Mycorrhizal association in gametophytes and sporophytes of the fern Pteris vittata (Pteridaceae) with Glomus intraradices

Ferns, which are usually colonizing different environments and their roots frequently present mycorrhization, have two adult stages in their life cycle, the sporophytic and the gametophytic phase. This paper describes the experimental mycorrhizal association between Pteris vittata leptosporangiate fern and a strain of Glomus intraradices during the life cycle of the fern, from spore germination to the development of a mature sporophyte. The aim of this study was to compare the colonization pattern of in vitro cultures of G. intraradices along the fern life cycle with those found in nature. For this, mature spores were obtained from fertile P. vittata fronds growing in walls of Buenos Aires city, Argentina. Roots were stained and observed under the light microscope for arbuscular mycorrhizal colonization. Approximately, 75 fern spores were cultured in each pot filled with a sterile substrate and G. intraradices (BAFC N° 51.331) as inoculum on the surface. After germination took place, samples were taken every 15 days until the fern cycle was completed. In order to determine colonization dynamics each sample was observed under optical and confocal microscope after staining. Gametophyte was classified as Adiantum type. Male and female gametangia were limited to the lower face, mycorrhizal colonization started when they were differentiated and took place through the rhizoids. Spores and vesicles were not found in this cycle stage. Paris-type mycorrhizal colonization was established in the midrib and in the embrionary foot. It was colonized by external mycelium. When the first root was developed soil inoculum colonized de novo this structure and Arum-type colonization was observed. This study proves that the type of colonization is determined by the structure of the host, not by the fungus. Both the gametophyte and embryo foot have determined growth and Paris-type colonization, while, sporophyte roots have undetermined growth and Arum-type colonization. The structures found in vitro cultures were highly similar to those found under natural conditions. Rev. Biol. Trop. 60 (2): 857-865. Epub 2012 June 01.

Los helechos presentan dos etapas en su ciclo de vida, una fase esporofítica y una gametofítica. Estos por lo general pueden colonizar diferentes ambientes y frecuentemente presentan raíces micorrizadas. Este estudio describe la asociación experimental entre Pteris vittata, un helecho leptosporangiado y una cepa de Glomus intraradices durante el ciclo de vida del helecho, desde la germinación de las esporas hasta el desarrollo del esporofito maduro. El objetivo de este estudio fue comparar los patrones de colonización de G. intraradices a lo largo de todo el ciclo de vida del helecho con los tipos encontrados en la naturaleza. Las esporas maduras fueron obtenidas de frondes fértiles de P. vittata que crecen sobre las paredes de la ciudad de Buenos Aires, Argentina. Las raíces se tiñeron y fueron observadas bajo microscopio óptico para el estudio de la colonización micorrízica. Aproximadamente 75 esporas de helecho se cultivaron en macetas con un sustrato estéril y con un inóculo de G. intraradices (N° 51.331 BAFC) en la superficie. Después de la germinación, se tomaron muestras cada 15 días hasta que se completó el ciclo de vida del helecho. Con el fin de determinar la dinámica de la colonización, cada muestra se observó con el microscopio óptico y el microscopio de confocal luego de la tinción correspondiente. El gametofito fue clasificado como del tipo “Adiantum”. Los gametangios femeninos y masculinos se desarrollaron en la cara inferior del mismo. La micorrización comenzó cuando los gametangios estaban ya diferenciados y la colonización se produjo a través de los rizoides. Las esporas y las vesículas no se encontraron en esta fase del ciclo. La micorrizacion tipo Paris se observó sobre la línea de la nervadura central. El pie del esporofito fue colonizado por el micelio externo. Cuando la raíz se desarrolló, se colonizó “de novo”, y se observó una colonización de tipo Arum. Este estudio demuestra que el tipo de colonización está determinado por la estructura del helecho y no por el hongo. Tanto el gametofito como el pie del embrión tienen crecimiento definido y colonización tipo Paris, mientras que las raíces del esporofito presentan un crecimiento indeterminado y una colonización tipo Arum. Las estructuras que se encontraron bajo cultivo coinciden con las que se encontraron en condiciones naturales.

In vitro synthesis of Frankia and mycorrhiza with Casuarina equisetifolia and ultrastructure of root system.

Casuarina equisetifolia is one of the ecologically and economically important tropical coastal trees nodulated by nitrogen-fixing actinomycete Frankia and forming symbiotic associations with both ecto- and endomycorrhizal fungi. The present study aims at the ultrastructural study of interactions between C. equisetifolia, Frankia, and mycorrhiza. C. equisetifolia seeds were sterilised and germinated under in vitro condition. The seedlings were transferred to conical flasks containing vermiculite and saw dust with Hoagland's solution. After 30 days, the inoculum of AM fungus--Glomusfasciculatum (A), ectomycorrhizal fungus-Pisolithus tinctorius (E) and actinorhizal Frankia (F) were inoculated individually and in various combinations, (A+E), (A+F), E+F) and (A+E+F). After 90 days, the experimental plant roots and nodules were harvested for assessment of growth characters of mycorrhizal and actinorhizal association by light and scanning electron microscope methods. C. equisetifolia roots were infected with arbuscles and vesicles of G. fasciculatum; P. tinctorius formed fungal sheath but no Hartig net. Large number of cortical cells were seen infected with Frankia, hyphae of Frankia were frequently seen penetrating from cell to cell directly through cell walls and Frankia occupied majority of the cell volume.

Mycorrhizal-like interaction between gametophytes and young sporophytes of the fern Dryopteris muenchii (Filicales) and its fungal endophyte

The morphology of a Glomus-like fungus-host interaction in chlorophyllous gametophytes and young apogamic sporophytes of Dryopteris muenchii A.R. Sm. was studied from ferns cultivated in laboratory, using soil as substrate. An aseptate fungus colonized the gametophytes’ tissue through the rhizoids, developing vesicles. The fungus penetrated the young sporophytes primary roots by developing appressoria. It spread forming inter- and intra-cellular hyphae through the epidermis and the outermost cortical cell layers, where it formed vesicles, hyphal coils-like and arbuscules. The fungus hyphae never colonized the gametophyte-sporophyte cellular junction. The fungal structures observed on D. muenchii during this study, are rather similar to those reported for the plant host-arbuscular mycorrhizal fungus (AMF) interaction, where the AMF described belonged to Phylum Glomeromycota. Therefore, this study is a contribution to the scarce knowledgement of the association between AMF and chlorophyllous gametophytes and young apogamic sporophytes of ferns. Rev. Biol. Trop. 56 (3): 1101-1107. Epub 2008 September 30.

Se describe la morfología de un hongo endófito afín al género Glomus, como colonizador de gametofitos clorofílicos y de esporofitos apogámicos jóvenes del helecho Dryopteris muenchii A.R. Sm.; el estudio se llevó a cabo con helechos cultivados en el laboratorio y utilizando tierra como substrato. El tejido del gametofito fue colonizado, a través de los rizoides, por un hongo miceliar aseptado, el cual formó vesículas. El hongo logró penetrar las raíces primarias de los esporofitos jóvenes desarrollando apresorios. El hongo se dispersó formando hifas inter- e intra-celulares a través de la epidermis y de la capa de células corticales más externas, donde produjo vesículas, estructuras similares a ovillos y arbúsculos. Las hifas del hongo nunca colonizaron las células de la unión entre el gametofito y el esporofito. Las estructuras observadas durante este estudio en D. muenchii, son muy similares a las de la interacción planta hospedera-hongo micorrícico arbuscular (HMA), en donde el HMA descrito corresponde al Phylum Glomeromycota. Por lo anterior, este estudio es una contribución al escaso conocimiento que se tiene sobre la asociación entre los HMA y gametofitos clorofílicos y esporofitos apogámicos de helechos jóvenes.