回転コアを使用して一般的な菌根菌ネットワークを介した植物相互作用の研究
Summary
可能性のコミュニティ内でのほとんどの植物は、アーバスキュラー菌根菌 (AM) によって相互接続されてが、それらによって植物の相互作用の仲介は、主に成長する植物を対菌根なしが検討されています。植物の相互作用に与える影響を調査する菌根植物の間で共通の菌根菌ネットワークを操作する手法を提案します。
Abstract
植物ミネラル養分吸収と成長に影響を与えるアーバスキュラー菌根菌 (AM)、それ故に、彼らは植物の相互作用に影響を与える可能性があります。その影響力の栄養枯渇ゾーンを越えて広がる extraradical の菌糸体である最終的に一般的な菌根菌ネットワーク (CMN) 内の個人を相互接続するための根の近く。ただし、ほとんどの実験は、成長する植物を対菌根菌、CMNs の役割を明示的にアドレスに失敗したメソッドなしで植物相互作用における AM 菌の役割を検討しました。ここでは、植物相互作用におけるそれらの役割を調査するため CMNs を操作する手法を提案します。ナイロン メッシュや栄養素貧しい質砂・ 15N 肥料スロットの開口部をカバーする疎水性材料の円錐形底で変更されたコンテナーを用いる。CMNs はどちらか残っている容器の回転により切断や固体のバリアを形成できなく、相互作用の個人間そのまま。容器を回転 CMNs を混乱させるし、CMNs 全体植物相互作用への影響を防ぐために十分であることが示唆されました。我々 のアプローチは、自然、多様なメリットを提供する AM 菌のスイートの既に確立された CMNs 使いにタップの苗などの側面を模倣するために便利です。実験は幼苗期の植物を調査、植物相互作用 CMNs は CMNs の生態系における機能について生物学的質問を調査するために適用できる私たちのアプローチを使用してに検出できます。
Introduction
アーバスキュラー菌根菌 (AM) は、土地の植民地化で植物を支援 4 億 6000 万年前1と今日、彼らがほとんど植物2成長のための鉱物の重要な栄養素を提供することのユビキタスの共生。AM 菌の薄い、糸のような菌糸が根、頻繁に発生して、隣接する「一般的な菌根菌ネットワーク」の植物の根システムを植民地化に近い栄養枯渇ゾーンを超えてミネラル栄養素の飼料 (CMN)。一般的な菌根菌ネットワークも形成があります真菌胞子結合ネットワーク3、または融合時は菌糸と同種の菌糸4,5,6,7(吻合する)。土壌中のこれらの extraradical 菌糸の範囲は巨大、草原と牧草地土壌8とストレッチは妨げられていない草地9 111 m·cm-3合計土壌微生物バイオマスの 20 ~ 30% を構成する extraradical の菌糸で、.
一般的な菌根菌ネットワークは、相互接続された隣接植物10、11,12,13のミネラル栄養素をパーティション分割します。植物までを受け取ることがあります、リンの 80% と 25% で菌類に炭素を固定、合計の 20% までを提供しながら AM 菌から窒素条件の14を返します。最近体外ルート オルガン文化仕事 CMNs が菌類11,12ほとんどの炭素を供給するホストの根で養分を優先的に交換することを発見しました。さらに、AM 菌の種異なる場合があります彼らの品質の他のものより少ない炭素のより多くのリンを交換いくつかの菌類との共生パートナーとして15。アーチング撮影に影響を与えるに含まれないルート器官培養が注意深く管理された環境と菌糸の配線を直接観察する能力を出すために午前共生を研究するための有益なモデル、光合成、蒸散、日周変化など重要な生理学的なプロセス、同様に構成する炭素とミネラル栄養素は沈みます。
自然の中で最も可能性の高い苗を既に確立された CMNs にタップします。最近まで、ただし、科学者がのみ影響を検討した AM 菌の植物栄養成長する植物とアーバスキュラー菌根菌接種の単一種の頻繁になしで。この作品は、途方もなくアーブスキュラーの私達の理解に有益されている、このメソッドは CMNs が相互接続されたホスト植物間の相互作用であるかもしれない可能性のある重要な役割を見落とさが。特に、AM 菌の成長のために非常に依存している植物最小 AM 菌16,17、おそらく AM 菌を介する相互作用ベースラインの ‘コントロール’ として使うときの我々 の解釈を混同せずにやり取り参照。
植物相互作用および人口構造で CMNs の役割の調査のため回転コアのアプローチを提案する.我々 のアプローチは、全体の植物結合確立 CMNs とすべての植物は、菌根菌栽培されてため午前共生自然の中のコンポーネントを模倣します。ルート相互作用を削除すると、我々 の方法論は特に CMNs 内鉱物の栄養運動をトラッキングしながら AM 菌を介した相互作用について説明します。我々 のアプローチは、現実的に機能して午前を理解するフィールドや温室の回転コアを使用しています前の作業に基づいています。
回転コア メソッドは extraradical 菌糸18,19,20,21を操作するためのメソッドとして文献で確立している、それは上の目的に応じていくつかの生まれ変わりを持って過去 20 年間。最初に、メッシュ バッグや菌糸の成長を許可する障壁は土22,23に菌根菌菌糸の量を定量化するためのコンパートメントの無料のルートを提供するために使用されました。その後、硬質の水パイプやプラスチック スロット不可解ナイロン メッシュで覆われて菌糸がない根管で囲まれた土の円筒コアが開発されました。これらは、extraradical 菌糸体18,24,25を混乱させる簡単に回転でした。回転コアは植物の間に置かれた、土土18日工場無料コアから extraradical 菌糸体24、またはリン吸収13C フラックスのグラム当たり菌糸長さ定量化された18。そのような中心の別の使用された滅菌または殺菌剤、有機土壌への間接効果があるどちらのアプリケーションの代替として頻繁に菌糸の混乱を通じて AM 菌根の植民地化を減らすためにフィールド内で植物を育てる物質とその他の微生物の18。
菌糸メッシュ防策は、栄養パーティショニングを調査し、CMNs でが、長方形ではなく回転コアの相互作用を植物に使用されています。ワルダーら26 CMNs AM 菌Rhizophagus のいずれかの間での同位体比を用いた炭素交換のため養分をトレースしてアマ(亜麻) とソルガム(モロコシ) 間の相互作用を検討しました。irregularisまたはFunneliformis mosseae26。区切ってから構成される研究所コンパートメントの小宇宙メッシュ障壁、菌根菌の菌糸からだけアクセスできる菌糸コンパートメントおよび放射性・安定同位体比に含まれるラベルの菌糸コンパートメント。コントロールと菌根菌のない治療法を用いた。歌ら27では、同様のアプローチを使用して設立 CMNs F. mosseaeの間でのみ 1 つの植物が病原菌に感染していたときに、信号を運ぶことができるその植物を検索します。また、同様にワルダーら26、28で区切られた個々 のコンパートメントで植物を育てた Merrild らメッシュ大キュウリに CMNs によってリンクされているトマ(トマト) 苗のプラントのパフォーマンスを調査するにはダイコン(キュウリ) 植物豊富な炭素源を表す。彼らはまた CMNs28を切断ではなく菌根菌なしのトリートメントを使用しました。第二に、関連実験でリン交換用炭素を32p. 小宇宙菌糸メッシュ障壁とラベルの付いたメッシュの袋を使用して調べたし、治療薬として切断 CMN はヤーノシュら29、競争力を調査したによって使用されました。サバンナ ツリー種ユーカリ tetrodontaの苗と熱帯雨林の木、リツェアクベバ glutinosaの移植との間の相互作用。その研究・ ヤーノシュら29苗数センチ、お互い菌糸配線29を破るにメッシュのレイヤーをスライドを含む区画を持ち上げた。
回転コア法の進化の最終段階は、鍋か小宇宙20,30内にあるコアの中の植物を成長してきました。ウィース30は extraradical 午前菌糸がマツ elliottii苗ドナーまたは ‘看護’ 午前ホスト植物、タマリンド インディカ、外生菌根の方法 extraradical 菌糸体から広がっているときを植民地化かどうかを確認するために回転コアを使用菌苗のパフォーマンスに影響を与えます。マイクロコズム内の大きい商業鋼管苗コンテナー (材料表) いずれかの固体プラスチック (CMNs なし) だったスロットや疎水性の膜で覆われています。スロット苗コンテナーのいずれかのない回転 (そのまま CMNs) されたりサイズは Babikova ら20坑内ソラマメ間 CMNs 介したシグナル伝達機構を調査するため使用されていた別のメッシュ障壁確立された CMNs。 回転コアをサーバーに回転させるソラマメ(bean) の植物。彼らの研究で根と菌糸 (バリア) や CMNs を通じ、40 μ m メッシュだけで 30 cm 直径メソコスム中央ドナー工場だった相互接続されています。中央プラントがメッシュで囲まれたコアの回転を介して近隣の植物との相互作用から切断または CMNs は 0.5 μ m の細かいメッシュ中心部を囲むによって防がれました。
CMNs の安定同位体比のトレースと組み合わせて直接植物相互作用に及ぼす影響を検討する事前回転コアのアプローチの面を結合する方法を紹介します。私たちのメソッドは、関心の中央工場が近隣の植物によって囲まれています ‘ターゲット植物’ アプローチを使用します。植物スロットし、ナイロン シルク スクリーン メッシュ、疎水性の膜で覆われている回転式苗コンテナー内に育つか非変更された固体プラスチックもあります。一般的な菌根菌ネットワークの週に一度の切断や、そのまま、 15N 安定同位体は、中央にある対象工場に隣人の回転コアから窒素の動きをトレースします。ミネラル栄養および安定同位体の摂取量と植物体の大きさを比較すると、植物が利益または苦しむ CMNs 宿主植物間の相互作用で評価する.
Protocol
Representative Results
Discussion
回転コア手法が地下植物相互作用における CMNs の役割に集中できる大幅我々 の結果を確認します。プロトコル、ただしで変更された場合、CMN 効果を検出する能力に影響を与える可能性があるいくつかの重要な手順があります。栄養素貧しい中で間質部周囲の容器を埋めるために重要です。グアバの木の苗で失敗した、回転コアのターゲット植物実験で任意の数、隣人の存在下で成長を目指?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我々 は彼らの提案の 2 つの匿名のレビューを感謝したいです。また、人を維持する実験を収穫と支援人鍋的小宇宙の構築を手伝っていて、コンテナーをスロットと数多くの大学生を感謝いたします。スタートアップ資金 (JW) を現在の設備とアシュリー ヴォイツェホフスキー ノースセントラル ・ カレッジをありがとうございますまた北中央大学リヒター許可これらのメソッドを使用して実験のサポートを得るため。この作品の一部は国立科学財団博士論文改善の助成金 (デブ 1401677) によって賄われていた。
Materials
| Commercial tubular seedlings container (called 'containers' in the manuscript) | Stuewe and Sons, Inc | Ray Leach Cone-tainer ™ | RLC3U |
| Course glass beads | Industrial Supply, Inc. | 12/20 sieve | Size #1 |
| Course silica sand | Florida Silica Sand | 6/20 50lb bags | None |
| Fine glass beads | Black Beauty | Black Beauty FINE Crushed Glass Abrasive (50 lbs) | BB-Glass-Fine |
| Hydrophobic membrane | Gore-tex | None | None |
| Large commercial tubular seedling containers | Stuewe and Sons, Inc. | Deepot ™ | D16L |
| Medium silica sand | Florida Silica Sand | 30/65 50 lb bags | None |
| Nylon mesh | Tube Lite Company, Inc. | Silk screen | LE7-380-34d PW YEL 60/62 SEFAR LE PECAP POLYESTER |
| Soil and foliar nutrient analysis facility | Kansas State University Soil Testing Lab | None | None |
| Stable isotope core facility | University of Miami | None | None |
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