Phosphorus deficiency in red clover promotes exudation of orobanchol, the signal for mycorrhizal symbionts and germination stimulant for root parasites

Resumo

As estrigolactonas sesquiterpênicas derivadas de plantas, que foram caracterizadas anteriormente como estimulantes de germinação para plantas parasitas de raízes, foram recentemente identificadas como fatores de ramificação que induzem a morfogênese de ramificação de hifas, uma etapa crítica no reconhecimento do hospedeiro por fungos micorrízicos arbusculares (FMA). Mostramos aqui que, em plantas de trevo vermelho (Trifolium pratense L.), que é conhecido como hospedeiro tanto de fungos FMA quanto da planta holoparasita de raiz Orobanche minor Sm., o fornecimento reduzido de fósforo (P), mas não de outros elementos examinados (N, K, Mg, Ca) no meio de cultura, promove significativamente a liberação de uma estrigolactona, o orobanchol, pelas raízes dessa planta. Nas plantas de trevo vermelho, o nível de exsudação de orobanchol parecia ser regulado pela disponibilidade de P e estava de acordo com a atividade de estimulação da germinação dos exsudatos da raiz. Isso implica que, sob deficiência de P, as raízes das plantas atraem não apenas fungos simbióticos, mas também plantas parasitas de raízes por meio da liberação de estrigolactonas. Este é o primeiro relatório que demonstra que a disponibilidade de nutrientes influencia as interações simbióticas e parasitárias na rizosfera.

Abstract

Plant derived sesquiterpene strigolactones, which have previously been characterized as germination stimulants for root parasitic plants, have recently been identified as the branching factors which induce hyphal branching morphogenesis, a critical step in host recognition by arbuscular mycorrhizal (AM) fungi. We show here that, in red clover plants (Trifolium pratense L.), which is known as a host for both AM fungi and the root holoparasitic plant Orobanche minor Sm., reduced supply of phosphorus (P) but not of other elements examined (N, K, Mg, Ca) in the culture medium significantly promotes the release of a strigolactone, orobanchol, by the roots of this plant. In red clover plants, the level of orobanchol exudation appeared to be regulated by P availability and was in good agreement with germination stimulation activity of the root exudates. This implies that under P deficiency, plant roots attract not only symbiotic fungi but also root parasitic plants through the release of strigolactones. This is the first report demonstrating that nutrient availability influences both symbiotic and parasitic interactions in the rhizosphere.