Regulación del crecimiento de Arabidopsis thaliana por los compuestos orgánicos volátiles de Trichoderma atroviride en respuesta a la disponibilidad de azúcares

Abstract

Roots are major sink tissues and consume sugars during their development. The functions of roots are absorption of water and inorganic nutrients and anchoring to the soil, but also provides organic compounds to the plant microbiome, composed mainly of bacteria, fungi and protozoa. Free-living microbes like filamentous fungi of the genus Trichoderma can produce plant growth-promoting compounds, which have the capacity to increase biomass production and alter root architecture. In addition many Trichoderma strains are able to colonize and grow in association with plant roots. This implies a strongly demand in transport of photosynthates to sinks, although it is unknown whether interactions with these fungi increase photosynthesis, the transport of sugars among tissues, the transporters involved, and the possible exudation of these substances into the rhizosphere. Based on this information, the effects of volatiles of T. atroviride on Arabidopsis growth were tested. The results indicate that Trichoderma VOCs increase biomass production and the formation of lateral roots in medium with limited supply of sucrose, which correlates with a higher content of chlorophyll, the amount of sucrose and glucose available in both tissues and root exudation of sugars. The long-distance transport of assimilates from the photosynthetic leaves to the root apparently occurs through SUC2 and it was possible to identify the 6-pentyl-2H-pyran- 2-one (6-PP) as one of the volatile compounds responsible for the regulation of SUC2. Moreover, Trichoderma volatiles modify the expression levels of AtSWEET2, AtSWEET4, AtSWEET14, AtSWEET16 y AtSWEET17.

La raíz es un tejido consumidor de azúcares, los cuales son necesarios para el desarrollo de la misma. Su principal función es la captación de agua y nutrientes minerales, así como albergar gran parte del microbioma vegetal, compuesto por bacterias, hongos y protozoarios. El hongo simbionte Trichoderma emite compuestos orgánicos volátiles (COVs) que pueden alterar la arquitectura radicular de Arabidopsis y en algunos cultivos como maíz, incrementa la capacidad de ramificación y la acumulación de biomasa. Esto implica una relocalización de los fotosintatos hacia los sitios en demanda, aunque se desconocen los mecanismos por el cual dicha interacción modifica aspectos como fotosíntesis, transporte de azúcares a la raíz, transportadores involucrados o tipo de azúcares liberados hacia la rizósfera. Con base en lo anterior, en este trabajo se investigaron los efectos de los COVs de T. atroviride sobre los programas de crecimiento y desarrollo de Arabidopsis. Los resultados indicaron que los COVs de Trichoderma incrementan la producción de biomasa y la formación de raíces laterales en medio con suministro limitado de sacarosa, lo que correlaciona con un mayor contenido de clorofila, sacarosa y glucosa tanto en el follaje como en la raíz y en la exudación de azúcares. El transporte a larga distancia de asimilados de las hojas fotosintéticas a la raíz aparentemente se produce a través de SUC2 y fue posible identificar el 6-pentil-2H-piran-2-ona (6-PP) como uno de los compuestos volátiles responsables de la regulación de SUC2. Además, los volátiles de Trichoderma modifican los niveles de expresión de AtSWEET2, AtSWEET4, AtSWEET14, AtSWEET16 y AtSWEET17.