Epiparasitic plants specialized on arbuscular mycorrhizal fungi

Over 400 non-photosynthetic species from 10 families of vascular plants obtain their carbon from fungi and are thus defined as myco-heterotrophs. Many of these plants are epiparasitic on green plants from which they obtain carbon by 'cheating' shared mycorrhizal fungi. Epiparasitic plants examined to date depend on ectomycorrhizal fungi for carbon transfer and exhibit exceptional specificity for these fungi, but for most myco-heterotrophs neither the identity of the fungi nor the sources of their carbon are known. Because many myco-heterotrophs grow in forests dominated by plants associated with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF; phylum Glomeromycota), we proposed that epiparasitism would occur also between plants linked by AMF. On a global scale AMF form the most widespread mycorrhizae, thus the ability of plants to cheat this symbiosis would be highly significant. We analysed mycorrhizae from three populations of Arachnitis uniflora (Corsiaceae, Monocotyledonae), five Voyria species and one Voyriella species (Gentianaceae, Dicotyledonae), and neighbouring green plants. Here we show that non-photosynthetic plants associate with AMF and can display the characteristic specificity of epiparasites. This suggests that AMF mediate significant inter-plant carbon transfer in nature

Revealing natural relationships among arbuscular mycorrhizal fungi: culture line BEG47 represents Diversispora epigaea, not Glomus versiforme

Background: Understanding the mechanisms underlying biological phenomena, such as evolutionarily conservative trait inheritance, is predicated on knowledge of the natural relationships among organisms. However, despite their enormous ecological significance, many of the ubiquitous soil inhabiting and plant symbiotic arbuscular mycorrhizal fungi (AMF, phylum Glomeromycota) are incorrectly classified. Methodology/Principal Findings: Here, we focused on a frequently used model AMF registered as culture BEG47. This fungus is a descendent of the ex-type culture-lineage of Glomus epigaeum, which in 1983 was synonymised with Glomus versiforme. It has since then been used as ‘G. versiforme BEG47’. We show by morphological comparisons, based on type material, collected 1860–61, of G. versiforme and on type material and living ex-type cultures of G. epigaeum, that these two AMF species cannot be conspecific, and by molecular phylogenetics that BEG47 is a member of the genus Diversispora. Conclusions: This study highlights that experimental works published during the last >25 years on an AMF named ‘G. versiforme’ or ‘BEG47’ refer to D. epigaea, a species that is actually evolutionarily separated by hundreds of millions of years from all members of the genera in the Glomerales and thus from most other commonly used AMF ‘laboratory strains’. Detailed redescriptions substantiate the renaming of G. epigaeum (BEG47) as D. epigaea, positioning it systematically in the order Diversisporales, thus enabling an evolutionary understanding of genetical, physiological, and ecological traits, relative to those of other AMF. Diversispora epigaea is widely cultured as a laboratory strain of AMF, whereas G. versiforme appears not to have been cultured nor found in the field since its original description

Unique arbuscular mycorrhizal fungal communities uncovered in date palm plantations and surrounding desert habitats of Southern Arabia

The main objective of this study was to shed light on the previously unknown arbuscular mycorrhizal fungal (AMF) communities in Southern Arabia. We explored AMF communities in two date palm (Phoenix dactylifera) plantations and the natural vegetation of their surrounding arid habitats. The plantations were managed traditionally in an oasis and according to conventional guidelines at an experimental station. Based on spore morphotyping, the AMF communities under the date palms appeared to be quite diverse at both plantations and more similar to each other than to the communities under the ruderal plant, Polygala erioptera, growing at the experimental station on the dry strip between the palm trees, and to the communities uncovered under the native vegetation (Zygophyllum hamiense, Salvadora persica, Prosopis cineraria, inter-plant area) of adjacent undisturbed arid habitat. AMF spore abundance and species richness were higher under date palms than under the ruderal and native plants. Sampling in a remote sand dune area under Heliotropium kotschyi yielded only two AMF morphospecies and only after trap culturing. Overall, 25 AMF morphospecies were detected encompassing all study habitats. Eighteen belonged to the genus Glomus including four undescribed species. Glomus sinuosum, a species typically found in undisturbed habitats, was the most frequently occurring morphospecies under the date palms. Using molecular tools, it was also found as a phylogenetic taxon associated with date palm roots. These roots were associated with nine phylogenetic taxa, among them eight from Glomus group A, but the majority could not be assigned to known morphospecies or to environmental sequences in public databases. Some phylogenetic taxa seemed to be site specific. Despite the use of group-specific primers and efficient trapping systems with a bait plant consortium, surprisingly, two of the globally most frequently found species, Glomus intraradices and Glomus mosseae, were not detected neither as phylogenetic taxa in the date palm roots nor as spores under the date palms, the intermediate ruderal plant, or the surrounding natural vegetation. The results highlight the uniqueness of AMF communities inhabiting these diverse habitats exposed to the harsh climatic conditions of Southern Arabia

Phylogenie und Divergenz der arbuskulären Mykorrhizapilze und Geosiphon pyriformis

Es wurde schon früher vermutet, dass Geosiphon pyriformis, der Pilzpartner in der einzig bekannten Endosymbiose zwischen Pilz und Cyanobakterien, zur Ordnung Glomerales (Zygomycota) gehören könnte. Die Glomerales umfassten bisher ausschließlich arbuskuläre Mykorrhizapilze (AM-Pilze), allerdings fehlte neben dem Nachweis von Zygosporen, welche das Hauptmerkmal der Zygomycota bilden, auch der umfassende Nachweis des Merkmals „Arbuskelbildung in Pflanzenwurzeln“ für die Arten in dieser Ordnung. Wegen der Unsicherheiten in der morphologischen Zuordnung wurde versucht, die phylogenetische Struktur der Glomerales auf molekularer Ebene zu untersuchen, und nähere Informationen über die Verwandtschaft von Geosiphon pyriformis zu den AM-Pilzen zu erhalten. Zunächst wurde eine verlässliche Methode entwickelt, mit der das fast vollständige 18S rRNA-Gen aus Einzelsporen von AM-Pilzen analysiert werden konnte. Durch die Methode gelang es, das 18S rRNA-Gen von über 40% der bisher beschriebenen AM-Pilzarten zu charakterisieren. Mit den eigenen Daten und über 160 18S rDNA-Sequenzen der Pilzphyla Chitridiomycota, Zygomycota, Ascomycota und Basidiomycota aus Datenbanken wurde eine Datenmatrix angefertigt, um die phylogenetische Stellung der AM-Pilze und Geosiphon pyriformis innerhalb des Reiches Fungi zu untersuchen. Die Analysen zeigten, dass die AM-Pilze und Geosiphon pyriformis eine monophyletische Einheit bilden, die von allen anderen höheren Taxa abgetrennt werden kann. Aus diesem Ergebnis resultierte die formale Errichtung und Beschreibung eines neuen Pilzphylums, die Glomeromycota. Innerhalb des Phylums Glomeromycota wurden zusätzlich zu der bestehenden Ordnung Glomerales drei neue Ordnungen beschrieben. Es sind dies die Diversisporales, die Paraglomerales und die Archaeosporales, zu der auch Geosiphon pyriformis gehört. Neben der Stellung der AM-Pilze im Reich Fungi wurde auch die Familienstruktur innerhalb der Glomeromycota analysiert. Dabei zeigte sich, dass die Gattung Glomus nicht monophyletisch ist. Insgesamt bildet diese Gattung mindestens vier Gruppen, welche untereinander genetische Distanzen zeigen, die vergleichbar sind mit den Distanzen zwischen den gut abgesicherten Glomeromycota-Familien Acaulosporaceae und Gigasporaceae. Weiterhin wird Geosiphon pyriformis (Geosiphonaceae) in der 18S rDNA-Analyse eindeutig zu den Archaeosporaceae (Archaeosporales) gestellt. Aus den Daten ergibt sich die Forderung nach der Aufstellung neuer Familien innerhalb der Glomeromycota; eine formale Errichtung bedarf jedoch weiterer morphologischer und molekularer Daten. Nach der phylogenetischen Analyse wurde versucht, aus den charakterisierten Sequenzen molekulare Sonden spezifisch für die Archaeosporales und für Geosiphon abzuleiten. Mit Hilfe dieser Sonden sollte untersucht werden, ob Geosiphon auch mit Pflanzen eine AM-artige Symbiose eingehen kann. Es gelang, spezifische PCR-Primer abzuleiten, und diese an Pflanzenmaterial vom Geosiphon-Standort zu testen. Zwar wurden tatsächlich bei einigen Pflanzenproben Geosiphon-Sequenzen nachgewiesen, jedoch waren mit den benutzten Methoden bisher noch keine gesicherten Aussagen möglich, ob der Pilz tatsächlich innerhalb des Pflanzengewebes vorkommt. Es konnte nicht ausgeschlossen werden, dass außen an den Proben anhaftende Kontaminationen für den positiven Nachweis verantwortlich waren