Spatio-temporal sequence of cross-regulatory events in root meristem growth.

A central question in developmental biology is how multicellular organisms coordinate cell division and differentiation to determine organ size. In Arabidopsis roots, this balance is controlled by cytokinin-induced expression of SHORT HYPOCOTYL 2 (SHY2) in the so-called transition zone of the meristem, where SHY2 negatively regulates auxin response factors (ARFs) by protein-protein interaction. The resulting down-regulation of PIN-FORMED (PIN) auxin efflux carriers is considered the key event in promoting differentiation of meristematic cells. Here we show that this regulation involves additional, intermediary factors and is spatio-temporally constrained. We found that the described cytokinin-auxin crosstalk antagonizes BREVIS RADIX (BRX) activity in the developing protophloem. BRX is an auxin-responsive target of the prototypical ARF MONOPTEROS (MP), a key promoter of vascular development, and transiently enhances PIN3 expression to promote meristem growth in young roots. At later stages, cytokinin induction of SHY2 in the vascular transition zone restricts BRX expression to down-regulate PIN3 and thus limit meristem growth. Interestingly, proper SHY2 expression requires BRX, which could reflect feedback on the auxin responsiveness of SHY2 because BRX protein can directly interact with MP, likely acting as a cofactor. Thus, cross-regulatory antagonism between BRX and SHY2 could determine ARF activity in the protophloem. Our data suggest a model in which the regulatory interactions favor BRX expression in the early proximal meristem and SHY2 prevails because of supplementary cytokinin induction in the later distal meristem. The complex equilibrium of this regulatory module might represent a universal switch in the transition toward differentiation in various developmental contexts.

The short-rooted phenotype of the brevis radix mutant partly reflects root abscisic acid hypersensitivity.

To gain further insight into abscisic acid (ABA) signaling and its role in growth regulation, we have screened for Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) mutants hypersensitive to ABA-mediated root growth inhibition. As a result, we have identified a loss-of-function allele of BREVIS RADIX (BRX) in the Columbia background, named brx-2, which shows enhanced response to ABA-mediated inhibition of root growth. BRX encodes a key regulator of cell proliferation and elongation in the root, which has been implicated in the brassinosteroid (BR) pathway as well as in the regulation of auxin-responsive gene expression. Mutants affected in BR signaling that are not impaired in root growth, such as bes1-D, bzr1-D, and bsu1-D, also showed enhanced sensitivity to ABA-mediated inhibition of root growth. Triple loss-of-function mutants affected in PP2Cs, which act as negative regulators of ABA signaling, showed impaired root growth in the absence of exogenous ABA, indicating that disturbed regulation of ABA sensitivity impairs root growth. In agreement with this result, diminishing ABA sensitivity of brx-2 by crossing it with a 35S:HAB1 ABA-insensitive line allowed significantly higher recovery of root growth after brassinolide treatment. Finally, transcriptomic analysis revealed that ABA treatment negatively affects auxin signaling in wild-type and brx-2 roots and that ABA response is globally altered in brx-2. Taken together, our results reveal an interaction between BRs, auxin, and ABA in the control of root growth and indicate that altered sensitivity to ABA is partly responsible for the brx short-root phenotype.

Expression of the mammalian Xenotropic Polytropic Virus Receptor 1 (XPR1) in tobacco leaves leads to phosphate export.

Phosphate homeostasis in multicellular eukaryotes depends on both phosphate influx and efflux. The mammalian Xenotropic Polytropic Virus Receptor 1 (XPR1) shares homology to the Arabidopsis PHO1, a phosphate exporter expressed in roots. However, phosphate export activity of XPR1 has not yet been demonstrated in a heterologous system. Here, wedemonstrate that transient expression in tobacco leaves of XPR1-GFP leads to specific phosphate export. Like PHO1-GFP, XPR1-GFP is localized predominantly to the endomembrane system in tobacco cells. These results show that tobacco leaves are a good heterologous system to study the transport activity of members of the PHO1/XPR1 family.

The endodermis.

A Casparian strip-bearing endodermis is a feature that has been invariably present in the roots of ferns and angiosperms for approximately 400 million years. As the innermost cortical layer that surrounds the central vasculature of roots, the endodermis acts as a barrier to the free diffusion of solutes from the soil into the stele. Based on an enormous body of anatomical and physiological work, the protective endodermal diffusion barrier is thought to be of major importance for many aspects of root biology, reaching from efficient water and nutrient transport to defense against soil-borne pathogens. Until recently, however, we were ignorant about the genes and mechanisms that drive the differentiation of this intricately structured barrier. Recent work in Arabidopsis has now identified the first major players in Casparian strip formation. A mechanistic understanding of endodermal differentiation will finally allow us to specifically interfere with endodermal barrier function and study the effects on plant growth and survival under various stress conditions. Here, I critically review the major findings and models related to endodermal structure and function from other plant species and assess them in light of recent molecular data from Arabidopsis, pointing out where the older, descriptive work can provide a framework and inspiration for further molecular dissection.

Soybean (Glycine max. L.) and bacteroid glyoxylate cycle activities during nodular senescence.

Soybean (Glycine max. L.) nodular senescence results in the dismantling of the peribacteroid membrane (PBM) and in an increase of soybean isocitrate lyase (ICL; EC 4.1.3.1) and malate synthase (MS; EC 4.1.3.2) mRNA and protein levels. This suggests that in senescing soybean nodular cells, the specific glyoxylate cycle enzyme activities might be induced to reallocate carbon obtained from the PBM degradation. In order to evaluate as well the carbon metabolism of the nitrogen-fixing Bradyrhizobium japonicum endosymbiotic bacteroids during nodular senescence, their glyoxylate cycle activities were also investigated. To this end, partial DNA sequences were isolated from their icl and ms genes, but the corresponding mRNAs were not detected in the microorganisms. It was also observed that the bacteroid ICL and MS activities were negligible during nodular senescence. This suggests that glyoxylate cycle activities are not reinitiated in the bacteroids under these physiological conditions. In case the microorganisms nevertheless feed on the PBM degradation products, this might occur via the citric acid cycle exclusively.

Adaptation of Root Function by Nutrient-Induced Plasticity of Endodermal Differentiation.

Plant roots forage the soil for minerals whose concentrations can be orders of magnitude away from those required for plant cell function. Selective uptake in multicellular organisms critically requires epithelia with extracellular diffusion barriers. In plants, such a barrier is provided by the endodermis and its Casparian strips-cell wall impregnations analogous to animal tight and adherens junctions. Interestingly, the endodermis undergoes secondary differentiation, becoming coated with hydrophobic suberin, presumably switching from an actively absorbing to a protective epithelium. Here, we show that suberization responds to a wide range of nutrient stresses, mediated by the stress hormones abscisic acid and ethylene. We reveal a striking ability of the root to not only regulate synthesis of suberin, but also selectively degrade it in response to ethylene. Finally, we demonstrate that changes in suberization constitute physiologically relevant, adaptive responses, pointing to a pivotal role of the endodermal membrane in nutrient homeostasis.

In vitro ectomycorrhiza formation by monokaryotic and dikaryotic isolates of Pisolithus microcarpus in Eucalyptus grandis

The formation of ectomycorrhizas by monokaryotic and dikaryotic isolates of Pisolithus microcarpus (Cooke & Massee) G. Cunn. in Eucalyptus grandis W. Hill ex Maid. was studied by in vitro synthesis in Petri dishes. The formation of ectomycorrhizas was observed for all strains tested. Ectomycorrhizas formed by the monokaryotic strains presented a sheath of hyphae around the roots and a Hartig net limited to the epidermis layer, typical of the angiosperm ectomycorrhizas. Colonization rates, a measure of the number of ectomycorrhizas in relation to the total number of lateral root tips, varied from 23 to 62%. Some monokaryotic strains stimulated the formation of lateral roots, promoting increases of up to 109% above the control. The presence of some of the isolates in the in vitro synthesis medium stimulated the production of thicker lateral root tips. The dimensions of the lateral roots tips and ectomycorrhizas varied from one isolate to the next, indicating a variation in their capacity to provoke morphological changes in the host plant roots. The dikaryotic strain M5M11 presented higher values for lateral root yield, number of ectomycorrhizas, and colonization percentage than the corresponding monokaryotic strains, M5 and M11. This indicated the possibility of selecting compatible performing monokaryotic isolates for the yield of superior dikaryotic strains. The set of monokaryotic strains tested varied greatly in their ability to colonize E. grandis roots and cause secondary metabolism-related morphological changes in roots, providing a wealth of model systems for the study of genetic, physiological, and morphogenetic processes involved in Pisolithus-Eucalyptus ectomycorrhiza formation.

Effect of dose and application site on quinclorac absorption by barnyardgrass biotypes

This work aimed to evaluate the uptake and translocation of quinclorac in function of application sites (shoot or roots) by Echinochloa crusgalli biotypes resistant and susceptible to this herbicide. The treatments consisted of quinclorac doses (0; 0.5; 1; 2; 4; 16 and 64 ppm), applied on the shoot or roots of seedlings of barnyardgrass biotypes. The experimental units consisted of plastic cups containing 250 cm³ of sand. The treatments were applied 10 days after emergence, when barnyardgrass plants reached a 2- to 3- leaf growth stage. The barnyardgrass biotypes were irrigated with nutritive solution weekly and maintained for 40 days after emergence, when length, fresh and dry matter of shoot and roots were evaluated. Variance analysis was carried out using the F test at 5% probability, and in case of significance, a non-linear regression analysis was also carried out using a three-parameter logistic model. In the susceptible biotype, quinclorac was more absorbed by the roots than by the shoot. Comparing dry mass production of the different plant parts of the susceptible biotype per application site, it was verified that quinclorac action is higher when applied to the plant roots. However, for the resistant biotype, it was not possible to determine the dose causing 50% reduction in dry mass accumulation (GR50) and in the resistance index (RI) between both biotypes, due to its high resistance to quinclorac (128 times the recommended dosage). The results showed that quinclorac resistance by the evaluated biotype is not due to differences in the absorption site, strongly suggesting that the resistance acquired by the biotype may result from alteration in the target site.

Soil microorganisms and their role in the interactions between weeds and crops

The competition between weeds and crops is a topic of great interest, since this interaction can cause heavy losses in agriculture. Despite the existence of some studies on this subject, little is known about the importance of soil microorganisms in the modulation of weed-crop interactions. Plants compete for water and nutrients in the soil and the ability of a given species to use the available resources may be directly affected by the presence of some microbial groups commonly found in the soil. Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are able to associate with plant roots and affect the ability of different species to absorb water and nutrients from the soil, promoting changes in plant growth. Other groups may promote positive or negative changes in plant growth, depending on the identity of the microbial and plant partners involved in the different interactions, changing the competitive ability of a given species. Recent studies have shown that weeds are able to associate with mycorrhizal fungi in agricultural environments, and root colonization by these fungi is affected by the presence of other weeds or crops species. In addition, weeds tend to have positive interactions with soil microorganisms while cultures may have neutral or negative interactions. Competition between weeds and crops promotes changes in the soil microbial community, which becomes different from that observed in monocultures, thus affecting the competitive ability of plants. When grown in competition, weeds and crops have different behaviors related to soil microorganisms, and the weeds seem to show greater dependence on associations with members of the soil microbiota to increase growth. These data demonstrate the importance of soil microorganisms in the modulation of the interactions between weeds and crops in agricultural environments. New perspectives and hypotheses are presented to guide future research in this area.

First occurrence of Leightoniomyces phillipsii (Berk. & Leight.) D. Hawksw. & B. Sutton for South America

Leightoniomyces phillipsii (Berk. & Leight.) D. Hawksw. & B. Sutton, an anamorphic fungus, is described and illustrated for the first time for South America. This synnematous fungus with typical coarsely verrucose conidia was previously known to be associated only with lichens, but can be associated with plant roots. This discovery extends its habitat, geographical distribution, and ecosystem roles.

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.

Molecular biodiversity of microbial communities in polluted soils and their role in soil phytoremediation

Les métaux lourds (ML) s’accumulent de plus en plus dans les sols à l’échelle mondiale, d’une part à cause des engrais minéraux et divers produits chimiques utilisés en agriculture intensive, et d’autre part à cause des activités industrielles. Toutes ces activités génèrent des déchets toxiques qui s’accumulent dans l’environnement. Les ML ne sont pas biodégradables et leur accumulation cause donc des problèmes de toxicité des sols et affecte la biodiversité des microorganismes qui y vivent. La fertilisation en azote (N) est une pratique courante en agriculture à grande échelle qui permet d’augmenter la fertilité des sols et la productivité des cultures. Cependant, son utilisation à long terme cause plusieurs effets néfastes pour l'environnement. Par exemple, elle augmente la quantité des ML dans les sols, les nappes phréatiques et les plantes. En outre, ces effets néfastes réduisent et changent considérablement la biodiversité des écosystèmes terrestres. La structure des communautés des champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) a été étudiée dans des sols contaminés par des ML issus de la fertilisation à long terme en N. Le rôle des différentes espèces de CMA dans l'absorption et la séquestration des ML a été aussi investigué. Dans une première expérience, la structure des communautés de CMA a été analysée à partir d’échantillons de sols de sites contaminés par des ML et de sites témoins non-contaminés. Nous avons constaté que la diversité des CMA indigènes a été plus faible dans les sols et les racines des plantes récoltées à partir de sites contaminés par rapport aux sites noncontaminés. Nous avons également constaté que la structure de la communauté d'AMF a été modifiée par la présence des ML dans les sols. Certains ribotypes des CMA ont été plus souvent associés aux sites contaminés, alors que d’autres ribotypes ont été associés aux sites non-contaminés. Cependant, certains ribotypes ont été observés aussi bien dans les sols pollués que non-pollués. Dans une deuxième expérience, les effets de la fertilisation organique et minérale (N) sur les différentes structures des communautés des CMA ont été étudiés. La variation de la structure de la communauté de CMA colonisant les racines a été analysée en fonction du type de fertilisation. Certains ribotypes de CMA étaient associés à la fertilisation organique et d'autres à la fertilisation minérale. En revanche, la fertilisation minérale a réduit le nombre de ribotypes de CMA alors que la fertilisation organique l’a augmenté. Dans cette expérience, j’ai démontré que le changement de structure des communautés de CMA colonisant des racines a eu un effet significatif sur la productivité des plantes. Dans une troisième expérience, le rôle de deux espèces de CMA (Glomus irregulare et G. mosseae) dans l'absorption du cadmium (Cd) par des plants de tournesol cultivés dans des sols amendés avec trois niveaux différents de Cd a été évalué. J’ai démontré que les deux espèces de CMA affectent différemment l’absorption ou la séquestration de ce ML par les plants de tournesol. Cette expérience a permis de mieux comprendre le rôle potentiel des CMA dans l'absorption des ML selon la concentration de cadmium dans le sol et les espèces de CMA. Mes recherches de doctorat démontrent donc que la fertilisation en N affecte la structure des communautés des CMA dans les racines et le sol. Le changement de structure de la communauté de CMA colonisant les racines affecte de manière significative la productivité des plantes. J’ai aussi démontré que, sous nos conditions expériemntales, l’espèce de CMA G. irregulare a été observée dans tous les sites (pollués et non-pollués), tandis que le G. mosseae n’a été observé en abondance que dans les sites contaminés. Par conséquent, j’ai étudié le rôle de ces deux espèces (G. irregulare et G. mosseae) dans l'absorption du Cd par le tournesol cultivé dans des sols amendés avec trois différents niveaux de Cd en serre. Les résultats indiquent que les espèces de CMA ont un potentiel différent pour atténuer la toxicité des ML dans les plantes hôtes, selon le niveau de concentration en Cd. En conclusion, mes travaux suggèrent que le G. irregulare est une espèce potentiellement importante pour la phytoextration du Cd, alors que le G. mosseae pourrait être une espèce appropriée pour phytostabilisation du Cd et du Zn.

La génomique évolutive mitochondriale révèle des échanges génétiques et la ségrégation chez les Gloméromycètes

Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) sont des organismes microscopiques du sol qui jouent un rôle crucial dans les écosystèmes naturels et que l’on retrouve dans tous les habitats de la planète. Ils vivent en relation symbiotique avec la vaste majorité des plantes terrestres. Ils sont des biotrophes obligatoires, c'est-à-dire qu'ils ne peuvent croître qu'en présence d'une plante hôte. Cette symbiose permet entre autres à la plante d'acquérir des nutriments supplémentaires, en particulier du phosphore et du nitrate. Malgré le fait que cette symbiose apporte des services importants aux écosystèmes, la richesse des espèces, la structure des communautés, ainsi que la diversité fonctionnelle des CMA sont mal connues et l'approfondissement des connaissances dans ces domaines dépend d’outils de diagnostic moléculaire. Cependant, la présence de polymorphisme nucléaire intra-isolat combiné à un manque de données génomiques dans différents groupes phylogénétique de ces champignons complique le développement de marqueurs moléculaires et la détermination de l'affiliation évolutive à hauts niveaux de résolution (c.a.d. entre espèces génétiquement similaires et/ou isolats de la même espèce). . Pour ces raisons, il semble une bonne alternative d’utiliser un système génétique différent en ciblant le génome mitochondrial, qui a été démontré homogène au sein d'un même isolat de CMA. Cependant, étant donné le mode de vie particulier de ces organismes, une meilleure compréhension des processus évolutifs mitochondriaux est nécessaire afin de valoriser l'utilisation de tels marqueurs dans des études de diversité et en génétique des populations. En ce sens, mon projet de doctorat consistait à investiguerétudier: i) les vecteurs de divergences inter-isolats et -espèces génétiquement rapprochéesphylogénétiquement apparentées, ii) la plasticité des génomes mitochondriaux, iii) l'héritabilité mitochondriale et les mécanismes potentiels de ségrégation, ainsi que iv) la diversité mitochondriale intra-isolat in situ. À l'aide de la génomique mitochondriale comparative, en utilisant le séquençage nouvelle génération, on a démontré la présence de variation génétique substantielle inter-isolats et -espèces, engendrées par l'invasion d'éléments mobiles dans les génomes mitochondriaux des CMA, donnant lieu à une évolution moléculaire rapide des régions intergéniques. Cette variation permettait de développer des marqueurs spécifiques à des isolats de la même espèce. Ensuite, à l'aide d'une approche analytique par réseaux de gènes sur des éléments mobiles, on a été en mesure de démontrer des évènements de recombinaisons homologues entre des haplotypes mitochondriaux distincts, menant à des réarrangements génomiques. Cela a permis d'ouvrir les perspectives sur la dynamique mitochondriale et l'hétéroplasmie dans un même isolatsuggère une coexistence de différents haplotypes mitochondriaux dans les populations naturelles et que les cultures monosporales pourraient induirent une sous-estimation de la diversité allélique mitochondriale. Cette apparente contradiction avec l'homogénéité mitochondriale intra-isolat généralement observée, a amené à investiguer étudier les échanges génétiques à l'aide de croisements d'isolats génétiquement distincts. Malgré l'observation de quelques spores filles hétéroplasmiques, l'homoplasmie était le statut par défaut dans toutes les cultures monosporales, avec un biais en faveur de l'un des haplotypes parentaux. Ces résultats suggèrent que la ségrégation opère durant la formation de la spore et/ou le développement de la coloniedu mycélium. De plus, ils supportent la présence d'une machinerie protéique de ségrégation mitochondriale chez les CMAAMF, où l'ensemble des gènes impliqués dans ce mécanisme ont été retrouvé et sont orthologues aux autres champignons. Finalement, on est revenue aux sources avecon a étudié le polymorphisme mitochondrial intra-isolat à l'aide d'une approche conventionnelle de PCR en utilisant une Taq polymérase de haute fidélité, suivie de clonage et de séquençage Sanger, sur deux isolats de R. irregularis. Cela a permis l'observation d'hétéroplasmie in situ, ainsi que la co-expression de variantes de variantes de protéines'ARNm dans une souche in vitro. Les résultats suggèrent que d'autres études basées sur le séquençage nouvelle génération aurait potentiellement ignorée cette variation, offrant ainsi plusieurs nouveaux arguments permettant de considérer les CMA comme des organismes possédant une population de génomes mitochondriaux et nucléaires distincts.

Physiological and Genetic Diversity Studies on Regeneration of Santalum Album L.

S. album L. is the source of highly priced and fragrant heartwood which on steam distillation yields on an average 57 per cent oil of high perfumery value. Global demand for sandalwood is about 5000-6000 tons/year and that of oil is 100 tons/year. Heartwood of sandal is estimated to fetch up to Rs. 3.7 million/ton and wood oil Rs.70,000-100,000/ kg in the international market. Sandal heartwood prices have increased from Rs. 365/ton in 1900 to Rs. 6.5 lakhs/ton in 1999-2000 and to Rs. 37 lakhs/ton in 2007. Substantial decline in sandalwood production has occurred from 3176 tons/year during 1960-‘ 65 to 1500 tons/year in 1997-98, and to 500 tons/year in 2007.Depletion of sandal resources is attributed to several factors, both natural and anthropogenic. Low seed setting, poor seed germination, seedling mortality, lack of haustorial connection with host plant roots, recurrent annual fires in natural sandal forests, lopping of trees for fodder, excessive grazing, hacking, encroachments, seedling diseases and spread of sandal spike disease are the major problems facing sandal. While these factors hinder sandal regeneration in forest areas, the situation is accelerated by human activities of chronic overexploitation and illicit felling.Deterioration of natural sandal populations due to illicit felling, encroachments and diseases has an adverse effect on genetic diversity of the species. The loss of genetic diversity has aggravated during recent years due to extensive logging, changing landuse patterns and poor natural regeneration. The consequent genetic erosion is of serious concern affecting tree improvement programme in sandal. Conservation as well as mass propagation are the two strategies to be given due importance. To initiate any conservation programme, precise knowledge of the factors influencing regeneration and survival of the species is essential. Hence, the present study was undertaken with the objective of investigating the autotrophic and parasitic phase of sandal seedlings growth, the effects of shade on morphology, chlorophyll concentration and chlorophyll fluorescence of sandal seedlings, genetic diversity in sandal seed stands using ISSR markers, and the diversity of fungal isolates causing sandal seedling wilt using RAPD markers. All these factors directly influence regeneration and survival of sandal seedlings in natural forests and plantations.

Die mikrobielle Besiedlung von Wurzeloberfläche und Rhizosphäre in ihrer Bedeutung für Stoffumsätze in Böden

Im Vordergrund der Arbeit stand die Erfassung der mikrobiellen Biomasse bzw. Residualmasse an der Wurzeloberfläche, im Rhizosphärenboden und im umgebenden Boden. Durch den Vergleich von verschiedenen Methoden zur Erfassung der mikrobiellen Biomasse wurden die Gehalte von pilzlichem und bakteriellem Kohlenstoff an der Rhizoplane und in der Rhizosphäre quantifiziert. Dabei wurde die Fumigations-Extraktions-Methode zur Erfassung der mikrobiellen Biomasse eingesetzt. Ergosterol diente als Indikator für die pilzliche Biomasse und die Aminozucker Glucosamin und Muraminsäure sollten Aufschluss geben über die bakterielle und pilzliche Biomasse bzw. Residualmasse in den drei Probenfraktionen. Dazu wurden Umrechnungsfaktoren erstellt, die zur Berechnung des bakteriellen und pilzlichen Kohlenstoffs aus den Gehalten von Muraminsäure und Pilz-Glucosamin dienten. Die Bestimmung von Aminozuckern wurde insoweit modifiziert, dass sowohl in Boden- als auch in Wurzelhydrolysaten die Messung von Glucosamin, Galactosamin, Muraminsäure und Mannosamin gleichzeitig als automatisiertes Standardverfahren mit Hilfe der HPLC erfolgen konnte. Es wurden drei Gefäßversuche durchgeführt: Im ersten Versuch wurde der Einfluss der Pflanzenart auf die mikrobielle Besiedlung der Wurzeloberflächen untersucht. Dabei wurden Wurzeln und Rhizosphärenboden von 15 verschiedenen Pflanzenarten miteinander verglichen. Im zweiten Versuch stand der Einfluss der mikrobiellen Biomasse eines Bodens auf die mikrobielle Besiedlung von Wurzeloberflächen im Vordergrund. Deutsches Weidelgras (Lolium perenne L.) wurde auf sieben verschiedenen Böden angezogen. Bei den Böden handelte es sich um sechs Oberböden, die sich hinsichtlich des Bodentyps und der Bewirtschaftungsform voneinander unterschieden, und einen Unterboden. Im dritten Versuch wurde die mikrobielle Besiedlung von Wurzeln nach teilweiser und vollständiger Entfernung der oberirdischen Biomasse beobachtet. Welsches Weidelgras (Lolium multiflorum Lam.) wurde 24 Tage nach der Aussaat beschnitten. Anschließend wurde über einen Versuchszeitraum von acht Tagen die mikrobielle Besiedlung an den Wurzeln und in den Bodenfraktionen bestimmt. Es bestätigte sich, dass der Einfluss der einzelnen Pflanzenart von entscheidender Bedeutung für die mikrobielle Besiedlung von Wurzeln ist. Bei fast allen Pflanzen wurde die mikrobielle Biomasse an den Wurzeln von Pilzen dominiert. Das Verhältnis von pilzlichem zu bakteriellem Kohlenstoff an den Wurzeln der 15 Pflanzenarten lag im Mittel bei 2,6. Bei der Betrachtung verschiedener Böden zeigte sich, dass die mikrobielle Besiedlung in tieferen Bodenschichten signifikant niedriger ist als in den Oberböden. Dabei war der Pilzanteil an der mikrobiellen Biomasse im Unterboden deutlich erhöht. Der Vergleich der Oberböden untereinander ergab, dass sowohl der Bodentyp als auch die Bewirtschaftungsform einen signifikanten Einfluss auf mikrobielle Besiedlung ausüben. Durch die teilweise oder vollständige Entfernung der oberirdischen Biomasse wurde eine Veränderung der mikrobiellen Besiedlung an den Wurzeln beobachtet. Das Verhältnis von pilzlichem zu bakteriellem Kohlenstoff sank in dem Versuchszeitraum von 2,5 auf 1,4. Dabei war die Förderung der Pilze in der Variante mit teilweise entfernter oberirdischer Biomasse relativ größer als in der Variante mit vollständig entfernter oberirdischer Biomasse. Entgegen der weit verbreiteten Annahme, dass bei den wurzelbesiedelnden Mikroorganismen die Bakterien gegenüber den Pilzen dominieren, zeigten die Ergebnisse ein gegensätzliches Bild. In allen drei Versuchen ergab sich gleichermaßen, dass sowohl im Boden als auch an den Wurzeln die Pilze gegenüber den Bakterien dominieren.