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 defense-related genes (chitinases and b-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 b-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.

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. Micro-Tom) 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 b-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 intra-radicular 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 b-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 crescimento fúngico intra-radicular nas MAS.