Rice displays large scale transcriptional variation when inoculated with genetically different isolates of Glomus intraradices

Abstract

Rice is a staple food for more than half of human population and to grow it, farmers largely depend in soil nutrients as phosphate. In the oncoming years, phosphate based fertilizers will be scarce and their price will dramatically increase. Mycorrhizal fungi are symbionts with plants that provide phosphate and other nutrients to plant roots. In return, plants supply them with carbohydrates. The intimate relationship between both partners in the symbiosis process requires fine tuned molecular machinery. Such machinery is coded by plant and fungal genes transcribed at specific stages in the interaction. Pioneering studies have described plant gene transcription when rice roots were colonized by one specific isolate Glomus intraradices. However, this approach has overlooked the importance of fungal genetic diversity in the symbiosis. Using affymetrix microarray technology, we explored gene transcription differences in twelve weeks old rice plants inoculated with two genetically different G. intraradices isolates. Whereas defense response genes as peroxidases and chitinases were commonly downregulated by both isolates, starch biosynthesis genes were commonly induced by both isolates. Jasmonic acid and citokinines biosynthesis where differentially regulated between isolates. Here we report not only transcriptional variation in these categories, but also variation in gene transcription for sets of plant genes previously reported as mycorrhiza specific. Even if the most important pathways to maintain the symbiosis are strongly conserved, quantitative variation appears to be the rule more than the exception.

Los hongos formadores de micorrizas arbusculares son organismos del suelo que proveen las raíces de las plantas con fosforo y a cambio, las plantas les brindan carbohidratos. Este fenómeno es actualmente reconocido como la simbiosis más antigua en la tierra. Una maquinaria molecular de alta precisión es requerida para garantizar la intima relación que se da entre las partes durante la simbiosis. Esta maquinaria, codificada en genes de la planta y del hongo, presenta diferentes patrones de transcripción a lo largo de la interacción. Varios estudios han mostrado variaciones en la transcripción génica de la planta durante la simbiosis. Sin embargo, esas aproximaciones no han tenido en cuenta la importancia de la variabilidad genética presente entre diferentes aislamientos del hongo. En este estudio se usaron microarreglos (affymetrix) para investigar las diferencias en transcripción génica de plantas de arroz al ser inoculadas con aislamientos genéticamente distintos de Glomus intraradices. Genes de resistencia, peroxidasas y quitinasas, hacen parte del grupo de genes con transcripción reprimida en plantas colonizadas por los dos aislamientos. Varios genes involucrados en la vía de síntesis de almidón fueron mayomente transcritos por los dos aislamientos. Sin embargo, categorías importantes como síntesis de acido jasmónico y producción de citoquininas fueron reguladas diferencialmente en las plantas colonizadas por cada uno de los aislamientos. En interacciones planta patógeno, la variación en la transcripción de tipo cuantitativa, más que cualitativa, es un patrón común cuando se comparan reacciones compatibles e incompatibles, este mismo comportamiento fue evidenciado en nuestros resultados. El arroz es parte de la dieta básica para más de la mitad de la población mundial, por lo tanto la variación cuantitativa en la transcripción y la sobreregulacion de genes relacionados con QTL de rendimiento tienen un gran impacto en ciencias biológicas y agronómicas. (Texto tomado de la fuente).