Studio delle interazioni pianta tutte le comuni reti Mycorrhizal utilizzando core ruotati

(AM) micorrizici arbuscolari assistita piante nella colonizzazione della terra 460 milioni anni fa¹ e oggi, sono simbionti onnipresente della maggior parte delle piante², fornendo loro le sostanze nutrienti minerali vitali per la crescita. Le ife sottili, filiformi di funghi AM foraggio per nutrienti minerali di là di zone di svuotamento nutriente vicino radici, spesso incontrando e colonizzando i sistemi della radice delle vicine piante in una “rete micorrizici comune” (CMN). Reti mycorrhizal comuni possono formare anche quando germlings fungine join stabilito reti³, o quando sto IFE fusibile (anastomotizzare) con ife conspecifici^4,5,6,7. La portata di queste ife extraradical nel terreno è enorme, con extraradical IFE che costituiscono il 20% al 30% della biomassa microbica del suolo totale nella prateria e terreni di pascolo⁸ e si estende per m·cm 111^-3 in pascolo indisturbato⁹ .

Reti mycorrhizal comuni partizione nutrienti minerali tra interconnessi vicine piante^10,11,12,13. Piante possono ricevere fino a 80% di loro fosforo e 25% del loro fabbisogno di azoto da funghi AM, fornendo al contempo fino al 20% del loro totale carbonio ai funghi in fisso ritorno¹⁴. Recente lavoro di cultura in vitro radice dell’organo ha trovato che CMNs preferenzialmente scambio di nutrienti minerali con radici di host che forniscono la maggior parte del carbonio ai funghi^11,12. Inoltre, diverse specie di funghi AM possono differire nella loro qualità come partner simbiotico, con alcuni funghi lo scambio più fosforo per meno carbonio rispetto ad altri¹⁵. Anche se colture d’organo radice sono utili modelli per lo studio la simbiosi AM perché presentano ambienti accuratamente controllati e la possibilità di osservare direttamente le interconnessioni ifale, essi non includono fotosintesi germogli che interessano importanti processi fisiologici come la fotosintesi, traspirazione e variazioni diurne, anche come costituenti carbonio e minerali nutrienti affonda.

In natura, piantine più probabile attingere CMNs già stabilita. Fino a poco tempo, tuttavia, gli scienziati hanno solo esaminato l’impatto dei funghi AM sulla nutrizione delle piante da coltivazione di piante con e senza funghi AM, spesso con una singola specie di fungo AM. Anche se questo lavoro è stato tremendamente informativo alla nostra comprensione di micorrize arbuscolari, questo metodo ha trascurato il ruolo potenzialmente cruciale che CMNs possono avere nelle interazioni tra piante ospiti interconnessi. In particolare, piante che dipendono fortemente dai funghi AM per crescita interagiscono minimamente senza AM funghi^16,17, possibilmente confondendo la nostra interpretazione delle interazioni di fungo-mediata AM quando utilizzato come ‘controlli’ per baseline riferimento.

Noi proponiamo un approccio ruotato-core per indagine sul ruolo di CMNs nelle interazioni pianta e strutturazione della popolazione. Il nostro approccio imita componenti della simbiosi AM in natura perché intere piante join stabilita che CMNs e tutte le piante sono coltivate con funghi AM. Rimuovendo le interazioni di radice, la nostra metodologia si concentra in particolare sulle interazioni mediate da funghi AM mentre si tracciano anche nutriente minerale movimento all’interno di CMNs. Il nostro approccio si basa sul precedente lavoro che ha utilizzato Core ruotati sia nel campo e in serra per capire AM funzionamento realisticamente.

Il metodo di base ruotato è stato stabilito nella letteratura come un metodo per manipolare le ife extraradical^18,19,20,21, e ha avuto diverse reincarnazioni a seconda del suo scopo sopra negli ultimi due decenni. Inizialmente, i sacchetti della maglia o barriere permettendo in crescita di ife sono state utilizzate per fornire privo di radice scomparti per quantificare l’importo di ife micorrizici arbuscolari nel suolo^22,23. Quindi, nuclei cilindrici di terreno racchiuso in tubi rigidi di acqua o di plastica della tubazione con slot coperto in una rete di nylon penetrabile da ife, ma non le radici, sono stati sviluppati. Questi potrebbe facilmente essere ruotati per interrompere Miceli extraradical^18,24,25. I nuclei ruotati sono stati collocati tra piante e suolo ifale lunghezze per grammo di terreno¹⁸, ¹³C flussi di Miceli extraradical²⁴, o l’assorbimento di fosforo dai nuclei di stabilimento-libera sono stati quantificati¹⁸. Un altro uso di tali nuclei era far crescere le piante all’interno di essi nel campo per ridurre la colonizzazione delle radici dai funghi AM attraverso frequenti interruzioni ifale come alternativa alla sterilizzazione o l’applicazione dei fungicidi, entrambi i quali hanno effetti indiretti sul suolo organico questione e altri microbi¹⁸.

L’approccio di barriera ifale maglia è stato utilizzato per indagare il partizionamento dei nutrienti e interazioni della pianta attraverso CMNs, ma in microcosmi rettangolari anziché con core ruotati. Walder et al.²⁶ studiato le interazioni tra usitatissimum di Linum (lino) e sorgo bicolore (sorgo) tracciando nutrienti minerali per lo scambio di carbonio utilizzando isotopi attraverso CMNs di uno dei funghi AM Rhizophagus irregularis o Funneliformis mosseae²⁶. I microcosmi nei propri scomparti di pianta studio comprendeva separati da mesh barriere, ifale scomparti accessibili solo ai hyphae micorrizici e con etichettate scompartimenti hyphal che conteneva gli isotopi radioattivi e stabili. Come controlli, lo studio utilizzato trattamenti senza funghi micorrizici. Canzone et al.²⁷ usato un approccio simile per trovare quella pianta segnali potrebbero essere trasportati solo tra CMNs stabilito di F. mosseae quando una pianta è stata infettata da un agente patogeno fungoso. Inoltre, analogamente a Walder et al.²⁶, Merrild et al.²⁸ è cresciuto piante in singoli compartimenti separati da maglia per indagare le prestazioni dell’impianto delle piantine di Solanum lycopersicum (pomodoro) collegati da CMNs a un grande Cucumis sativus pianta (cetriolo) che hanno rappresentato una fonte di carbonio abbondante. Utilizzavano anche trattamenti senza funghi micorrizici invece di troncare CMNs²⁸. In un esperimento in secondo luogo, correlato, carbonio per lo scambio di fosforo è stato esaminato usando sacchetti della maglia etichettati con ³²P. microcosmi con maglia ifale barriere e CMN severing come trattamento sono state usate da Janos et al²⁹, che ha studiato competitivo interazioni tra piantine delle specie arboree savana Eucalyptus tetrodonta e trapianti dell’albero della foresta pluviale, Litsea glutinosa. In quanto Studio, Janos et al.²⁹ sollevato scomparti contenenti piantine di pochi centimetri, scorrevole strati di maglia uno contro l’altro per rompere le interconnessioni ifale²⁹.

Il passaggio finale nell’evoluzione del metodo ruotato core è stato far crescere le piante all’interno di nuclei che sono all’interno di vasi o microcosmi^20,30. Wyss³⁰ utilizzato Core ruotati per accertare se il micelio AM extraradical potrebbe colonizzare semenzali di Pinus elliottii quando si diffondono da un donatore o pianta ospite ‘infermiere’ AM, Tamarindus indicae come extraradical micelio di ectomicorrizici funghi influenza le prestazioni del semenzale. Contenitori di grande commerciale semenzale tubolare (Tabella materiali) all’interno di microcosmi erano entrambi plastica solida (nessun CMNs) o fessurati e coperti con una membrana idrofobica. Con intaglio semenzale contenitori erano entrambi non ruotato (CMNs intatto) o ruotato per sever stabilito CMNs. ruotata nuclei con barriera di maglie di diverse dimensioni sono stati utilizzati da barretta et al.²⁰ per indagare necromassa segnalazione attraverso CMNs tra Vicia FABA piante (fagiolo). Nel loro studio, una pianta centrale donatore in 30 cm diametro mesocosmi fu collegata da radici e IFE (nessuna barriera) o solo da CMNs stabilito attraverso una maglia di 40 μm. Impianti centrali furono recisi da interazioni con le piante vicine attraverso la rotazione dei nuclei racchiuso in maglia o CMNs sono stati impediti da una maglia fine 0,5 μm che racchiude il nucleo.

Qui, presentiamo un metodo che combina aspetti dei precedenti approcci ruotato-core per esaminare l’influenza di CMNs sulle interazioni pianta diretto combinato con l’analisi degli isotopi stabili. Il nostro metodo utilizza un approccio «impianto di destinazione», in cui la pianta centrale di interesse è circondata da piante vicine. Le piante sono coltivate all’interno di contenitori di semenzale ruotabile che sono fessurati e coperti con maglia di nylon del silk-screen, membrana idrofobica, o sono di plastica solida non modificato. Reti mycorrhizal comuni sono reciso una volta a settimana o mantenute intatte, e isotopi stabili ¹⁵N traccia il movimento di azoto da nuclei ruotato dei vicini all’impianto di destinazione centrale. Confrontando le dimensioni dell’impianto con assorbimento dell’isotopo stabile e nutrienti minerali, valutiamo quali piante possono beneficiare o soffrono di CMNs nelle interazioni tra piante ospiti.