MICRO 2019

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MICORRIZAS ARBUSCULARES Vanesa Silvani Lab. Microbiología del Suelo FCEN UBA

TIPOS DE MICORRIZA Existen 7 tipos de asociaciones micorrícicas:

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1. MICORRIZAS ARBUSCULARES 2. ECTOMICORRIZAS 3. ERICOIDES 4. ECTENDOMICORRIZAS 5. ARBUTOIDES 6. ORQUIDOIDES 7. MONOTROPOIDES

MONOTROPOIDES

TIPO

Definición

MICORRIZAS ERICOIDES

Enrollamientos hifales en epidemis de raíces muy finas

Hospedante

Ericaceae (Mayoría de los géneros)

Hongo

Mayoría Ascomycota

Gaultheria mucronata

Bruzone et al. 2015

Oidiodendron sp., Pezizella sp.

Suelos pobres ácidos

Peterson et al. 2004

TIPO

Definición

ECTENDOMICORRIZAS EM-Endomicorrizas. Manto, red de Hartig, colonización intra-radical.

Hospedante

Hongo

Gimnospermas Ascomycota Angiospermas Basidiomycota (Pinus, Larix, Picea)

Wilcoxina sp.

MICORRIZAS ARBUTOIDES

Múltiples hifas colonizan las células de Algunas laepidermis y forman una red de Hartig. Ericaceae

Basidiomycota

Mismos hongos que forman EM: función primordial no sólo en hospedante sino en otras asociaciones. Son repositorios de la diversidad ante un disturbio Pyrola asarifolia

Moneses uniflora

MONOTROPOIDES

Red hifal coloniza las células epidérmicas formando un manto Plantas mico- heterótrofas

Ericaceae: clado Monotropoideae

Basidiomycota

Plantas no fotonsintéticas, micoheterótrofas. Forman micorriza con hongos que están asociados a otros árboles o arbustos.

Monotropa uniflora-Russula sp.

ORQUIDOIDES

Enrollamientos hifales (pelotones) penetran dentro de las células.

Orchidaceae

Ascomycota Basidiomycota (Rhizoctonia sp.)

Las semillas no pueden germinar a menos que sean colonizadas con hongos compatibles, y le aporte a la semilla y plántulas nutrientes y C Fracchia et al. 2013

ECTOMICORRIZAS

Forman un manto hifal sobre raíces laterales y red de Hartig (sitio de intercambio de nutrientes), que coloniza intercelularmente las células de la raíz

Gimnospermas Angiosperma. Árboles y arbustos

Ascomycota Basidiomycota Zygomycota (Endogone)

Dunk et al. 2012

Pinus sp., Fagus sp. Quercus sp., Eucalyptus sp.

Becerra et al. 2005 Salgado Salomón et al. 2017

Alnus acuminata (Aliso montano, Betulaceae) Cortinarius sp. Gyrodon sp

TRUFAS: Tuber Tomentella patagonica sp.(Ascomycete) Quercus, Castaños, Nothofagus dombeyi (Coihue) Nothofagus pumilio (lenga)

Micorriza Arbuscular (MA) Asociación simbiótica mutualista que se establece entre las raíces de la mayoría de las plantas y ciertos hongos del suelo (Phylum Glomeromycota)

Micorriza del griego Myco (hongo) y rhiza (raíz) Arbuscular del latín Arbusculum (pequeño árbol) Arbúsculo: Estructura típica de las MA formada en las raíces Allí ocurre el intercambio de nutrientes entre los hospedantes

La planta le brinda hidratos de C (derivados de la fotosíntesis) al hongo para vivir y completar su ciclo de vida, Y a cambio, el hongo le proporciona nutrientes y agua, entre otros beneficios.

Esta asociación cuenta con una larga historia evolutiva: A través de registros fósiles y análisis filogenéticos, se cree que estos hongos ayudaron a las primeras plantas a colonizar el ambiente terrestre en la era Paleozoica.

Además, hay evidencia de mutualismo entre Hongos formadores de MA (HMA) y un miembro del clado más primitivo de las plantas terrestres (Marchantia palaceae)

Desde entonces han co-evolucionado juntos: Las micorrizas ayudaron a las plantas a prosperar en un ambiente hostil, y actualmente siguen desempeñando ese rol en ambientes sometidos a situaciones similares.

Micorriza Arbuscular  Amplia distribución geográfica (Bosques tropicales y templados, pastizales, desiertos, ambientes extremos, agroecosistemas).  Todos los tipos de vegetación. 80% de las especies vegetales (excepciones algunas especies de crucíferas, quenopodiáceas, cariofiláceas).  La planta es simbionte facultativo.  El hongo es simbionte obligado, depende de la planta para crecer y reproducirse. NO pueden ser cultivados en ausencia de una planta hospedante.

Beneficios de la simbiosis: 1. Mejora el estado nutricional de la planta a través de la adquisición de nutrientes, especialmente de P y N. 2. Mejora el estado hídrico 3. Promueve el crecimiento 4. Aumenta la tolerancia a estrés abiótico (hídrico, salino, metales pesados) y biótico (por patógenos) 5. Mejora la estructura del suelo (estabilidad y formación de los agregados)

Hongos micorrícicos arbusculares

 HMA es BIÓTROFO OBLIGADO, es decir, necesitan de una planta hospedante para completar su ciclo de vida.  ~250 morfoespecies y aprox. 1000 definidas por técnicas moleculares (Taxones virtuales)  Hifas cenocíticas (Tabiques sólo presentes en zonas antiguas del micelio y a menudo en la formación de esporas)  Reproducción asexual  Organismos multinucleados y multigenéticos.

Establecimiento de la simbiosis 1. Germinación de los propágulos del hongo. 2. Diálogo entre simbiontes. Crecimiento hifal hacia la raíz y contacto. 3. Formación del hifopodio 4. Entrada del hongo a la raíz. - Crecimiento intercelular - Formación del ARBÚSCULO 5. Crecimiento del hongo por fuera de la raíz en el suelo. Adaptado de Bonfante y Genre (2010)

Establecimiento de la simbiosis: Fase pre-simbiótica • Germinación de los propágulos en el suelo:

ESPORAS

RAÍCES COLONIZADAS MICELIO EXTRA-RADICAL

Fase pre-simbiótica

DIÁLOGO entre el hongo y la planta Compuestos volátiles y difusibles que estimulan el crecimiento y ramificación de las hifas - Típicos de la rizósfera: CO2 – flavonoides - Moléculas de señalización: Estrigolactonas

Factores Myc: moléculas difusibles, pequeñas. Quito-oligosacáridos y Lipo-quito-oligosacáridos

Hongo

(hormonas vegetales derivados de los carotenoides)

Planta

• Activación de los propágulos y contacto hifa-raíz:

En la planta, los factores Myc activan ruta de señalización mediada por Ca+2 (mismas rutas activadas por los factores Nod de los Rizobios) y genes específicos de la simbiosis. Las hifas se extienden y ramifican hacia la raíz para comenzar la colonización.

Establecimiento de la simbiosis: Fase pre-simbiótica • Entrada del HMA a la raíz: - Contacto con la raíz y formación del apresorio o hifopodio El ápice de la hifa sufre cambios morfológicos, se adhiere a la epidermis, y forma digitaciones para forzar su entrada a la raíz.

- Entrada a la raíz:

Parniske 2008

En respuesta a las señales enviadas por el hifopodio, la célula reacomoda su estructura y sus organelas para formar un túnel llamado: Aparato de PrePenetración (PPA), que guía al hongo hacia capas más profundas de la corteza radical.

Establecimiento de la simbiosis: Fase simbiótica

Gutjahr y Parniske (2013)

Formación del arbúsculo

Colonización y desarrollo del arbúsculo El desarrollo del arbúsculo consiste en 5 etapas diferentes:

Parniske 2008

El HMA coloniza intercelularmente a lo largo del tejido cortical de la raíz. Se forma el APP por donde va a ingresar la hifa a la célula. La hifa del hongo atraviesa el apoplasto. La hifa se ramifica repetidas veces y es rodeada por la membrana de la célula vegetal llamada membrana periarbuscular (MPA) A través del espacio periarbuscular (EPA) se intercambian nutrientes entre el hongo y la planta Luego de 4-5 días se genera un septo, y el arbúsculo se degrada.

Parniske 2008

Arbúsculo

Arbúsculos en diferentes estadíos de formación en células radicales de arroz (Luginbuehl y Oldroyd, 2017)

COLONIZACIÓN DE LA RAÍZ: Estructuras intraradicales

Hasta 1997 se pensó que dependía de la especie de HMA. Pero Arbúsculos

Enrollamientos hifales Enrollamientos arbusculados

COLONIZACIÓN DE LA RAÍZ: Estructuras intraradicales VESÍCULAS

ESPORAS INTRA-RADICALES

No todas las especies forman estas estructuras.

Fase extra-radical  Las HIFAS crecen por fuera de la raíz, generando una red de MICELIO que se extiende en el suelo más allá de la zona de agotamiento de nutrientes que se produce en la zona radical.

• A partir de las hifas del micelio extra-radical se originan las ESPORAS

• En algunas especies se producen CÉLULAS AUXILIARES

El micelio mejora la estructura de los suelos Formación y estabilidad de agregados: Las hifas participan en la formación de microagregados de suelo (2-20 mm) que a su vez forman agregados mayores (20-250 mm) gracias a la conexión hifal y a agentes cementantes muy persistentes  GLOMALINA GLOMALINA: Glicoproteínas muy estables, recalcitrantes, producidas por la pared de las hifas

Incrementa la materia orgánica del suelo y el estado hídrico. Disminuye la erosión del suelo.

Las micorrizas no están solas….

Ruta metabólica del P: Desde el suelo hacia una planta micorrizada

El micelio del HMA puede crecer más allá de la zona de agotamiento. Las hifas, de menor diámetro que las raíces, puedan explorar los microporos del suelo y captar el P más eficientemente que las raíces.

Intercambio de nutrientes en la simbiosis

Hidratos de C

Micronutrientes

A cambio, la planta le proporciona al hongo hidratos de carbono y lípidos necesarios para completar su ciclo de vida.

Parniske 2008

Mecanismos involucrados P-MA 1. CAPTACIÓN 2. TRANSPORTE

3. TRANSFERENCIA

Iones ortofosfatos inorgánicos

-

(H2PO4 ) Movilidad lenta. Generalmente adsorbido a superficies o precipitado. Fosfato de Fe y Al en suelos ácidos. Fosfatos de Ca y Mg en suelos calcáreos.

P orgánico soluble o insoluble en partículas del suelo y MO.

HMA NO PUEDE TOMAR P ORG. SÓLO Mineralizado.

¿Cómo se aislan los HMA? 1. Trabajo de campo: •

Recolección de muestras de suelo rizosférico con propágulos (esporas, micelio, raíces colonizadas)

•

Recolección de plantas hospedantes

2. Cultivo de plantas-trampa: •

Cultivo en invernadero de plantas hospedantes inoculadas con las muestras de suelo recolectadas

¿Cómo se cultivan los HMA? HMA incapaces de reproducirse en ausencia de un hospedante: biótrofos obligados Cultivo de plantas hospedante en condiciones de invernadero

Cultivo in vitro de hospedantes

Método clásico de aislamiento y cultivo

Método de cultivo de HMA en raíces transformadas

Medición de colonización micorrícica arbuscular (Método de intersección): Longitud de raíces colonizadas por los HMA

• (Número de raíces interceptadas colonizadas / número total de raíces interceptadas)*100

INVAM

• Taxonomía morfológica • Taxonomía molecular

DIVERSIDAD MORFOLÓGICA DE ESPORAS DE HMA

INVAM

Reserva Natural Laguna Brava, La Rioja Reservorio de cepas extremófilas

Antigua Mina Paramillos de Uspallata, Mendoza

Disminución de abundancia y diversidad de hongos y plantas. Presencia de determinados grupos funcionales. Sin embargo, aquellos que sobreviven están adaptados y toleran esas condiciones.

WDCM962

SI-62

SCCM 026 Salta, La Rioja, Córdoba, Buenos Aires, y Mendoza

Más de 33 cepas de Glomeraceae, 3 Gigaspora sp. , 1Scutellospora sp.

www.bgiv.com.ar

• https://www.cell.com/cms/10.1016/j.cub.201 9.04.061/attachment/2bb3ef20-c253-4c92b65a-7ff17e9d8921/mmc2.mp4 https://www.youtube.com/watch?v=kw3FYvWT-Po

MUCHAS GRACIAS