la Germinazione e la crescita ifale
la Germinazione di spore può avvenire in tre modi: attraverso la germinazione scudi, come in Acaulospora e Scutellospora, direttamente attraverso le spore parete in Gigaspora e alcuni Glomus specie, o in via di ricrescita attraverso ifale allegato, che è comune in molte altre Glomus specie (Siqueira et al., 1985). Il processo non richiede radici delle piante, anche se la germinazione per cento è talvolta aumentata in loro presenza., La germinazione in terreno o su terreni agar produce piccole quantità di micelio presimbiotico, dell’ordine di 20-30 mm per spora. Ci sono indicazioni che questo micelio può avere lievi capacità di utilizzare zucchero esogeno e acetato (Bago et al., 1999a) e forse per la crescita saprotrofica nel suolo (Hepper e Warner, 1983) ma, in assenza di radici o essudati radicali, leph hanno tassi metabolici molto lenti e tutti i tentativi di coltura a lungo termine sono falliti (Azcón-Aguilar et al., 1999; Giovannetti, 2000; Bécard et al., 2004)., La presenza di una radice o di essudati radicali stimola la crescita e la ramificazione del micelio e apparentemente lo converte in uno stato “pronto all’infezione” (vedi Capitolo 3), ma la crescita continua non si verifica e non vengono prodotte nuove spore a meno che non si verifichi una colonizzazione riuscita di un apparato radicale; se la spora si stacca, la crescita delleph cessa.
La maggior parte degli studi sulla germinazione ha utilizzato acqua o agar nutritivo, variamente modificato, ma un approccio alternativo ed ecologicamente più rilevante prevede l’interramento delle spore nel terreno confezionato in modo tale da poterle recuperare., La germinazione irregolare può essere correlata alla dormienza poiché, come dimostrato da Tommerup (1983), le spore di “Gigaspora” (Scutellospora) calospora, Acaulospora laevis e due specie di Glomus sono dormienti quando si formano per la prima volta, ma dopo periodi di conservazione la dormienza è superata. Le spore diventano quindi quiescenti e in grado di germogliare rapidamente e in modo abbastanza sincrono in condizioni appropriate di umidità e temperatura., Ciò concorda con altre indagini che dimostrano che i periodi di conservazione in terreno asciutto o a bassa temperatura aumentano la percentuale di germinazione, a seconda della specie (Sylvia e Schenck, 1983; Tommerup, 1984a; Gemma e Koske, 1988; Louis e Lim, 1988; Safir et al., 1990).
Hepper e Mosse (1975) e successivamente Hepper e collaboratori (Hepper e Smith, 1976; Hepper, 1979, 1983a, 1983b, 1984a; Hepper e Jakobsen, 1983) hanno condotto un’indagine estesa e sistematica sulla germinazione di una singola specie, Glomus caledonium. Queste e altre indagini (Schenck et al.,, 1975; Green et al., 1976; Daniels e Duff, 1978; Daniels e Trappe, 1980) permettono di fare alcune generalizzazioni molto ampie (recensite da Azcón-Aguilar et al., 1999; Giovannetti, 2000). Le specie di funghi variano nel pH ottimale, nel potenziale matriciale del suolo e nella temperatura per la massima germinazione e, sebbene gli effetti delle alte concentrazioni di P e di altri nutrienti minerali siano variabili, i metalli pesanti (Zn, Mn e Cd), gli acidi organici e una gamma di zuccheri possono essere inibitori. L’alta salinità riduce la germinazione, probabilmente attraverso il suo effetto sul potenziale idrico (Juniper and Abbott, 1993, 2004)., Alcune indagini suggeriscono che il glucosio, gli essudati di radice o gli estratti delle specie ospiti stimolano la germinazione (Graham, 1982; Gianinazzi-Pearson et al., 1989; Vilarino e Sainz, 1997; Bécard et al., 2004), mentre altri riportano effetti negativi o del tutto assenti (Schreiner e Koide, 1993a, 1993b, 1993c; Vierheilig e Ocampo, 1990a, 1990b).
La germinazione è talvolta, ma non invariabilmente, aumentata in presenza di microrganismi o diminuita in terreno sterile (Azcón-Aguilar et al., 1986a, 1986b; Mayo et al., 1986; Azcón, 1987; Wilson et al., Nel 1988, Daniels Hetrick e Wilson, 1989; Xavier e Germida, 2003). Sono attese interazioni complesse tra attività microbica e germinazione delle spore e crescita miceliale e i possibili meccanismi includono la rimozione di tossine o inibitori della germinazione, la produzione di specifici composti stimolanti e il mantenimento di elevate concentrazioni di CO2, sebbene gli effetti sulla germinazione stessa possano essere minori (Le Tacon et al., 1983).,
La germinazione e la crescita delleph da spore è stata intensamente studiata con l’obiettivo di determinare perché sia così limitata in assenza di colonizzazione delle radici, così come nella speranza di produrre micelio axenico per uso come inoculo. I primi lavori si sono concentrati sull’identificazione di un metabolita essenziale che potrebbe mancare., Poco si è capito, anche se è stato costantemente trovato che l’aumento della concentrazione di P nel mezzo ha ridotto la crescita ifale, che gli effetti stimolanti del peptone potrebbero essere ricondotti ai componenti lisina, cisteina e glicina e che i sali K (piuttosto che Na) di solfito e metabisolfato erano più stimolanti del solfato o del tiosolfato., Vari inibitori metabolici come actinomicina, cicloesimide, bromuro di etidio e così via, non sono riusciti a gettare molta luce, tranne per indicare che non ci sono limiti seri al DNA o alla sintesi proteica durante la germinazione delle spore (Hepper, 1979, 1983a, 1983b, 1984a; Siqueira et al., 1982, 1985; Hepper e Jakobsen, 1983; Pons e Gianinazzi-Pearson, 1984). Tuttavia, il tasso metabolico delle spore e dei tubi germinali sembra essere basso (Tamasloukht et al., 2003; Bécard et al., 2004)., Il lipido immagazzinato viene trasformato in carboidrati e piccole quantità di glucosio e acetato possono essere assorbite, ma la sintesi lipidica non avviene durante la germinazione (Bago et al., 1999a).
Il lavoro sugli effetti degli essudati e dei volatili delle piante è stato molto più illuminante (Koske e Gemma, 1992). Già nel 1976, Powell (1976) notò un aumento della ramificazione delleph nel terreno mentre crescevano molto vicino alle radici., Nei test axenici, essudati solubili o estratti dalle radici delle specie ospiti, nonché dalle colture cellulari, hanno stimolato la crescita e la ramificazione del micelio che cresce dalle spore (Graham, 1982; Carr et al., 1985; Elias e Safir, 1987; Vierheilig et al., 1998a; Buee et al., 2000), mentre gli essudati da non-host non hanno avuto alcun effetto (Gianinazzi-Pearson et al., 1989; Schreiner e Koide, 1993b; Buee et al., 2000). L’alta fornitura di P alle radici da cui sono stati raccolti gli essudati ha avuto effetti negativi sulle risposte ifali (Tawaraya et al.,, 1996), probabilmente correlato a un ridotto accumulo di composti stimolanti (Akiyama et al., 2002, 2005). Sempre nel suolo, Giovannetti et al. (1993b) ha mostrato complessi schemi di ramificazione ifale associati alla crescita miceliale da spore su radici di un certo numero di specie ospiti (Fragaria, Helianthus, Oncimum, Lycopersicon e Triticum), ma non sui non ospiti Brassica, Dianthus, Eruca o Lupinus., Allo stesso tempo, sono stati avviati numerosi studi sugli effetti di vari composti fenolici prodotti da radici o semi e noti per influenzare lo sviluppo simbiotico tra Rhizobium e Agrobacterium e i loro ospiti. In sintesi, i flavonoidi hanno effetti stimolanti coerenti sulla crescita e la ramificazione dei tubi germinali di Gi. margarita e alcune specie di Glomus (Gianinazzi-Pearson et al., 1989; Tsai e Phillips, 1991; Bécard et al., 1992; Buee et al., 2000) e può anche portare ad una maggiore colonizzazione delle radici da parte dei funghi (Nair et al., 1991; Siqueira et al., 1991; Akiyama et al., 2002)., Ci sono state alcune incongruenze nei risultati di diversi gruppi che utilizzano composti correlati, ma, nel complesso, hanno suggerito che i flavonoidi (a volte insieme a CO2 elevata) potrebbero essere molecole di segnale chiave coinvolte nella stimolazione del micelio presimbiotico e della formazione di micorriza e possibilmente della crescita direzionale verso le radici (Vierheilig et al., 1998a). Questa visione ora sembra essere errata perché, sebbene i flavonoidi abbiano effetti stimolanti, non sono essenziali per la formazione di micorrize., Bécard et al (1995) hanno mostrato chiaramente che la colonizzazione si è verificata nelle radici di specie che non hanno prodotto flavonoidi e che i mutanti del mais, carenti di calcone sintasi e quindi incapaci di produrre flavonoidi, sono colonizzati normalmente. Sembra più probabile che un altro componente lipofilo degli essudati radicali, chiamato fattore di ramificazione (BF) e recentemente identificato come sesquiterpene, sia implicato nella crescita miceliale migliorata, nei cambiamenti nella morfogenesi e nei processi che li portano (Buee et al., 2000; Tamasloukht et al., 2003; Akiyama et al., 2005; Besserer et al., 2006)., Il composto è attivo a concentrazioni molto basse ed è probabile che sia una molecola di segnale piuttosto che un nutriente. In ogni caso, l’aumento della ramificazione e dell’anastomosi porta alla formazione di una rete ipale presimbiotica allargata e interconnessa con maggiore probabilità di contattare una radice vegetale per avviare la colonizzazione, nonché di mantenere l’integrità e la capacità di trasporto se danneggiata.
Le spore di alcune specie sembrano essere adattate per sopravvivere a situazioni in cui la germinazione non è immediatamente seguita dalla colonizzazione delle radici e dall’instaurazione di una relazione simbiotica., L’infettività delle spore di Acaulospora laevis e Glomus caledonium è stata mantenuta in terreno umido per almeno 4 settimane in assenza di piante adatte, ma è diminuita tra 4 e 10 settimane (Tommerup, 1984b). Allo stesso modo, l’inoculo a base di spore di G. intraradices ha mantenuto l’infettività fino a 3 settimane in terreno umido a temperature fino a 38°C (Haugen e Smith, 1992). La base è sconosciuta per queste specie, ma in G. caledonium un arresto programmato della crescita dei tubi germinali si verifica se nessuna specie vegetale diventa disponibile per la colonizzazione (Logi et al., 1998). Inoltre, spore di Gi., gigantea sono in grado di produrre un certo numero di tubi germinali successivamente se i precedenti sono tagliati (Koske, 1981) ed è probabile che si verifichi una divisione nucleare, sostituendo i nuclei che migrarono al micelio durante le fasi iniziali della crescita (Bécard e Pfeffer, 1993). Glomus epigaeus produce sporocarpi secondari in conservazione a lungo termine senza alcuna colonizzazione interventistica delle radici (Daniels e Menge, 1980).
Nel complesso, le spore sembrano essere ben adattate al loro ruolo di unità in grado di avviare la colonizzazione nelle radici., Sono capaci di sopravvivenza a lungo termine nel suolo, ma possono germinare ripetutamente in assenza di radici e mantenere una bassa attività metabolica. In presenza di radici e stimolati da essudati radicali, si verificano cambiamenti metabolici che provocano un aumento della ramificazione, dell’estensione ifale e del contatto delle radici. L’anastomosi ifale tra miceli presimbiotici strettamente correlati produrrà miceli più grandi, portando nuovamente a maggiori possibilità che l’unità fungina intercetti una radice adatta, avviando la colonizzazione e quindi accedendo a una fornitura continua di zuccheri.