicante e com sistema radicular pouco desenvolvido (M.9). As plantas oriundas de micropropagação foram transferidas para substrato à base de solo, a fim de serem enraizadas ex vitro. Antes ou após o enraizamento, inoculou-se uma mistura de três isolados de fungos micorrízicos arbusculares ou um filtrado com a biota não-micorrízica do inoculante. Aos 51 e 81 dias, avaliaram-se o número e o comprimento de eixos radiculares e das raízes de ordem 1, 2, 3 e 4. A inoculação micorrízica antes do enraizamento aumentou o número e o comprimento de raízes do porta-enxerto Marubakaido, porém, o portaenxerto M.9 teve o número e o comprimento de raízes diminuído quando a inoculação micorrízica ocorreu antes da fase de enraizamento.

Efeito de Glomus etunicatum e fósforo no crescimento inicial de espécies arbóreas em semeadura direta

O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos da disponibilidade de P no solo, da micorriza formada por Glomus etunicatum e de Mycoform, um estimulante desta última, no crescimento e competição inicial de seis espécies arbóreas semeadas diretamente. O trabalho foi realizado em casa de vegetação com as espécies Senna macranthera (fedegoso), Guazuma ulmifolia (mutamba), Senna multijuga (cássia-verrugosa), Solanum granuloso-leprosum (gravitinga), Schinus terebenthifolius (aroeira) e Trema micrantha (trema), em solo com níveis de P na solução considerados muito baixo, baixo e alto, com inoculação ou não do fungo micorrízico arbuscular G. etunicatum, além do tratamento G. etunicatum + Mycoform. O crescimento das mudas respondeu à inoculação em P muito baixo e baixo. As mudas apresentaram moderada dependência das micorrizas, não respondendo ao G. etunicatum em P alto. Gravitinga morreu em P muito baixo, mas foi dominante com P baixo e alto. Fedegoso foi dominante com P muito baixo, mostrando-se adaptado à baixa fertilidade. G. etunicatum influenciou a dominância das espécies, auxiliando as menos competitivas e gerando maior equilíbrio. Mycoform influenciou pouco o crescimento, nutrição e competição. O crescimento de espécies pioneiras semeadas diretamente é favorecido pela elevação do P e pelas micorrizas, as quais também favorecem o equilíbrio entre espécies.

Rapid genotypic change and plasticity in arbuscular mycorrhizal fungi is caused by a host shift and enhanced by segregation.

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are among the most abundant symbionts of plants, improving plant productivity and diversity. They are thought to mostly grow vegetatively, a trait assumed to limit adaptability. However, AMF can also harbor genetically different nuclei (nucleotypes). It has been shown that one AMF can produce genotypically novel offspring with proportions of different nucleotypes. We hypothesized that (1) AMF respond rapidly to a change of environment (plant host) through changes in the frequency of nucleotypes; (2) genotypically novel offspring exhibit different genetic responses to environmental change than the parent; and (3) genotypically novel offspring exhibit a wide range of phenotypic plasticity to a change of environment. We subjected AMF parents and offspring to a host shift. We observed rapid and large genotypic changes in all AMF lines that were not random. Genotypic and phenotypic responses were different among offspring and their parents. Even though growing vegetatively, AMF offspring display a broad range of genotypic and phenotypic changes in response to host shift. We conclude that AMF have the ability to rapidly produce variable progeny, increasing their probability to produce offspring with different fitness than their parents and, consequently, their potential adaptability to new environmental conditions. Such genotypic and phenotypic flexibility could be a fast alternative to sexual reproduction and is likely to be a key to the ecological success of AMF.

Effects of the relatedness of arbuscular mycorrhizal fungi on associated species ecology

More than 80 % of vascular plants in the world form symbioses with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF). AMF supply plants with nutrients such as phosphate and nitrogen, and can also help the plants to take up water. Hence, the symbiosis can greatly influence the growth and the defence of plants. By modifying plant productivity and diversity, AMF are considered as keystone species in ecosystems, playing a role that ultimately affects many food webs. This is why mycorrhizal symbioses have been investigated for several decades by many research groups.¦However, a large part of the scientific research done on AMF symbiosis has focused on the interaction between one plant and one fungus. This situation is far from realistic, as in natural ecosystems, many different fungal strains and species are co-existing and interacting in a belowground network. The main goal of this PhD was to investigate first, the interaction occurring among different co-existing AMF depending on their genetic relatedness and second, the outcome of the interaction and their effects on associated species.¦We found that AMF genetic relatedness partly explains the interaction among AMF, and this was in agreement with theories made for completely different species. Briefly, we demonstrated that AMF isolates of the same species coexisted more easily when they were closely-related, whereas AMF from different species were more in competition in this case of high relatedness. We also demonstrated that coexistence and competition among AMF can mediate plant growth as well as herbivore behaviour, opening new insights in our understanding of AMF effects on ecosystem functioning.¦Overall, the results of the different experiments of this PhD highlight the necessity of using multiple AMF to understand their interactions. Even so, we demonstrated here that simple species richness is not enough to understand these interactions and genetic relatedness among the co-existing AMF is a parameter that must be taken into account.¦-¦Sur Terre, plus de 80 % des plantes vasculaires forment des symbioses avec des champignons endomycorhiziens à arbuscules (CEA). Ces CEA permettent aux plantes d'acquérir plus facilement des nutriments tels que des phosphates, des nitrates, ou simplement de l'eau. Ainsi, cette symbiose peut avoir un effet important à la fois sur la croissance mais aussi sur la défense des plantes. En modulant la productivité et la diversité des plantes, les CEA sont donc des espèces clefs dans l'écosystème. Leur présence peut avoir des répercussions sur l'ensemble des réseaux trophiques. C'est pourquoi de nombreuses équipes de recherches étudient ces symbioses mycorhizienes depuis plusieurs décennies.¦La plupart des études concernant ces symbioses se sont focalisées sur l'action d'une espèce de CEA sur une espèce de plante. Malheureusement, cette situation ne correspond pas à ce que l'on peut retrouver dans la nature, où de nombreuses souches et de nombreuses espèces de CEA coexistent et interagissent dans un réseau mycélien souterrain. Le principal but de cette thèse était d'étudier, premièrement les interactions entre les différent CEA en fonction de leur apparentement génétique, et deuxièmement, d'étudier l'effet de ces interactions fongiques sur l'écologie des espèces associées.¦Au cours des différentes expériences de cette thèse, nous avons démontré que l'apparentement génétique entre les CEA expliquait une part non négligeable de leurs interactions. En résumé, plus l'apparentement génétique entre des souches de CEA d'une même espèce sera grand, plus ces souches seront capables de coexister. En revanche, s'il s'agit d'espèces différentes de CEA, plus elles seront apparentées, plus la compétition sera grande entre elles. Nous avons également démontré que la coexistence et la compétition entre différents CEA peut modifier à la fois la croissance des plantes mais aussi le comportement de leur prédateurs, ce qui ouvre de nouvelles perspectives sur notre compréhension des effets des CEA dans le fonctionnement des écosystèmes.¦Globalement, les résultats de nos différentes expériences mettent en évidence la nécessité d'utiliser plusieurs souches ou espèces de CEA pour mieux comprendre leurs interactions. Quand bien même, nos expériences démontrent que le simple recensement du nombre d'espèces de CEA n'est pas suffisant pour comprendre les interactions et que l'apparentement génétique des CEA coexistants est un paramètre qui doit être pris en compte.

Identity and combinations of arbuscular mycorrhizal fungal isolates influence plant resistance and insect preference

1. Accumulating evidence indicates that plant resistance against above-ground herbivores can be affected by the presence of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) in association with the host plant. Little is known, however, about how AMF composition can influence herbivore choice to feed on a particular plant. 2. Unravelling the preference-performance hypothesis in a multitrophic context is needed to expand our knowledge of complex multitrophic interactions in natural systems. If given mycorrhizal fungal genotypes increase attractiveness for a herbivore (reduced plant resistance), then the benefits of increased unpalatability provided by the mycorrhizal fungi (increased plant resistance) might be outweighed by the increased herbivore recruitment. 3. This was addressed by designing three experiments to test the effects of different AMF genotypes, inoculated either alone or in combination, to measure intraspecific AMF effects on plant resistance and insect herbivore preference. Using strawberry (Fragaria vesca L.) plants that were colonised by eight different combinations of Rhizophagus irregularis isolates, we measured effects on plant growth, insect growth and survival, as well as feeding preferences of a generalist herbivore caterpillar (Spodoptera littoralis Boisduval). 4. Overall, it was found that: (i) AMF influenced plant resistance in an AMF genotype-specific manner; (ii) some AMF inoculations decreased insect performance; (iii) insects preferentially chose to feed more on leaves originating from non-mycorrhizal plants; but also that (iv) in a whole plant bioassay, insects preferentially chose the biggest plant, regardless of their mycorrhizal status. 5. Therefore, AMF-mediated trade-offs between growth and resistance against herbivores have been shown. Such trade-offs, particularly driven by plant attractiveness to herbivores, buffer the positive effects of the mycorrhizal symbiosis on enhanced plant growth.

Ocorrência de fungos micorrízicos arbusculares em áreas revegetadas após mineração de bauxita em Porto Trombetas, Pará

O objetivo deste trabalho foi avaliar a composição e a diversidade de fungos micorrízicos arbusculares (FMA) em áreas em processo de revegetação na região de Porto Trombetas, PA. Coletaram-se amostras compostas de solo em revegetação com 2, 4, 6, 12 e 16 anos, em subsolo exposto sem vegetação e em floresta primária, nos meses de agosto de 1998 (estação seca) e abril de 1999 (estação chuvosa). Os esporos de FMA foram extraídos e identificados taxonomicamente. Analisou-se a densidade relativa, a freqüência de cada espécie e os índices de Shannon-Wiener e de Simpson. Os resultados indicaram que a densidade de esporos de FMA não diferiu significativamente em razão da estação do ano. O número de espécies foi maior no período seco, na floresta primária e na área revegetada aos 2 anos de idade. Entre as espécies de FMA recuperadas, Glomus macrocarpum e Acaulospora mellea foram as que apresentaram maior ocorrência. A diversidade de espécies de FMA foi mais alta e a dominância de espécies foi mais baixa na área revegetada com 2 anos de idade. O retorno do horizonte superficial orgânico com o plantio de mudas micorrizadas é uma prática eficiente para a produção de esporos em subsolo resultante da mineração de bauxita.

Phosphate solubilization and synergism between P-solubilizing and arbuscular mycorrhizal fungi

The objective of this work was to evaluate the ability of several P-solubilizing fungi to solubilize aluminum phosphate and Araxá apatite as well as the synergism between the P-solubilizing fungus, PSF 7, and arbuscular mycorrhizal fungi to promote clover growth amended with aluminum phosphate. Two experiments were carried out, the first under laboratory conditions and the second in a controlled environmental chamber. In the first experiment, PSF 7, PSF 9, PSF 21 and PSF 22 isolates plus control were incubated in liquid medium at 28ºC for eight days. On the 2nd, 4th and 8th day of incubation, pH and soluble P were determined. In the second experiment, clover was sowed in plastic pots containing 300 g of sterilized substrate amended with aluminum phosphate, 3 g L-1, in presence and absence of PSF 7 isolate and arbuscular mycorrhizal fungi. A completely randomized design, in factorial outline 2x2 (presence and absence of PSF 7 and arbuscular mycorrhizal fungi) and five replicates were used. In the first experiment, higher P content was detected in the medium containing aluminum phosphate. PSF 7 is the best fungi isolate which increases aluminum solubilization with major tolerance to Al3+. Clover growth was stimulated by presence of PSF 7 and arbuscular mycorrhizal fungi. There is synergism between microorganisms utilized to improve plant nutrition.

Redução do mal-do-panamá em bananeira-maçã por inoculação de fungo micorrízico arbuscular

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da densidade de inóculo de fungo micorrízico arbuscular (FMA) na incidência e severidade do Fusarium oxysporum f. sp. cubense (FOC) na bananeira, variedade 'Maçã', em fase inicial de desenvolvimento vegetativo. O trabalho foi realizado em três etapas, em condições de casa de vegetação, na Embrapa Mandioca e Fruticultura Tropical, Cruz das Almas, BA. Foi realizado um teste de ajuste para determinação das densidades de inóculo do FMA a serem utilizadas. Em seguida, o FMA, Gigaspora margarita, foi inoculado nas mudas de banana e, depois de 60 dias foi inoculado o FOC. G. margarita apresentou eficiência simbiótica no crescimento das mudas de bananeira, variedade Maçã, dependendo da densidade de inóculo. A inoculação prévia com o FMA promoveu redução no índice de infecção causado pelo FOC. A pré-colonização das plantas de bananeira pelo FMA resultou em efeito de bioproteção, modulado pela taxa de colonização micorrízica e pela concentração de inóculo do FOC no solo.