Adaptations of Endophyte-Infected Cool-Season Grasses to Environmental Stresses: Mechanisms of Drought and Mineral Stress Tolerance
Resumo
As gramíneas de estação fria infectadas com endófitos Neotyphodium spp. têm um impacto extraordinário sobre a ecologia e a economia de pastagens e gramados. Foi identificada uma série de adaptações de gramíneas infectadas por endófitos a estresses bióticos e abióticos, mas os mecanismos dessas adaptações não são claramente compreendidos. Nesta revisão, apresentamos o progresso recente da pesquisa sobre os mecanismos relacionados aos endófitos que afetam os aspectos abióticos (seca, mineral) e selecionados da tolerância ao estresse biótico em gramíneas de estação fria. Os endófitos induzem mecanismos de prevenção da seca (adaptações morfológicas), tolerância à seca (adaptações fisiológicas e bioquímicas) e recuperação da seca em gramíneas infectadas. A nutrição mineral (nitrogênio, fósforo, cálcio) afeta a produção de alcaloides da cravagem do centeio, portanto, a compreensão dos mecanismos envolvidos na economia mineral das gramíneas infectadas por endófitos ajudará a desenvolver práticas de manejo para reduzir a toxicidade da forragem para o gado. Pesquisas anteriores resolveram a função do endófito na economia de nitrogênio (N) da festuca alta. Identificamos dois mecanismos relacionados aos endófitos na festuca alta que operam em resposta à deficiência de fósforo (P). Os mecanismos são a morfologia alterada da raiz (diâmetros reduzidos e pêlos radiculares mais longos) e a modificação química da rizosfera resultante da exsudação de compostos do tipo fenólico. Foi demonstrado que esses mecanismos beneficiam as plantas infectadas por endófitos cultivadas sob deficiência de P. Também relatamos um mecanismo de sequestro de alumínio (Al) nas superfícies das raízes da festuca alta infectada por endófitos, que parece estar relacionado à exsudação de compostos semelhantes a fenólicos com atividade quelante de Al. A compreensão dos mecanismos de tolerância ao estresse abiótico em gramíneas infectadas por endófitos é essencial para o aprimoramento contínuo e a persistência das gramíneas para uma série de aplicações, por exemplo, forragem para áreas semiáridas ou plantas de cobertura para renovação do solo.
Abstract
Cool-season grasses infected with Neotyphodium spp. endophytes have an extraordinary impact on the ecology and economy of pasture and turf. A range of adaptations of endophyte-infected grasses to biotic and abiotic stresses has been identified but mechanisms of these adaptations are not clearly understood. In this review, we present recent research progress on endophyte-related mechanisms affecting abiotic (drought, mineral) and selected aspects of biotic stress tolerance in cool-season grasses. Endophytes induce mechanisms of drought avoidance (morphological adaptations), drought tolerance (physiological and biochemical adaptations), and drought recovery in infected grasses. Mineral nutrition (nitrogen, phosphorus, calcium) affects production of ergot alkaloids, thus understanding mechanisms involved in mineral economy of endophyte-infected grasses will help in developing management practices to reduce forage toxicity to livestock. Previous research resolved the role of endophyte in nitrogen (N) economy of tall fescue. We identified two endophyte-related mechanisms in tall fescue operating in response to phosphorus (P) deficiency. The mechanisms are altered root morphology (reduced root diameters and longer root hairs) and chemical modification of the rhizosphere resulting from exudation of phenolic-like compounds. These mechanisms were shown to benefit endophyte-infected plants grown under P deficiency. We also report a mechanism of aluminum (Al) sequestration on root surfaces in endophyte-infected tall fescue, which appears to be related to exudation of phenolic-like compounds with Al-chelating activity. Understanding mechanisms of abiotic stress tolerance in endophyte-infected grasses is essential for continued improvement and persistence of grasses for a range of applications, e.g., forage for semi-arid areas or cover plants for soil renovation.
D. P. Malinowski
D. P. Belesky
2000 - Crop Science
