Reduced arbuscular mycorrhizal colonization in tomato ethylene mutants

Abstract

Plant hormones are likely key regulators of arbuscular mycorrhizae (AM) development. However, their roles in AM are not well known. Here mutants in five hormone classes introgressed in a single tomato (Lycopersicon esculentum Mill. Syn Solanum lycopersicum L.) background (cv. Micro-Tom) were used to determine their effects on AM development and the expression of defenserelated genes (chitinases and β-1,3-glucanases) in roots. Under low P conditions, mutant epinastic (epi) and Never ripe (Nr), ethylene overproducer and low sensitivity, respectively, had the intraradical colonization by Glomus clarum highly inhibited, as compared to the control Micro-Tom (MT). No significant alterations in fungal colonization were observed in mutants affecting other hormone classes. Under low P conditions, the steady state levels of transcripts encoding a class I basic chitinase (chi9) were higher in mycorrhizal epi and Nr mutant roots as compared to MT controls. In contrast the steady state levels of a class III acidic β-1,3-glucanase (TomPR-Q'a) transcripts in mycorrhizal epi mutant roots were significantly lower than in mycorrhizal MT roots. Root colonization in epi mutants was accompanied by several alterations in fungal morphology, as compared to root colonization in MT controls. The data suggest that ethylene may play an important role in controlling intraradical arbuscular mycorrhizal fungal growth. Key words: Lycopersicon, Micro-Tom, defense-related genes, hormones, phosphate REDUZIDA FORMAÇÃO DE MICORRÍZAS ARBUSCULARES EM TOMATEIROS MUTANTES EM ETILENORESUMO: Os hormônios vegetais são possíveis reguladores chave do desenvolvimento de micorrizas arbusculares (MAS). Contudo, seus papéis em MA são pouco conhecidos. No presente estudo, foram utilizados mutantes em cinco classes hormonais introgredidos em uma única cultivar (cv. MicroTom) de tomateiro (Lycopersicon esculentum Mill. Syn Solanum lycopersicum L.) para determinar seus efeitos no desenvolvimento de MA e expressão de genes relacionados à defesa (quitinases e β-1,3-glucanases) em raízes. Sob condição de baixo P, os mutantes epinastic (epi) e Never ripe (Nr), os quais são super produtores e pouco sensíveis a etileno, respectivamente, tiveram a colonização intraradicular por Glomus clarum inibida quando comparada com o controle Micro-Tom (MT). Não se observou alterações significativas na colonização fúngica nos mutantes afetando outras classes hormonais. Sob condição de baixo P, o nível de transcritos codificando uma quitinase básica de classe I (chi9) foi mais elevado em raízes micorrizadas dos mutantes epi e Nr, quando comparado com o controle MT. Em contraste, o nível de transcritos de uma β-1,3-glucanase ácida da classe III (TomPR-Q'a) em raízes micorrizadas do mutante epi foi significativamente menor que em raízes micorrizadas de MT. A colonização de raízes no mutante epi foi acompanhada por várias alterações na morfologia fúngica, quando comparada com o controle MT. Os resultados sugerem que o etileno pode desempenhar um importante papel controlando o c...

Regulação do desenvolvimento de micorrizas arbusculares

“…A análise de mutantes de tomateiros superprodutor de ET (epinastic) e outro insensível ao ET (Never ripe), em uma mesma base genética (cv Micro-Tom), mostrou que eles apresentam menor taxa de colonização intrarradicular por G. clarum do que o genótipo não-mutante, principalmente em baixa concentração de P (Zsögön et al, 2008). Nessa condição, o nível de transcritos que codificam uma quitinase básica (chi9) é mais elevado nas raízes colonizadas do mutante epinastic e Never ripe do que do genótipo Micro-Tom, enquanto os níveis de transcritos de uma β-1,3-glucanase ácida classe III (TomPR-Q'a) é menor nas raízes colonizadas do mutante epinastic do que no genótipo Micro-Tom.…”

“…Esses dados parecem corroborar sugestões anteriores de que o ABA é necessário para tornar as plantas suscetíveis à formação da simbiose e ao desenvolvimento e funcionalidade do arbúsculo. Contudo, é importante considerar que mutantes de tomateiro deficientes em ABA possuem teores elevados de ET (Sharp et al, 2000), o que, por si só, já é suficiente para inibir a formação de MA (Zsögön et al, 2008). Uma indicação disso foi o fato do tiossulfato de prata (STS), um inibidor da ação do ET, ter aumentado a taxa e a eficiência de colonização do controle e do mutante sitiens (Herrera-Medina et al, 2007).…”

Base genética do hábito de crescimento e florescimento em tomateiro e sua importância na agricultura

“…Além disso, é considerada uma espécie modelo para pesquisas básicas em genética e fisiologia vegetal, dada a disponibilidade de mutantes afetando importantes moléculas regulatórias como hormônios (ZSÖGÖN et al, 2008;CAMPOS et al, 2009;GRATÃO et al, 2009;LIMA et al, 2009) e fatores de transcrição do tipo MADbox (MAO et al, 2000;VREBALOV et al, 2002) e homeobox (CHEN et al, 1997;KIMURA et al, 2008 (VREBALOV et al, 2002), usada para produzir tomates com longa duração após a colheita, ou as mutações jointless (MAO et al, 2000) e ovate (LIU et al, 2002), que facilitam a colheita mecanizada. A mutação jointless faz com que os frutos maduros fiquem fortemente retidos no pedicelo, evitando que os tomates caiam das plantas por conta do choque mecânico, causado pela máquina colhedora.…”

A Functional Approach towards Understanding the Role of the Mitochondrial Respiratory Chain in an Endomycorrhizal Symbiosis

“…To summarize, we can deduce that mycorrhizal behavior seems to be linked to the mitochondrial respiratory chain-partitioning environment, probably generated from both partners. As a remark, ethylene is another stress hormone that is able to induce AOX pathway (Simons et al, 1999; Wang et al, 2010; Xu F. et al, 2012), but usually impairs mycorrhizal colonization (using epinastic plant or exogenous application, Zsögön et al, 2008; Fracetto et al, 2013). This phenomenon could be partly explained by the action of cyanide (HCN) produced stoichiometrically (1:1) with ethylene, blocking therefore the COX pathway (Xu F. et al, 2012).…”