Overlapping expression patterns and differential transcript levels of phosphate transporter genes in arbuscular mycorrhizal, Pi-fertilised and phytohormone-treated Medicago truncatula roots

A microarray carrying 5,648 probes of Medicago truncatula root-expressed genes was screened in order to identify those that are specifically regulated by the arbuscular mycorrhizal (AM) fungus Gigaspora rosea, by Pi fertilisation or by the phytohormones abscisic acid and jasmonic acid. Amongst the identified genes, 21% showed a common induction and 31% a common repression between roots fertilised with Pi or inoculated with the AM fungus G. rosea, while there was no obvious overlap in the expression patterns between mycorrhizal and phytohormone-treated roots. Expression patterns were further studied by comparing the results with published data obtained from roots colonised by the AM fungi Glomus mosseae and Glomus intraradices, but only very few genes were identified as being commonly regulated by all three AM fungi. Analysis of Pi concentrations in plants colonised by either of the three AM fungi revealed that this could be due to the higher Pi levels in plants inoculated by G. rosea compared with the other two fungi, explaining that numerous genes are commonly regulated by the interaction with G. rosea and by phosphate. Differential gene expression in roots inoculated with the three AM fungi was further studied by expression analyses of six genes from the phosphate transporter gene family in M. truncatula. While MtPT4 was induced by all three fungi, the other five genes showed different degrees of repression mirroring the functional differences in phosphate nutrition by G. rosea, G. mosseae and G. intraradices

Analyse der Genregulation in Medicago truncatula und Pisum sativum während der Entwicklung arbuskulärer Mykorrhiza

Ein zentrales Merkmal der arbuskulären Mykorrhiza (AM), einer symbiontischen In-teraktion zwischen Pflanzenwurzeln und Bodenpilzen des Phylums Glomeromycota, ist die durch den Pilz verbesserte Versorgung der Pflanze mit Nährstoffen, vor allem mit Phosphat. Die Promoteraktivität des H+-ATPase Gens Mtha1 aus Medicago trun-catula wurde sowohl in arbuskelhaltigen Zellen der Wurzelrinde als auch in der Fixie-rungszone und dem Meristem von Wurzelknöllchen lokalisiert. Dies deutet darauf hin, dass der durch die ATPase gebildete Protonengradient, nicht nur in Mykorrhizen, sondern auch in Knöllchen am Nährstofftransfer beteiligt sein könnte. Zur erfolgreichen Etablierung der AM benötigen beide Symbionten einen ständigen Signalaustausch. Wachstums- und Entwicklungsprozesse steuernde Phytohormone, wie Abscisinsäure (ABA) und Indol-3-Buttersäure (IBA), könnten aufgrund eines Konzentrationsanstiegs in mykorrhizierten Wurzeln an der AM-Bildung beteiligt sein. Eine Veränderung der pflanzlichen Genexpression erfolgt demnach nicht nur direkt durch AM Pilze, sondern auch über sekundäre Effekte, wie variierende Phytohor-mon- und veränderte Phosphatkonzentrationen. Durch die Untersuchung von Transkriptionsprofilen wurden in Wurzeln von M. truncatula 568 Gene identifiziert, die durch die AM Pilze Glomus mosseae, Glomus intraradices oder Gigaspora rosea, aber nicht durch appliziertes ABA, IBA oder Phosphat reguliert werden. Geringe Ge-meinsamkeiten der pflanzlichen Transkriptionsprofile unterstrichen dabei die physio-logischen und morphologischen Unterschiede zwischen den Mykorrhizen, die durch verschiedene AM Pilze gebildet werden. Die Verwendung der suppressiven subtrak-tiven Hybridisierung in Kombination mit Makroarray-Analysen resultierte in der Identi-fizierung von 17 AM-regulierten Genen aus Pisum sativum, die alle bis auf eine Aus-nahme eine Arbuskel-assoziierte Expression zeigten, aber nicht durch Interaktionen mit dem Symbionten Rhizobium leguminosarum oder dem Wurzelpathogen Apha-nomyces euteiches induziert wurden. Bestätigung differentieller Genexpression er-folgte für neun Gene im Northern Blot oder über semiquantitative RT-PCR. Homolo-giesuche der Gensequenzen aus der Erbse in M. truncatula EST-Datenbanken resul-tierte in der Identifizierung einer Familie von Trypsin-Inhibitoren, von denen fünf Mit-glieder, durch Real-Time-PCR bestätigt, eine AM-spezifische Induktion zeigten. Demnach kann das Modell M. truncatula zur molekularen Analyse von wirtschaftlich bedeutenden Leguminosen wie die Erbse herangezogen werden

Analyse der Genregulation in Medicago truncatula und Pisum sativum während der Entwicklung arbuskulärer Mykorrhiza

Ein zentrales Merkmal der arbuskulären Mykorrhiza (AM), einer symbiontischen In-teraktion zwischen Pflanzenwurzeln und Bodenpilzen des Phylums Glomeromycota, ist die durch den Pilz verbesserte Versorgung der Pflanze mit Nährstoffen, vor allem mit Phosphat. Die Promoteraktivität des H+-ATPase Gens Mtha1 aus Medicago trun-catula wurde sowohl in arbuskelhaltigen Zellen der Wurzelrinde als auch in der Fixie-rungszone und dem Meristem von Wurzelknöllchen lokalisiert. Dies deutet darauf hin, dass der durch die ATPase gebildete Protonengradient, nicht nur in Mykorrhizen, sondern auch in Knöllchen am Nährstofftransfer beteiligt sein könnte. Zur erfolgreichen Etablierung der AM benötigen beide Symbionten einen ständigen Signalaustausch. Wachstums- und Entwicklungsprozesse steuernde Phytohormone, wie Abscisinsäure (ABA) und Indol-3-Buttersäure (IBA), könnten aufgrund eines Konzentrationsanstiegs in mykorrhizierten Wurzeln an der AM-Bildung beteiligt sein. Eine Veränderung der pflanzlichen Genexpression erfolgt demnach nicht nur direkt durch AM Pilze, sondern auch über sekundäre Effekte, wie variierende Phytohor-mon- und veränderte Phosphatkonzentrationen. Durch die Untersuchung von Transkriptionsprofilen wurden in Wurzeln von M. truncatula 568 Gene identifiziert, die durch die AM Pilze Glomus mosseae, Glomus intraradices oder Gigaspora rosea, aber nicht durch appliziertes ABA, IBA oder Phosphat reguliert werden. Geringe Ge-meinsamkeiten der pflanzlichen Transkriptionsprofile unterstrichen dabei die physio-logischen und morphologischen Unterschiede zwischen den Mykorrhizen, die durch verschiedene AM Pilze gebildet werden. Die Verwendung der suppressiven subtrak-tiven Hybridisierung in Kombination mit Makroarray-Analysen resultierte in der Identi-fizierung von 17 AM-regulierten Genen aus Pisum sativum, die alle bis auf eine Aus-nahme eine Arbuskel-assoziierte Expression zeigten, aber nicht durch Interaktionen mit dem Symbionten Rhizobium leguminosarum oder dem Wurzelpathogen Apha-nomyces euteiches induziert wurden. Bestätigung differentieller Genexpression er-folgte für neun Gene im Northern Blot oder über semiquantitative RT-PCR. Homolo-giesuche der Gensequenzen aus der Erbse in M. truncatula EST-Datenbanken resul-tierte in der Identifizierung einer Familie von Trypsin-Inhibitoren, von denen fünf Mit-glieder, durch Real-Time-PCR bestätigt, eine AM-spezifische Induktion zeigten. Demnach kann das Modell M. truncatula zur molekularen Analyse von wirtschaftlich bedeutenden Leguminosen wie die Erbse herangezogen werden

Pelagic molybdenum concentration anomalies and the impact of sediment resuspension on the molybdenum budget in two tidal systems of the North Sea

The seasonal dynamics of molybdenum (Mo) were studied in the water column of two tidal basins of the German Wadden Sea (Sylt-Rømø and Spiekeroog) between 2007 and 2011. In contrast to its conservative behaviour in the open ocean, both, losses of more than 50% of the usual concentration level of Mo in seawater and enrichments up to 20% were observed repeatedly in the water column of the study areas. During early summer, Mo removal by adsorption on algae-derived organic matter (e.g. after Phaeocystis blooms) is postulated to be a possible mechanism. Mo bound to organic aggregates is likely transferred to the surface sediment where microbial decomposition enriches Mo in the pore water. First δ98/95Mo data of the study area disclose residual Mo in the open water column being isotopically heavier than MOMo (Mean Ocean Molybdenum) during a negative Mo concentration anomaly, whereas suspended particulate matter shows distinctly lighter values. Based on field observations a Mo isotope enrichment factor of ε = −0.3‰ has been determined which was used to argue against sorption on metal oxide surfaces. It is suggested here that isotope fractionation is caused by biological activity and association to organic matter. Pelagic Mo concentration anomalies exceeding the theoretical salinity-based concentration level, on the other hand, cannot be explained by replenishment via North Sea waters alone and require a supply of excess Mo. Laboratory experiments with natural anoxic tidal flat sediments and modelled sediment displacement during storm events suggest fast and effective Mo release during the resuspension of anoxic sediments in oxic seawater as an important process for a recycling of sedimentary sulphide bound Mo into the water column

Identification of mycorrhiza-regulated genes with arbuscule development-related expression profile

Grunwald U, Nyamsuren O, Tarnasloukht M, et al. Identification of mycorrhiza-regulated genes with arbuscule development-related expression profile. PLANT MOLECULAR BIOLOGY. 2004;55(4):553-566.Suppressive subtractive hybridisation was applied to the analysis of late stage arbuscular mycorrhizal development in pea. 96 cDNA clones were amplified and 8 1, which carried fragments more than 200 nt in size, were sequence analysed. Among 67 unique fragments, 10 showed no homology and 10 were similar to sequences with unknown function. RNA accumulation of the corresponding 67 genes was analysed by hybridisation of macro-arrays. The cDNAs used as probes were derived from roots of wild type and late mutant pea genotypes, inoculated or not with the AM fungus Glomus mosseae. After calibration, a more than 2.5-fold mycorrhiza-induced RNA accumulation was detected in two independent experiments in the wild type for 25 genes, 22 of which seemed to be induced specifically during late stage AM development. Differential expression for 7 genes was confirmed by RT-PCR using RNA from mycorrhiza and from controls of a different pea cultivar. In order to confirm arbuscule-related expression, the Medicago truncatula EST data base was screened for homologous sequences with putative mycorrhiza-related expression and among a number of sequences with significant similarities, a family of trypsin inhibitor genes could be identified. Mycorrhiza-induced RNA accumulation was verified for five members by real-time PCR and arbuscule-related activation of the promoter could be shown in transgenic roots for one of the genes, MtTi1