germinación y crecimiento hifal
La germinación de esporas puede tener lugar de tres maneras; a través de escudos de germinación, como en Acaulospora y Scutellospora, directamente a través de la pared de esporas en Gigaspora y algunas especies de Glomus, o a través del rebrote a través de la Unión hifal que es común en muchas otras especies de Glomus (Siqueira et al., 1985). El proceso no requiere raíces de plantas, aunque a veces aumenta la germinación porcentual en su presencia., La germinación en el suelo o en medios de agar produce pequeñas cantidades de micelio presimbiótico, del orden de 20-30 mm por espora. Hay indicios de que este micelio puede tener una ligera capacidad para utilizar azúcar y acetato exógenos (Bago et al., 1999a) y posiblemente para el crecimiento saprotrófico en el suelo (Hepper y Warner, 1983) pero, en ausencia de raíces o exudados radiculares, las hifas tienen tasas metabólicas muy lentas y todos los intentos de cultivo a largo plazo han fracasado (Azcón-Aguilar et al., 1999; Giovannetti, 2000; Bécard et al., 2004)., La presencia de una raíz o exudados de raíz estimula el crecimiento y la ramificación del micelio y aparentemente lo convierte en un estado «listo para la infección» (ver capítulo 3), pero el crecimiento continuo no ocurre y no se producen nuevas esporas a menos que ocurra la colonización exitosa de un sistema radicular; si la espora se separa, el crecimiento de las hifas cesa.
la mayoría de los estudios de germinación han utilizado agua o agar nutriente, modificado de diversas maneras, pero un enfoque alternativo y ecológicamente más relevante implica enterrar esporas en el suelo empacadas de tal manera que puedan ser recuperadas., La germinación errática puede estar relacionada con la dormancia porque, como demostró Tommerup (1983), las esporas de ‘Gigaspora’ (Scutellospora) calospora, Acaulospora laevis y dos especies de Glomus están dormidas cuando se forman por primera vez, pero después de superar los períodos de dormancia de almacenamiento. Las esporas se vuelven quiescentes y capaces de germinar rápida y sincrónicamente en condiciones adecuadas de humedad y temperatura., Esto concuerda con otras investigaciones que muestran que los períodos de almacenamiento en suelo seco o a baja temperatura aumentan el porcentaje de germinación, dependiendo de la especie (Sylvia y Schenck, 1983; Tommerup, 1984a; Gemma y Koske, 1988; Louis y Lim, 1988; Safir et al., 1990).
Hepper y Mosse (1975) y posteriormente Hepper y colaboradores (Hepper y Smith, 1976; Hepper, 1979, 1983a, 1983b, 1984a; Hepper y Jakobsen, 1983) llevaron a cabo una investigación extensa y sistemática de la germinación de una sola especie, Glomus caledonium. Estas y otras investigaciones (Schenck et al.,, 1975; Green et al., 1976; Daniels y Duff, 1978; Daniels y Trappe, 1980) permiten hacer algunas generalizaciones muy amplias (revisado por Azcón-Aguilar et al., 1999; Giovannetti, 2000). Las especies de hongos varían en el pH óptimo, el potencial mátrico del suelo y la temperatura para la máxima germinación y, aunque los efectos de altas concentraciones de P y otros nutrientes minerales son variables, los metales pesados (Zn, Mn y Cd), Los ácidos orgánicos y una gama de azúcares pueden ser inhibitorios. La alta salinidad reduce la germinación, probablemente a través de su efecto sobre el potencial hídrico (Juniper y Abbott, 1993, 2004)., Algunas investigaciones sugieren que la glucosa, los exudados de raíces o los extractos de especies hospederas estimulan la germinación (Graham, 1982; Gianinazzi-Pearson et al., 1989; Vilarino y Sainz, 1997; Bécard et al., 2004), mientras que otros informan de efectos negativos o ninguno (Schreiner y Koide, 1993a, 1993b, 1993c; Vierheilig y Ocampo, 1990a, 1990b).
La germinación es a veces, pero no invariablemente, aumentada en presencia de microorganismos o disminuida en suelo estéril (Azcón-Aguilar et al., 1986a, 1986b; Mayo et al., 1986; Azcón, 1987; Wilson et al.,, 1988; Daniels Hetrick y Wilson, 1989; Xavier y Germida, 2003). Se esperan interacciones complejas entre la actividad microbiana y la germinación de esporas y el crecimiento micelial y los posibles mecanismos incluyen la eliminación de toxinas o inhibidores de la germinación, la producción de compuestos estimulantes específicos y el mantenimiento de concentraciones elevadas de CO2, aunque los efectos en la germinación en sí pueden ser menores (Le Tacon et al., 1983).,
La germinación y crecimiento hifal a partir de esporas ha sido intensamente estudiada con el objetivo de determinar por qué es tan limitada en ausencia de colonización radicular, así como con la esperanza de producir micelio axénico para su uso como inóculo. El trabajo inicial se centró en identificar un metabolito esencial que podría carecer., Se obtuvo poca comprensión, aunque se encontró consistentemente que el aumento de la concentración de P en el medio reducía el crecimiento hifal, que los efectos estimulantes de la peptona podían atribuirse a los componentes de lisina, cisteína y glicina y que las sales K (en lugar de Na) de sulfito y metabisulfato eran más estimulantes que el sulfato o el tiosulfato., Varios inhibidores metabólicos como la actinomicina, la cicloheximida, el bromuro de etidio, etc., también fallaron en arrojar mucha luz, Excepto para indicar que no hay límites serios para la síntesis de ADN o proteínas durante la germinación de las esporas (Hepper, 1979, 1983a, 1983b, 1984a; Siqueira et al., 1982, 1985; Hepper y Jakobsen, 1983; Pons y Gianinazzi-Pearson, 1984). Sin embargo, la tasa metabólica de esporas y tubos germinales parece ser baja (Tamasloukht et al., 2003; Bécard et al., 2004)., Los lípidos almacenados se transforman en carbohidratos y se pueden absorber pequeñas cantidades de glucosa y acetato, pero la síntesis de lípidos no tiene lugar durante la germinación (Bago et al., 1999a).
el trabajo sobre los efectos de los exudados y volátiles de las plantas ha sido mucho más esclarecedor (Koske y Gemma, 1992). Ya en 1976, Powell (1976) notó un aumento de la ramificación de las hifas en el suelo a medida que crecían muy cerca de las raíces., En pruebas axénicas, exudados solubles o extractos de las raíces de las especies hospederas, así como de cultivos celulares, estimularon el crecimiento y la ramificación del micelio que crece a partir de esporas (Graham, 1982; Carr et al., 1985; Elias y Safir, 1987; Vierheilig et al., 1998a; Buee et al., 2000), mientras que los exudados de No huéspedes no tuvieron efecto (Gianinazzi-Pearson et al., 1989; Schreiner y Koide, 1993b; Buee et al., 2000). El alto suministro de P a las raíces de las que se recolectaron exudados tuvo efectos negativos en las respuestas hifales (Tawaraya et al.,, 1996), posiblemente relacionado con la acumulación reducida de compuestos estimulantes (Akiyama et al., 2002, 2005). De nuevo en el suelo, Giovannetti et al. (1993b) mostraron patrones complejos de ramificación hifal asociados con el crecimiento micelial a partir de esporas en raíces de varias especies hospederas (Fragaria, Helianthus, Oncimum, Lycopersicon y Triticum), pero no en las no hospederas Brassica, Dianthus, Eruca o Lupinus., Al mismo tiempo, se iniciaron varios estudios sobre los efectos de varios compuestos fenólicos producidos por raíces o semillas y conocidos por influir en el desarrollo simbiótico entre Rhizobium y Agrobacterium y sus huéspedes. En resumen, los flavonoides tienen efectos estimulantes consistentes en el crecimiento y la ramificación de los tubos germinales del Gi. margarita y algunas especies de Glomus (Gianinazzi-Pearson et al., 1989; Tsai y Phillips, 1991; Bécard et al., 1992; Buee et al., 2000) y también puede conducir a un aumento de la colonización de las raíces por los hongos (Nair et al., 1991; Siqueira et al., 1991; Akiyama et al., 2002)., Hubo algunas inconsistencias en los resultados de diferentes grupos usando compuestos relacionados, pero, en general, sugirieron que los flavonoides (a veces junto con CO2 elevado) podrían ser moléculas de señal clave involucradas en la estimulación del micelio presimbiótico y la formación de micorrizas y posiblemente del crecimiento direccional hacia las raíces (Vierheilig et al., 1998a). Esta visión ahora parece ser incorrecta porque, aunque los flavonoides tienen efectos estimulantes, no son esenciales para la formación de micorrizas., Bécard et al (1995) mostraron claramente que la colonización ocurrió en raíces de especies que no producían flavonoides y que los mutantes del maíz, deficientes en chalcona sintasa y por lo tanto incapaces de producir flavonoides, son colonizados normalmente. Parece más probable que otro componente lipofílico de los exudados radiculares, denominado factor de ramificación (FB) y recientemente identificado como sesquiterpeno, esté implicado en el aumento del crecimiento micelial, los cambios en la morfogénesis y los procesos que conducen a ellos (Buee et al., 2000; Tamasloukht et al., 2003; Akiyama et al., 2005; Besserer et al., 2006)., El compuesto es activo a concentraciones muy bajas y es probable que sea una molécula señal en lugar de un nutriente. En cualquier caso, el aumento de la ramificación y la anastomosis conduce a la formación de una red hifal presimbiótica ampliada e interconectada con mayor probabilidad de ponerse en contacto con una raíz de la planta para iniciar la colonización, así como de retener la integridad y la capacidad de transporte si se daña.
Las esporas de algunas especies parecen estar adaptadas para sobrevivir a situaciones en las que la germinación no es seguida inmediatamente por la colonización de raíces y el establecimiento de una relación simbiótica., La infectividad de las esporas de Acaulospora laevis y Glomus caledonium se mantuvo en el suelo húmedo durante al menos 4 semanas en ausencia de plantas adecuadas, pero disminuyó entre 4 y 10 semanas (Tommerup, 1984b). De manera similar, el inóculo basado en esporas de G. intraradices retuvo la infectividad por hasta 3 semanas en suelo húmedo a temperaturas de hasta 38°C (Haugen y Smith, 1992). La base es desconocida para estas especies, pero en G. caledonium se produce una detención programada del crecimiento de los tubos germinales si no hay especies de plantas disponibles para la colonización (Logi et al., 1998). Además, esporas de Gi., las giganteas son capaces de producir una serie de tubos germinales sucesivamente si se cortan los anteriores (Koske, 1981) y es probable que se produzca una división nuclear, reemplazando a los núcleos que migraron al micelio durante las etapas iniciales de crecimiento (Bécard y Pfeffer, 1993). Glomus epigaeus produce esporocarpos secundarios en almacenamiento a largo plazo sin ninguna colonización de raíces (Daniels y Menge, 1980).
En general, las esporas parecen estar bien adaptadas a sus roles como unidades capaces de iniciar la colonización en raíces., Son capaces de sobrevivir a largo plazo en el suelo, pero pueden germinar repetidamente en ausencia de raíces y mantener una baja actividad metabólica. En presencia de raíces y estimulados por exudados radiculares, ocurren cambios metabólicos que resultan en un aumento de la ramificación, extensión hifal y contacto radicular. La anastomosis hifal entre micelios presymbióticos estrechamente relacionados producirá micelios más grandes, lo que de nuevo conduce a un aumento de las posibilidades de que la unidad fúngica intercepte una raíz adecuada, iniciando la colonización y, por lo tanto, accediendo a un suministro continuo de azúcares.