Published February 28, 2020
| Version v1
Publication
Open
Fungal Endophytes Exert Positive Effects on Colobanthus quitensis Under Water Stress but Neutral Under a Projected Climate Change Scenario in Antarctica
Creators
- 1. University of Talca
- 2. Universidad Santo Tomás
- 3. University of Buenos Aires
- 4. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 5. Agricultural Plant Physiology and Ecology Research Institute
- 6. Catholic University of the Maule
- 7. Universidad Católica del Norte
Description
Functional symbiosis is considered one of the successful mechanisms by which plants that inhabit extreme environment improve their ability to tolerate different types of stress. One of the most conspicuous type of symbiosis is the endophyticism. This interaction has been noted to play a role in the adaptation of the native vascular plant Colobanthus quitensis to the stressful environments of Antarctica, characterized by low temperatures and extreme aridity. Projections of climate change for this ecosystem indicate that abiotic conditions will be less limiting due to an increase in temperature and water availability in the soil. Due to this decrease in stress induced by the climate change, it has been suggested that the positive role of fungal endophytes on performance of C. quitensis plants would decrease. In this study, we evaluated the role of endophytic fungi on osmoprotective molecules (sugar production, proline, oxidative stress) and gene expression (CqNCED1, CqABCG25, and CqRD22) as well as physiological traits (stomatal opening, net photosynthesis, and stomatal conductance) in individuals of C. quitensis. Individual plants of C. quitensis with (E+) and without (E-) endophytic fungi were exposed to simulated conditions of increased water availability (W+), having the current limiting water condition (W-) in Antarctica as control. The results reveal an endophyte-mediated lower oxidative stress, higher production of sugars and proline in plants. In addition, E+ plants showed differential expressions in genes related with drought stress response, which was more evident in W- than in W+. These parameters corresponded with increased physiological mechanisms such as higher net photosynthesis, stomatal opening and conductance under presence of endophytes (E+) as well as the projected water condition (W+) for Antarctica. These results suggest that the presence of fungal endophytes plays a positive role in favoring tolerance to drought in C. quitensis. However, this positive role would be diminished if the stress factor is relaxed, suggesting that the role of endophytes could be less important under a future scenario of climate change in Antarctica with higher soil water availability.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يعتبر التكافل الوظيفي أحد الآليات الناجحة التي تعمل من خلالها النباتات التي تعيش في بيئة قاسية على تحسين قدرتها على تحمل أنواع مختلفة من الإجهاد. أحد أكثر أنواع التكافل وضوحًا هو التكافل الداخلي. وقد لوحظ أن هذا التفاعل يلعب دورًا في تكيف النبات الوعائي الأصلي Colobanthus quitensis مع البيئات المجهدة في القارة القطبية الجنوبية، والتي تتميز بدرجات حرارة منخفضة وجفاف شديد. تشير توقعات تغير المناخ لهذا النظام البيئي إلى أن الظروف اللاأحيائية ستكون أقل تقييدًا بسبب زيادة درجة الحرارة وتوافر المياه في التربة. نظرًا لهذا الانخفاض في الإجهاد الناجم عن تغير المناخ، فقد تم اقتراح أن الدور الإيجابي للنباتات الفطرية في أداء نباتات C. quitensis سينخفض. في هذه الدراسة، قمنا بتقييم دور الفطريات الداخلية في جزيئات الحماية من التناضح (إنتاج السكر، والبرولين، والإجهاد التأكسدي) والتعبير الجيني (CqNCED1، و CqABCG25، و CqRD22) بالإضافة إلى السمات الفسيولوجية (فتحة الفم، والتمثيل الضوئي الصافي، والتوصيل الفموي) في أفراد C. quitensis. تعرضت النباتات الفردية من C. quitensis مع (E+) وبدون (E -) الفطريات الداخلية لظروف محاكاة لزيادة توافر المياه (W+)، مع حالة المياه الحدية الحالية (W -) في القارة القطبية الجنوبية كعنصر تحكم. تكشف النتائج عن إجهاد أكسدة أقل بوساطة النابتة الداخلية، وإنتاج أعلى للسكريات والبرولين في النباتات. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت نباتات E+ تعبيرات تفاضلية في الجينات المتعلقة باستجابة الإجهاد للجفاف، والتي كانت أكثر وضوحًا في W - مما كانت عليه في W+. تتوافق هذه المعلمات مع زيادة الآليات الفسيولوجية مثل التمثيل الضوئي الصافي العالي، وفتح الفم والتوصيل في ظل وجود النابتات الداخلية (E+) بالإضافة إلى حالة المياه المتوقعة (W+) للقارة القطبية الجنوبية. تشير هذه النتائج إلى أن وجود النابتات الداخلية الفطرية يلعب دورًا إيجابيًا في تفضيل التسامح مع الجفاف في C. quitensis. ومع ذلك، فإن هذا الدور الإيجابي سيتضاءل إذا تم تخفيف عامل الإجهاد، مما يشير إلى أن دور النباتات الداخلية يمكن أن يكون أقل أهمية في ظل سيناريو مستقبلي لتغير المناخ في القارة القطبية الجنوبية مع ارتفاع توافر مياه التربة.Translated Description (French)
La symbiose fonctionnelle est considérée comme l'un des mécanismes efficaces par lesquels les plantes qui habitent un environnement extrême améliorent leur capacité à tolérer différents types de stress. L'un des types de symbiose les plus évidents est l'endophyticisme. Cette interaction a été notée comme jouant un rôle dans l'adaptation de la plante vasculaire indigène Colobanthus quitensis aux environnements stressants de l'Antarctique, caractérisés par des températures basses et une aridité extrême. Les projections du changement climatique pour cet écosystème indiquent que les conditions abiotiques seront moins limitantes en raison d'une augmentation de la température et de la disponibilité en eau dans le sol. En raison de cette diminution du stress induit par le changement climatique, il a été suggéré que le rôle positif des endophytes fongiques sur la performance des plantes de C. quitensis diminuerait. Dans cette étude, nous avons évalué le rôle des champignons endophytes sur les molécules osmoprotectrices (production de sucre, proline, stress oxydatif) et l'expression génique (CqNCED1, CqABCG25 et CqRD22) ainsi que les traits physiologiques (ouverture stomatique, photosynthèse nette et conductance stomatique) chez les individus de C. quitensis. Des plantes individuelles de C. quitensis avec (E+) et sans champignons endophytes (E-) ont été exposées à des conditions simulées d'augmentation de la disponibilité en eau (W+), ayant la condition d'eau limitante actuelle (W-) en Antarctique comme contrôle. Les résultats révèlent un stress oxydatif inférieur médié par les endophytes, une production plus élevée de sucres et de proline chez les plantes. De plus, les plantes E+ ont montré des expressions différentielles dans les gènes liés à la réponse au stress de la sécheresse, ce qui était plus évident dans W- que dans W+. Ces paramètres correspondaient à des mécanismes physiologiques accrus tels qu'une photosynthèse nette plus élevée, une ouverture stomatique et une conductance en présence d'endophytes (E+) ainsi que l'état de l'eau projeté (W+) pour l'Antarctique. Ces résultats suggèrent que la présence d'endophytes fongiques joue un rôle positif en favorisant la tolérance à la sécheresse chez C. quitensis. Cependant, ce rôle positif serait diminué si le facteur de stress était assoupli, ce qui suggère que le rôle des endophytes pourrait être moins important dans un scénario futur de changement climatique en Antarctique avec une plus grande disponibilité en eau du sol.Translated Description (Spanish)
La simbiosis funcional se considera uno de los mecanismos exitosos por los cuales las plantas que habitan en ambientes extremos mejoran su capacidad para tolerar diferentes tipos de estrés. Uno de los tipos más conspicuos de simbiosis es el endofiticismo. Se ha observado que esta interacción juega un papel en la adaptación de la planta vascular nativa Colobanthus quitensis a los ambientes estresantes de la Antártida, caracterizados por bajas temperaturas y aridez extrema. Las proyecciones del cambio climático para este ecosistema indican que las condiciones abióticas serán menos limitantes debido a un aumento de la temperatura y la disponibilidad de agua en el suelo. Debido a esta disminución del estrés inducido por el cambio climático, se ha sugerido que el papel positivo de los endófitos fúngicos en el rendimiento de las plantas de C. quitensis disminuiría. En este estudio, evaluamos el papel de los hongos endofíticos en las moléculas osmoprotectoras (producción de azúcar, prolina, estrés oxidativo) y la expresión génica (CqNCED1, CqABCG25 y CqRD22), así como los rasgos fisiológicos (apertura estomática, fotosíntesis neta y conductancia estomática) en individuos de C. quitensis. Las plantas individuales de C. quitensis con (E+) y sin hongos (E-) endofíticos se expusieron a condiciones simuladas de mayor disponibilidad de agua (W+), teniendo como control la condición de agua limitante actual (W-) en la Antártida. Los resultados revelan un menor estrés oxidativo mediado por endófitos, una mayor producción de azúcares y prolina en las plantas. Además, las plantas E+ mostraron expresiones diferenciales en genes relacionados con la respuesta al estrés por sequía, que fue más evidente en W- que en W+. Estos parámetros se correspondieron con el aumento de los mecanismos fisiológicos, como una mayor fotosíntesis neta, la apertura del estoma y la conductancia en presencia de endófitos (E+), así como la condición proyectada del agua (W+) para la Antártida. Estos resultados sugieren que la presencia de endófitos fúngicos juega un papel positivo en favorecer la tolerancia a la sequía en C. quitensis. Sin embargo, este papel positivo se vería disminuido si se relajara el factor de estrés, lo que sugiere que el papel de los endófitos podría ser menos importante en un escenario futuro de cambio climático en la Antártida con una mayor disponibilidad de agua en el suelo.Files
pdf.pdf
Files
(2.8 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:0eb317847cb140b4eb5d4d6d4034b49d
|
2.8 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- للنباتات الداخلية الفطرية آثار إيجابية على كولوبانثوس الإقلاع عن التدخين تحت الضغط المائي ولكنها محايدة في ظل سيناريو تغير المناخ المتوقع في أنتاركتيكا
- Translated title (French)
- Les endophytes fongiques exercent des effets positifs sur Colobanthus quitensis sous stress hydrique, mais neutres dans un scénario de changement climatique projeté en Antarctique
- Translated title (Spanish)
- Los endófitos fúngicos ejercen efectos positivos en Colobanthus quitensis bajo estrés hídrico pero neutrales en un escenario de cambio climático proyectado en la Antártida
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3008650032
- DOI
- 10.3389/fmicb.2020.00264
References
- https://openalex.org/W1562436185
- https://openalex.org/W1597392293
- https://openalex.org/W1860256737
- https://openalex.org/W1938468208
- https://openalex.org/W1960616712
- https://openalex.org/W1965795467
- https://openalex.org/W1967490826
- https://openalex.org/W1979371466
- https://openalex.org/W1989323095
- https://openalex.org/W1989532263
- https://openalex.org/W2009995758
- https://openalex.org/W2014623660
- https://openalex.org/W2028993151
- https://openalex.org/W2040085089
- https://openalex.org/W2040385059
- https://openalex.org/W2047610709
- https://openalex.org/W2051159954
- https://openalex.org/W2053842987
- https://openalex.org/W2057573783
- https://openalex.org/W2071959033
- https://openalex.org/W2072969848
- https://openalex.org/W2073700480
- https://openalex.org/W2085587146
- https://openalex.org/W2086491289
- https://openalex.org/W2090795516
- https://openalex.org/W2092970590
- https://openalex.org/W2108244474
- https://openalex.org/W2116808860
- https://openalex.org/W2122010386
- https://openalex.org/W2127676310
- https://openalex.org/W2130202347
- https://openalex.org/W2130402299
- https://openalex.org/W2130686286
- https://openalex.org/W2135822432
- https://openalex.org/W2136727913
- https://openalex.org/W2139626221
- https://openalex.org/W2150123059
- https://openalex.org/W2157236929
- https://openalex.org/W2158592979
- https://openalex.org/W2171217752
- https://openalex.org/W2179398545
- https://openalex.org/W2276329634
- https://openalex.org/W2287075721
- https://openalex.org/W2288288023
- https://openalex.org/W2296521433
- https://openalex.org/W2300120174
- https://openalex.org/W2341719808
- https://openalex.org/W2345358281
- https://openalex.org/W2417079324
- https://openalex.org/W2514947888
- https://openalex.org/W2517244300
- https://openalex.org/W2538150683
- https://openalex.org/W2556703755
- https://openalex.org/W2580352688
- https://openalex.org/W2611769666
- https://openalex.org/W2725707462
- https://openalex.org/W2732004704
- https://openalex.org/W2765325197
- https://openalex.org/W2792328940
- https://openalex.org/W2792496949
- https://openalex.org/W2803148824
- https://openalex.org/W2806356194
- https://openalex.org/W2808473142
- https://openalex.org/W2899255759
- https://openalex.org/W2907526377
- https://openalex.org/W2911707247