Phosphorus acquisition efficiency in arbuscular mycorrhizal maize is correlated with the abundance of root-external hyphae and the accumulation of transcripts encoding PHT1 phosphate transporters

Resumo

As interações das plantas com fungos micorrízicos arbusculares há muito tempo despertam interesse por seu potencial de promover o uso mais eficiente dos recursos minerais na agricultura. Seu uso, no entanto, permanece limitado pela falta de compreensão dos processos que determinam o resultado da simbiose. Neste estudo, foi investigado o impacto do genótipo do hospedeiro na resposta de crescimento à inoculação micorrízica em um painel de diversas linhas de milho. Um painel de 30 linhagens de milho foi avaliado com e sem inoculação com fungos micorrízicos arbusculares. A linhagem Oh43 foi identificada como apresentando uma resposta superior e, juntamente com outras cinco linhagens de referência, foi caracterizada com mais detalhes em um sistema de compartimento dividido, usando 33P para quantificar a absorção de fósforo micorrízico. As alterações no crescimento relativo indicaram variação na capacidade do hospedeiro de lucrar com a simbiose. O conteúdo de fosfato do broto, a abundância de estruturas fúngicas internas e externas da raiz, a absorção de fósforo micorrízico e o acúmulo de transcrições que codificam os transportadores de fosfato da família PHT1 da planta variaram entre as linhas. A resposta superior em Oh43 está relacionada ao desenvolvimento extensivo de hifas externas à raiz, ao acúmulo de transcritos específicos de Pht1 e à alta absorção de fósforo pelas plantas micorrízicas. Os dados indicam que os fatores genéticos do hospedeiro influenciam a estratégia de crescimento do fungo com impacto no desempenho da planta.

Abstract

Plant interactions with arbuscular mycorrhizal fungi have long attracted interest for their potential to promote more efficient use of mineral resources in agriculture. Their use, however, remains limited by a lack of understanding of the processes that determine the outcome of the symbiosis. In this study, the impact of host genotype on growth response to mycorrhizal inoculation was investigated in a panel of diverse maize lines. A panel of 30 maize lines was evaluated with and without inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi. The line Oh43 was identified to show superior response and, along with five other reference lines, was characterized in greater detail in a split-compartment system, using ³³P to quantify mycorrhizal phosphorus uptake. Changes in relative growth indicated variation in host capacity to profit from the symbiosis. Shoot phosphate content, abundance of root-internal and -external fungal structures, mycorrhizal phosphorus uptake, and accumulation of transcripts encoding plant PHT1 family phosphate transporters varied among lines. Superior response in Oh43 is correlated with extensive development of root-external hyphae, accumulation of specific Pht1 transcripts and high phosphorus uptake by mycorrhizal plants. The data indicate that host genetic factors influence fungal growth strategy with an impact on plant performance.