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.

Développement des marqueurs moléculaires spécifiques pour l'identification et la quantification de deux espèces de champignons mycorhiziens arbusculaires en utilisant la PCR en temps réel

Les champignons mycorhizien à arbuscules (CMA) sont des organismes pouvant établir des symbioses avec 80% des plantes terrestres. Les avantages d'une telle symbiose sont de plus en plus caractérisés et exploités en agriculture. Par contre, jusqu'à maintenant, il n'existe aucun outil permettant à la fois l'identification et la quantification de ces champignons dans le sol de façon fiable et rapide. Un tel outil permettrait, entre autres, de mieux comprendre les dynamiques des populations des endomycorhizes dans le sol. Pour les producteurs d'inoculum mycorhiziens, cela permettrait également d'établir un suivi de leurs produits en champs et d'avoir un contrôle de qualité de plus sur leurs inoculants. C'est ce que nous avons tenté de développer au sein du laboratoire du Dr. Hijri. Depuis environ une trentaine d'années, des outils d'identification et/ou de quantification ont été développés en utilisant les profiles d'acides gras, les isozymes, les anticorps et finalement l'ADN nucléaire. À ce jour, ces méthodes d’identification et de quantification sont soit coûteuses, soit imprécises. Qui plus est, aucune méthode ne permet à la fois la quantification et l’identification de souches particulières de CMA. L’ADN mitochondrial ne présente pas le même polymorphisme de séquence que celui qui rend l’ADN nucléaire impropre à la quantification. C'est pourquoi nous avons analysé les séquences d’ADN mitochondrial et sélectionné les régions caractéristiques de deux espèces de champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA). C’est à partir de ces régions que nous avons développé des marqueurs moléculaires sous forme de sondes et d’amorces TaqMan permettant de quantifier le nombre de mitochondries de chacune de ces espèces dans un échantillon d’ADN. Nous avons ensuite tenté de déterminer une unité de quantification des CMA, soit un nombre de mitochondries par spore. C’est alors que nous avons réalisé que la méthode de préparation des échantillons de spores ainsi que la méthode d’extraction d’ADN avaient des effets significatifs sur l’unité de quantification de base. Nous avons donc optimisé ces protocoles, avant d’en e tester l’application sur des échantillons de sol et de racines ayant été inoculés avec chacune des deux espèces cibles. À ce stade, cet outil est toujours semi-quantificatif, mais il permet 9 l’identification précise de deux espèces de CMA compétentes dans des milieux saturés en phosphore inorganique. Ces résultats , en plus d’être prometteurs, ont permis d’augmenter les connaissances méthodologiques reliées à la quantification des CMA dans le sol, et suggèrent qu’à cause de leurs morphologies différentes, l’élaboration d’un protocole de quantification standardisé pour toutes les espèces de CMA demeure un objectif complexe, qui demande de nouvelles études in vivo.

Significant genetic and phenotypic changes arising from clonal growth of a single spore of an arbuscular mycorrhizal fungus over multiple generations.

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are highly successful plant symbionts. They reproduce clonally producing multinucleate spores. It has been suggested that some AMF harbor genetically different nuclei. However, recent advances in sequencing the Glomus irregulare genome have indicated very low within-fungus polymorphism. We tested the null hypothesis that, with no genetic differences among nuclei, no significant genetic or phenotypic variation would occur among clonal single spore lines generated from one initial AMF spore. Furthermore, no additional variation would be expected in the following generations of single spore lines. Genetic diversity contained in one initial spore repeatedly gave rise to genetically different variants of the fungus with novel phenotypes. The genetic changes represented quantitative changes in allele frequencies, most probably as a result of changes in the frequency of genetic variation partitioned on different nuclei. The genetic and phenotypic variation is remarkable, given that it arose repeatedly from one clonal individual. Our results highlight the dynamic nature of AMF genetics. Even though within-fungus genetic variation is low, some is probably partitioned among nuclei and potentially causes changes in the phenotype. Our results are important for understanding AMF genetics, as well as for researchers and biotechnologists hoping to use AMF genetic diversity for the improvement of AMF inoculum.

Reproduction et échanges génétiques horizontaux chez les champignons mycorhiziens à arbuscules

3 vidéos sont dans des fichiers complémentaires à ce mémoire

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.

Molecular interactions of arbuscular mycorrhizal fungi with mycotoxin-producing fungi and their role in plant defense responses

Les trichothécènes de Fusarium appartiennent au groupe des sesquiterpènes qui sont des inhibiteurs la synthèse des protéines des eucaryotes. Les trichothécènes causent d’une part de sérieux problèmes de santé aux humains et aux animaux qui ont consommé des aliments infectés par le champignon et de l’autre part, elles sont des facteurs importants de la virulence chez plantes. Dans cette étude, nous avons isolé et caractérisé seize isolats de Fusarium de la pomme de terre infectée naturellement dans un champs. Les tests de pathogénicité ont été réalisés pour évaluer la virulence des isolats sur la pomme de terre ainsi que leur capacité à produire des trichothécènes. Nous avons choisi F. sambucinum souche T5 comme un modèle pour cette étude parce qu’il était le plus agressif sur la pomme de terre en serre en induisant un flétrissement rapide, un jaunissement suivi de la mort des plantes. Cette souche produit le 4,15-diacétoxyscirpénol (4,15-DAS) lorsqu’elle est cultivée en milieu liquide. Nous avons amplifié et caractérisé cinq gènes de biosynthèse trichothécènes (TRI5, TRI4, TRI3, TRI11, et TRI101) impliqués dans la production du 4,15-DAS. La comparaison des séquences avec les bases de données a montré 98% et 97% d'identité de séquence avec les gènes de la biosynthèse des trichothécènes chez F. sporotrichioides et Gibberella zeae, respectivement. Nous avons confrenté F. sambucinum avec le champignon mycorhizien à arbuscule Glomus irregulare en culture in vitro. Les racines de carotte et F. sambucinum seul, ont été utilisés comme témoins. Nous avons observé que la croissance de F. sambucinum a été significativement réduite avec la présence de G. irregulare par rapport aux témoins. Nous avons remarqué que l'inhibition de la croissance F. sambucinum a été associée avec des changements morphologiques, qui ont été observés lorsque les hyphes de G. irregulare ont atteint le mycélium de F. sambucinum. Ceci suggère que G. irregulare pourrait produire des composés qui inhibent la croissance de F. sambucinum. Nous avons étudié les patrons d’expression des gènes de biosynthèse de trichothécènes de F. sambucinum en présence ou non de G. irregulare, en utilisant le PCR en temps-réel. Nous avons observé que TRI5 et TRI6 étaient sur-exprimés, tandis que TRI4, TRI13 et TRI101 étaient en sous-exprimés en présence de G. irregulare. Des analyses par chromatographie en phase-gazeuse (GC-MS) montrent clairement que la présence de G. irregulare réduit significativement la production des trichothécènes par F. sambucinum. Le dosage du 4,15-DAS a été réduit à 39 μg/ml milieu GYEP par G. irregulare, comparativement à 144 μg/ml milieu GYEP quand F. sambucinum est cultivé sans G. irregulare. Nous avons testé la capacité de G. irregulare à induire la défense des plants de pomme de terre contre l'infection de F. sambucinum. Des essais en chambre de croissance montrent que G. irregulare réduit significativement l’incidence de la maladie causée par F. sambucinum. Nous avons aussi observé que G. irregulare augmente la biomasse des racines, des feuilles et des tubercules. En utilisant le PCR en temps-réel, nous avons étudié les niveaux d’expression des gènes impliqué dans la défense des plants de pommes de terre tels que : chitinase class II (ChtA3), 1,3-β-glucanase (Glub), peroxidase (CEVI16), osmotin-like protéin (OSM-8e) et pathogenèses-related protein (PR-1). Nous avons observé que G. irregulare a induit une sur-expression de tous ces gènes dans les racines après 72 heures de l'infection avec F. sambucinum. Nous avons également trové que la baisse provoquée par F. sambucinum des gènes Glub et CEVI16 dans les feuilles pourrait etre bloquée par le traitement AMF. Ceci montre que l’inoculation avec G. irregulare constitut un bio-inducteur systémique même dans les parties non infectées par F. sambucinum. En conclusion, cette étude apporte de nouvelles connaissances importantes sur les interactions entre les plants et les microbes, d’une part sur les effets directs des champignons mycorhiziens sur l’inhibition de la croissance et la diminution de la production des mycotoxines chez Fusarium et d’autre part, l’atténuation de la sévérité de la maladie dans des plantes par stimulation leur défense. Les données présentées ouvrent de nouvelles perspectives de bio-contrôle contre les pathogènes mycotoxinogènes des plantes.

The evolution of inter-genomic variation in arbuscular mycorrhizal fungi

Contexte: Les champignons mycorhiziens à arbuscules (AMF) établissent des relations symbiotiques avec la plupart des plantes grâce à leurs réseaux d’hyphes qui s’associent avec les racines de leurs hôtes. De précédentes études ont révélé des niveaux de variation génétique extrêmes pour des loci spécifiques permettant de supposer que les AMF peuvent contenir des milliers de noyaux génétiquement divergents dans un même cytoplasme. Si aucun processus de reproduction sexuée n’a jusqu’ici été observé chez ces mycorhizes, on constate cependant que des niveaux élevés de variation génétique peuvent être maintenus à la fois par l’échange de noyaux entre hyphes et par des processus fréquents de recombinaison entre noyaux. Les AMF se propagent par l’intermédiaire de spores qui contiennent chacune un échantillon d’une population initiale de noyaux hétérogènes, directement hérités du mycélium parent. À notre connaissance les AMF sont les seuls organismes qui ne passent jamais par un stade mononucléaire, ce qui permet aux noyaux de diverger génétiquement dans un même cytoplasme. Ces aspects singuliers de la biologie des AMF rendent l’estimation de leur diversité génétique problématique. Ceci constitue un défi majeur pour les écologistes sur le terrain mais également pour les biologistes moléculaires dans leur laboratoire. Au-delà même des problématiques de diversité spécifique, l’amplitude du polymorphisme entre noyaux mycorhiziens est mal connue. Le travail proposé dans ce manuscrit de thèse explore donc les différents aspects de l’architecture génomique singulière des AMF. Résultats L’ampleur du polymorphisme intra-isolat a été déjà observée pour la grande sous-unité d’ARN ribosomal de l’isolat Glomus irregulare DAOM-197198 (précédemment identifié comme G. intraradices) et pour le gène de la polymerase1-like (PLS) de Glomus etunicatum isolat NPI. Dans un premier temps, nous avons pu confirmer ces résultats et nous avons également pu constater que ces variations étaient transcrites. Nous avons ensuite pu mettre en évidence la présence d’un goulot d’étranglement génétique au moment de la sporulation pour le locus PLS chez l’espèce G. etunicatum illustrant les importants effets d’échantillonnage qui se produisaient entre chaque génération de spore. Enfin, nous avons estimé la différentiation génétique des AMF en utilisant à la fois les réseaux de gènes appliqués aux données de séquençage haut-débit ainsi que cinq nouveaux marqueurs génomiques en copie unique. Ces analyses révèlent que la différenciation génomique est présente de manière systématique dans deux espèces (G. irregulare et G. diaphanum). Conclusions Les résultats de cette thèse fournissent des preuves supplémentaires en faveur du scénario d’une différenciation génomique entre noyaux au sein du même isolat mycorhizien. Ainsi, au moins trois membres du genre Glomus, G. irregulare, G. diaphanum and G. etunicatum, apparaissent comme des organismes dont l’organisation des génomes ne peut pas être décrit d’après un modèle Mendélien strict, ce qui corrobore l’hypothèse que les noyaux mycorhiziens génétiquement différenciés forment un pangenome.

Surgical management of glomus jugulare tumors: a proposal for approach selection based on tumor relationships with the facial nerve Clinical article

Object. The goal of this paper is to analyze the extension and relationships of glomus jugulare tumor with the temporal bone and the results of its surgical treatment aiming at preservation of the facial nerve. Based on the tumor extension and its relationships with the facial nerve, new criteria to be used in the selection of different surgical approaches are proposed. Methods. Between December 1997 and December 2007, 34 patients (22 female and 12 male) with glomus jugulare tumors were treated. Their mean age was 48 years. The mean follow-up was 52.5 months. Clinical findings included hearing loss in 88%, swallowing disturbance in 50%, and facial nerve palsy in 41%. Magnetic resonance imaging demonstrated a mass in the jugular foramen in all cases, a mass in the middle ear in 97%, a cervical mass in 85%, and an intradural mass in 41%. The tumor was supplied by the external carotid artery in all cases, the internal carotid artery in 44%, and the vertebral artery in 32%. Preoperative embolization was performed in 15 cases. The approach was tailored to each patient, and 4 types of approaches were designed. The infralabyrinthine retrofacial approach (Type A) was used in 32.5%; infralabyrinthine pre- and retrofacial approach without occlusion of the external acoustic meatus (Type B) in 20.5%; infralabyrinthine pre- and retrofacial approach with occlusion of the external acoustic meatus (Type C) in 41 W. and the infralabyrinthine approach with transposition of the facial nerve and removal of the middle ear structures (Type D) in 6% of the patients. Results. Radical removal was achieved in 91% of the cases and partial removal in 9%. Among 20 patients without preoperative facial nerve dysfunction, the nerve was kept in anatomical position in 19 (95%), and facial nerve function was normal during the immediate postoperative period in 17 (85%). Six patients (17.6%) had a new lower cranial nerve deficit, but recovery of swallowing function was adequate in all cases. Voice disturbance remained in all 6 cases. Cerebrospinal fluid leakage occurred in 6 patients (17.6%), with no need for reoperation in any of them. One patient died in the postoperative period due to pulmonary complications. The global recovery, based on the Karnofsky Performance Scale (KPS), was 100% in 15% of the patients, 90% in 45%, 80% in 33%, and 70% in 6%. Conclusions. Radical removal of glomus jugulare tumor can be achieved without anterior transposition of the facial nerve. The extension of dissection, however, should be tailored to each case based on tumor blood supply, preoperative symptoms, and tumor extension. The operative field provided by the retrofacial infralabyrinthine approach, or the pre- and retrofacial approaches. with or without Closure of the external acoustic meatus, allows a wide exposure of the jugular foramen area. Global functional recovery based on the KPS is acceptable in 94% of the patients. (DOI: 10.3171/2008.10.JNS08612)

Efeito do alumínio e de Glomus leptotichum Shenck e Smith no desenvolvimento de cultivares de Leucaena leucocephala (Lam.) de Wit tolerante e intolerante ao alumínio

Com o objetivo de avaliar a interação micorrízica X Al tóxico no substrato efetuou-se um experimento fatorial 2x2x2, em casa de vegetação, no Departamento de Genética da ESALQ/USP, em Piracicaba. Foram empregadas duas cultivares de Leucaena leucocephala, uma Al - tolerante (Planta 49 - Estrada do Bongue) e outra Al-intolerante (NO749), cultivadas em areia lavada e esterilizada, com adição de solução nutritiva. A micorriza foi estabelecida com a inoculação de Glomus teptotichum Shenck e Smith no substrato, mantendo-se como testemunha a ausência do fungo. Dois níveis de Al foram avaliados, 0 e 9 ppm, adicionados à solução nutritiva. Aos 65 dias após o transplante das plântulas procedeu-se à colheita e foram determinados o peso da metária seca da parte aérea, altura de planta, porcentagem de colonização radicular, teor e quantidade acumulada de N, P, K, Ca, Mg e Al na parte aérea. Observou-se um acentuado efeito promotor da micorriza em Leucaena, o que geroulhe incrementos tanto no desenvolvimento da planta como na absorção de nutrientes. A cultivar intolerante ao Al tóxico mostrou-se mais dependente da micorriza e inclusive mais beneficiada,apresentando os maiores acréscimos na produção de matéria seca e acúmulo de nutrientes na parte aérea. Nas condições do experimento não houve acentuada diferença entre as doses de Al empregadas e, apesar do maior acúmulo do elemento em plantas micorrizadas, não foi observado interferência no desenvolvimento das cultivares.

Glomus intraradices induces changes in root system architecture of rice independently of common symbiosis signaling

? Arbuscular mycorrhizal fungi colonize the roots of most monocotyledons and dicotyledons despite their different root architecture and cell patterning. Among the cereal hosts of arbuscular mycorrhizal fungi, Oryza sativa (rice) possesses a peculiar root system composed of three different types of roots: crown roots; large lateral roots; and fine lateral roots. Characteristic is the constitutive formation of aerenchyma in crown roots and large lateral roots and the absence of cortex from fine lateral roots. Here, we assessed the distribution of colonization by Glomus intraradices within this root system and determined its effect on root system architecture. ? Large lateral roots are preferentially colonized, and fine lateral roots are immune to arbuscular mycorrhizal colonization. Fungal preference for large lateral roots also occurred in sym mutants that block colonization of the root beyond rhizodermal penetration. ? Initiation of large lateral roots is significantly induced by G. intraradices colonization and does not require a functional common symbiosis signaling pathway from which some components are known to be needed for symbiosis-mediated lateral root induction in Medicago truncatula. ? Our results suggest variation of symbiotic properties among the different rice root-types and induction of the preferred tissue by arbuscular mycorrhizal fungi. Furthermore, signaling for arbuscular mycorrhizal-elicited alterations of the root system differs between rice and M. truncatula.

Molecular characterization of chromosome termini of the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus intraradices (Glomeromycota).

The minimum chromosome number of Glomus intraradices was assessed through cloning and sequencing of the highly divergent telomere-associated sequences (TAS) and by pulsed field gel electrophoresis (PFGE). The telomere of G. intraradices, as in other filamentous fungi, consists of TTAGGG repeats, this was confirmed using Bal31 nuclease time course reactions. Telomere length was estimated to be roughly 0.9 kb by Southern blots on genomic DNA and a telomere probe. We have identified six classes of cloned chromosomal termini based on the TAS. An unusually high genetic variation was observed within two of the six TAS classes. To further assess the total number of chromosome termini, we used telomere fingerprinting. Surprisingly, all hybridization patterns showed smears, which demonstrate that TAS are remarkably variable in the G. intraradices genome. These analyses predict the presence of at least three chromosomes in G. intraradices while PFGE showed a pattern of four bands ranging from 1.2 to 1.5 Mb. Taken together, our results indicate that there are at least four chromosomes in G. intraradices but there are probably more. The information on TAS and telomeres in the G. intradicies will be essential for making a physical map of the G. intraradices genome and could provide molecular markers for future studies of genetic variation among nuclei in these multigenomic fungi.

The arbuscular mycorrhizal fungus Glomus intraradices is haploid and has a small genome size in the lower limit of eukaryotes.

The genome size, complexity, and ploidy of the arbuscular mycorrhizal fungus (AMF) Glomus intraradices was determined using flow cytometry, reassociation kinetics, and genomic reconstruction. Nuclei of G. intraradices from in vitro culture, were analyzed by flow cytometry. The estimated average length of DNA per nucleus was 14.07+/-3.52 Mb. Reassociation kinetics on G. intraradices DNA indicated a haploid genome size of approximately 16.54 Mb, comprising 88.36% single copy DNA, 1.59% repetitive DNA, and 10.05% fold-back DNA. To determine ploidy, the DNA content per nucleus measured by flow cytometry was compared with the genome estimate of reassociation kinetics. G. intraradices was found to have a DNA index (DNA per nucleus per haploid genome size) of approximately 0.9, indicating that it is haploid. Genomic DNA of G. intraradices was also analyzed by genomic reconstruction using four genes (Malate synthase, RecA, Rad32, and Hsp88). Because we used flow cytometry and reassociation kinetics to reveal the genome size of G. intraradices and show that it is haploid, then a similar value for genome size should be found when using genomic reconstruction as long as the genes studied are single copy. The average genome size estimate was 15.74+/-1.69 Mb indicating that these four genes are single copy per haploid genome and per nucleus of G. intraradices. Our results show that the genome size of G. intraradices is much smaller than estimates of other AMF and that the unusually high within-spore genetic variation that is seen in this fungus cannot be due to high ploidy.

Nonself vegetative fusion and genetic exchange in the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus intraradices.

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) form symbioses with the majority of plants and form extensive underground hyphal networks simultaneously connecting the roots of different plant species. No empirical evidence exists for either anastomosis between genetically different AMF or genetic exchange.Five isolates of one population of Glomus intraradices were used to study anastomosis between hyphae of germinating spores. We show that genetically distinct AMF, from the same field, anastomose, resulting in viable cytoplasmic connections through which genetic exchange could potentially occur.Pairs of genetically different isolates were then co-cultured in an in vitro system.Freshly produced spores were individually germinated to establish new cultures.Using several molecular tools, we show that genetic exchange occurred between genetically different AMF. Specific genetic markers from each parent were transmitted to the progeny. The progeny were viable, forming symbioses with plant roots. The phenotypes of some of the progeny were significantly different from either parent.Our results indicate that considerable promiscuity could occur in these fungi because nine out of 10 combinations of different isolates anastomosed. The ability to perform genetic crosses between AMF experimentally lays a foundation for understanding the genetics and evolutionary biology of these important plants symbionts.

Genetic diversity and host plant preferences revealed by simple sequence repeat and mitochondrial markers in a population of the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus intraradices.

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are important symbionts of plants that improve plant nutrient acquisition and promote plant diversity. Although within-species genetic differences among AMF have been shown to differentially affect plant growth, very little is actually known about the degree of genetic diversity in AMF populations. This is largely because of difficulties in isolation and cultivation of the fungi in a clean system allowing reliable genotyping to be performed. A population of the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus intraradices growing in an in vitro cultivation system was studied using newly developed simple sequence repeat (SSR), nuclear gene intron and mitochondrial ribosomal gene intron markers. The markers revealed a strong differentiation at the nuclear and mitochondrial level among isolates. Genotypes were nonrandomly distributed among four plots showing genetic subdivisions in the field. Meanwhile, identical genotypes were found in geographically distant locations. AMF genotypes showed significant preferences to different host plant species (Glycine max, Helianthus annuus and Allium porrum) used before the fungal in vitro culture establishment. Host plants in a field could provide a heterogeneous environment favouring certain genotypes. Such preferences may partly explain within-population patterns of genetic diversity.