Molecular Mechanisms Governing Arbuscular Mycorrhiza Development and Function

Haage, Kristina; Parniske, Martin

doi:10.1002/9781118297674.ch43

Cited by 3 publications

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“…The biochemical and molecular mechanisms involved in the coordinated bidirectional nutrient exchange between AM symbionts have been recently reviewed, paying special attention to the characteristics, function and regulation of the transportome genes(Smith and Smith, 2011;Franken et al, 2012;Gianinazzi-Pearson et al, 2012;Harrison, 2012;Haage and Parniske, 2013;Bonfante and Desirò, 2015).…”

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confidence: 99%

Nutrient cycling in the mycorrhizosphere

Azcón‐Aguilar

Barea

2015

J. Soil Sci. Plant Nutr.

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Optimizing the turnover and recycling of nutrients, a fundamental issue for the sustainability and productivity of agro-ecosystems is depending on the functionality of a framework of plant-soil interactions where microbial populations are involved. Both mutualistic symbionts and saprophytic microorganisms living at the root-soil interfaces, the rhizosphere, or in the plant-associated soil, are recognized as essential drivers of nutrient cycling, availability and capture. Among the mutualistic symbionts, arbuscular mycorrhizal (AM) fungi are one of the most influential groups of soil biota because after establishing the AM symbiosis with most plant species they enhance plant nutrient uptake properties. Saprophytic microorganisms are recognized for their abilities to propel nitrogen (N) fixation and/or phosphorus (P) mobilization, two fundamental processes for sustain plant productivity. Mycorrhiza establishment changes the biological and physical-chemical properties of the rhizosphere, developing the socalled mycorrhizosphere. Particularly relevant is the mycorrhizosphere of legume plants since it also involves the symbiosis with N 2-fixing nodulating rhizobial bacteria. In this overview of mycorrhizosphere interactions related to nutrient cycling, after describing the protagonist microorganisms, the mechanisms responsible for nutrient acquisition by AM-plants are first analyzed. Then, the processes involved in mycorrhizosphere establishment and functions are described. Finally, the achievements derived from managing selected AM fungi and beneficial bacteria interactions (mycorrhizosphere tailoring) are discussed. The use of 15 N and 32 P to elucidate the contribution of the mycorrhizosphere components to plant nutrient acquisition is detailed.

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Nutrient cycling in the mycorrhizosphere

Azcón‐Aguilar

Barea

2015

J. Soil Sci. Plant Nutr.

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“…Estas señales de la planta inducen la producción de lipochitoligosacáridos específicos, NF para los rizobios, y Myc-LCOs para los hongos AM (Dénarié et al, 1996;Maillet et al, 2011). La percepción de estas moléculas por las células de la raíz conduce a una vía de señalización común denominada Common Symbiotic Signaling Pathway (Bapaume and Reinhardt, 2012;Singh and Parniske, 2012;Harrison, 2012;Haage and Parniske, 2013;Oldroyd, 2013). Varios componentes de estas vías de señalización son compartidos entre ambas simbiosis y se pueden clasificar según su función en las diferentes etapas del establecimiento de la interacción (Gutjahr and Parniske, 2013).…”

Section: Simbiosis Y Evoluciónunclassified

Identificación y caracterización de pequeños ARNs regulatorios en la interacción simbiótica entre <i>Phaseolus vulgaris</i> y <i>Rhizobium etli</i>

Castaingts¹

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Phaseolus vulgaris es una leguminosa de grano de amplio interés económico y social, la cual establece una interacción simbiótica con la bacteria Rhizobium etli que resulta en la formación de nódulos fijadores de nitrógeno. En esta interacción, las plantas de origen mesoamericano son noduladas preferencial y más eficientemente por cepas de rizobios que son predominantes en la misma región geográfica. Nuestro grupo de investigación ha identificado y caracterizado varios genes involucrados en esta asociación preferencial. En la presente Tesis doctoral nos planteamos como objetivo general identificar y caracterizar a nivel funcional aquellos pequeños ARNs (sARNs) que desempeñan una función en el establecimiento de esta simbiosis eficiente. Se construyeron y secuenciaron bibliotecas de sARNs de raíces inoculadas con cepas de rizobio de alta y baja eficiencia en la nodulación o con el medio de cultivo control utilizando la tecnología Illumina. Se obtuvieron en promedio 28 millones de lecturas por biblioteca, de las cuales aproximadamente el 90 % mapearon al genoma de P. vulgaris. A partir del análisis in silico, se identificaron microARNs (miARNs) conservados y nuevos que muestran cambios en su perfiles de acumulación en respuesta al rizobio. Se seleccionó un miARN conservado, el miR390b, el cual se acumula a mayores niveles en respuesta a la cepa más eficiente. En paralelo, se seleccionó y caracterizó funcionalmente un nuevo miARN diferencial, denominado miR5924, el cual es procesado a partir de la región no traducida del transcripto que codifica para Dicer-like 1 (DCL1). Los resultados obtenidos sugieren que este nuevo miARN cumple una función clave en el establecimiento de la simbiosis. Los resultados obtenidos han permitido avanzar y profundizar el conocimiento acerca de las bases moleculares de la nodulación eficiente. A su vez, los miARNs caracterizados proveen nuevos candidatos a ser utilizados en futuros programas de mejoramiento genético que contribuyan a mejorar la fijación biológica de nitrógeno y la productividad del cultivo de P. vulgaris.

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Cell and Developmental Biology of Arbuscular Mycorrhiza Symbiosis

Gutjahr¹,

Parniske²

2013

Annu. Rev. Cell Dev. Biol.

461

356

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The default mineral nutrient acquisition strategy of land plants is the symbiosis with arbuscular mycorrhiza (AM) fungi. Research into the cell and developmental biology of AM revealed fascinating insights into the plasticity of plant cell development and of interorganismic communication. It is driven by the prospect of increased exploitation of AM benefits for sustainable agriculture. The plant cell developmental program for intracellular accommodation of AM fungi is activated by a genetically defined signaling pathway involving calcium spiking in the nucleus as second messenger. Calcium spiking is triggered by chitooligosaccharides released by AM fungi that are probably perceived via LysM domain receptor kinases. Fungal infection and calcium spiking are spatiotemporally coordinated, and only cells committed to accommodating the fungus undergo high-frequency spiking. Delivery of mineral nutrients by AM fungi occurs at tree-shaped hyphal structures, the arbuscules, in plant cortical cells. Nutrients are taken up at a plant-derived periarbuscular membrane, which surrounds fungal hyphae and carries a specific transporter composition that is of direct importance for symbiotic efficiency. An elegant study has unveiled a new and unexpected mechanism for specific protein localization to the periarbuscular membrane, which relies on the timing of gene expression to synchronize protein biosynthesis with a redirection of secretion. The control of AM development by phytohormones is currently subject to active investigation and has led to the rediscovery of strigolactones. Nearly all tested phytohormones regulate AM development, and major insights into the mechanisms of this regulation are expected in the near future.

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Molecular Mechanisms Governing Arbuscular Mycorrhiza Development and Function

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Nutrient cycling in the mycorrhizosphere

Nutrient cycling in the mycorrhizosphere

Identificación y caracterización de pequeños ARNs regulatorios en la interacción simbiótica entre <i>Phaseolus vulgaris</i> y <i>Rhizobium etli</i>

Cell and Developmental Biology of Arbuscular Mycorrhiza Symbiosis

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