Cryopreservation of ectomycorrhizal fungi has minor effects on root colonization of Pinus sylvestris plantlets and their subsequent nutrient uptake capacity

Abstract

The use of ectomycorrhizal (ECM) fungi for afforestation, bioremediation, and timber production requires their maintenance over long periods under conditions that preserve their genetic, phenotypic, and physiological stability. Cryopreservation is nowadays considered as the most suitable method to maintain the phenotypic and genetic stability of a large number of filamentous fungi including the ECM fungi. Here, we compared the ability of eight ECM fungal isolates to colonize Pinus sylvestris roots and to transport inorganic phosphate (Pi) and NH4 (+) from the substrate to the plant after cryopreservation for 6 months at -130 °C or after storage at 4 °C. Overall, the mode of preservation had no significant effect on the colonization rates of P. sylvestris, the concentrations of ergosterol in the roots and substrate, and the uptake of Pi and NH4 (+). Comparing the isolates, differences were sometimes observed with one or the other method of preservation. Suillus bovinus exhibited a reduced ability to form mycorrhizas and to take up Pi following cryopreservation, while one Suillus luteus isolate exhibited a decreased ability to take up NH4 (+). Conversely, Hebeloma crustuliniforme, Laccaria bicolor, Paxillus involutus, and Pisolithus tinctorius exhibited a reduced ability to form mycorrhizas after storage at 4 °C, although this did not result in a reduced uptake of Pi and NH4 (+). Cryopreservation appeared as a reliable method to maintain important phenotypic characteristics (i.e., root colonization and nutrient acquisition) of most of the ECM fungal isolates studied. For 50 % of the ECM fungal isolates, the colonization rate was even higher with the cultures cryopreserved at -130 °C as compared to those stored at 4 °C.

Dynamics of Short-Term Phosphorus Uptake by Intact Mycorrhizal and Non-mycorrhizal Maize Plants Grown in a Circulatory Semi-Hydroponic Cultivation System

“…A circulatory semi-hydroponic cultivation system was set up to monitor the short-term depletion of Pi in the modified Hoagland solution. The Hoagland -P solution circulated via a peristaltic pump through the containers with PM or NM maize plantlets as described by Colpaert et al (1999) , Van Tichelen et al (1999) and Crahay et al (2013) for ECM fungi (see detailed description in Figures 1A,B ). From the Pi depletion in the circulating solution, P uptake rates were deduced for the PM and NM maize plantlets.…”

The paleosymbiosis hypothesis: host plants can be colonised by root symbionts that have been inactive for centuries to millenia

“…temperatures in the range of -130 o C) and refrigeration (e.g. ~ 4 o C) can effectively preserve the inoculum of some mycorrhizal fungi for years with no loss in viability (Crahay et al 2013a(Crahay et al , 2013b, though the limits of cryopreservation remain to be discovered. Additionally, storage of basidiomycete tissue cultures on Agar in cold water for 20 years was effective in preserving 27 out of 35 EMF isolates (Richter 2008).…”

Viabilidad y capacidad micorrizógena in vitro de cepas criogenizadas de hongos ectomicorrícicos

“…La preservación de cepas en nitrógeno líquido es un método adecuado para la conservación de organismos como hongos filamentosos y ectomicorrizógenos; sin embargo, existe poca información referente al impacto de la criogenización sobre características importantes como la colonización de la raíz o la capacidad de micorrización. La mayoría de los estudios relacionados con inoculación de cepas de HEcM se han enfocado en la supervivencia del hongo después de ser sometido a temperaturas ultra bajas y rara vez es tomada en cuenta la fase simbiótica del aislamiento (Corbery y Le Tacon, 1997;Kitamoto et al, 2002;Homolka et al, 2007;Crahay, Wevers, et al, 2013;Homolka, 2013). Ya que esta etapa del trabajo se enfocó en determinar si las cepas de HEcM criopreservadas perdían su capacidad de formar la relación simbiótica con el hospedero, la revisión de las raíces de las plántulas de Pinus montezumae con estructuras características de la asociación simbiótica de HEcM permitió determinar que las cepas de Boletus aff.…”

“…Ya que esta etapa del trabajo se enfocó en determinar si las cepas de HEcM criopreservadas perdían su capacidad de formar la relación simbiótica con el hospedero, la revisión de las raíces de las plántulas de Pinus montezumae con estructuras características de la asociación simbiótica de HEcM permitió determinar que las cepas de Boletus aff. edulis y Helvella sp., recuperadas del tratamiento de criogenización y de subcultivo continuo, no perdieron su capacidad de formar micorriza, por lo que los resultados obtenidos en este trabajo coinciden con lo encontrado por Crahay, Wevers, et al (2013). Además, la colonización de las raíces por micelio criogenizado no mostró ningún efecto negativo sobre el crecimiento y desarrollo de las plántulas.…”

“…Se sabe, sin embargo, que los HEcM pueden sobrevivir utilizando diferentes protocolos de congelación, a temperaturas ultrabajas en contenedores de nitrógeno (Obase et al, 2011;Crahay et al, 2017). Con los protocolos de congelación de los HEcM es importante considerar que, además de mantener la estabilidad de las características genéticas, fenotípicas y fisiológicas de las cepas, es vital no afectar su capacidad para formar asociaciones micorrícicas después de la congelación (Crahay, Wevers, et al, 2013). Por lo anterior, en el presente estudio se evaluó la capacidad de sobrevivencia de distintas cepas de HEcM sometidas a congelación y su posterior recuperación con la finalidad de determinar si el tratamiento de criogenización afectaba su capacidad para formar asociaciones simbióticas in vitro con plántulas de pinos.…”