Il fungo Gigaspora margarita e le sue interazioni con piante e batteri

This dissertation provides an overview of the arbuscular mycorrhizal fungus Gigaspora margarita and its interactions with plants (such as Lotus japonicus and the plant of tomato) and bacteria, and its specific role in these symbioses. In the first part, the general characteristics of mycorrhizal symbioses are briefly illustrated: four main types of interactions were recognized and we highlighted the arbuscular mycorrhizae, the most common in nature, and those formed by the fungus G. margarita. Mycorrhizal colonization leads to a significant reconfiguration of gene expression and metabolism of the plant, giving it greater access to mineral nutrients and incrising resistance to biotic and abiotic stresses. Consequently, the genome of G. margarita (isolate BEG34) is described focusing on the presence of fundamental genes for mycorrhizal symbiosis, the possible horizontal gene transfer events and then, genes that could be involved in the immune system of the fungus. In the cytoplasm of this strain of G. margarita there are non-cultivable endobacteria (Candidatus Glomeribacter gigasporarum). Thanks to the availability of a fungal strain free of endobacteria, it has been demonstrated that they do not influence the ability to colonize the roots of host plants. On the other hand, some deficiencies during the pre-symbiotic phase, such as lower respiratory activity and ATP production, were highlighted in the fungus without endobacteria. In two papers is examined the interaction between tomato or Lotus plants and G. margarita, taking into consideration, above all, the effect of the presence/absence of the endobacteria; The results indicate that fungal endobacteria can modulate plant metabolism, even in the absence of a growth effect. Another study instead shed light on the ability of G. margarita to induce – through a priming mechanism – the so-called Mycorrhiza-Induced Resistance: an increased resistance to the attack by fungal and bacterial pathogens. In fact, mycorrhizal plants showed a more rapid and intense activation of the defence genes during the pathogen infection. This indicates that, the immune system of the plant was alerted to defence state, by the presence of mycorrhizal symbiosis.

La tesi fornisce una panoramica sul fungo micorrizico arbuscolare Gigaspora margarita e sulle sue interazioni con piante (quali Lotus japonicus e pomodoro) e batteri e del suo ruolo specifico in queste simbiosi. Nella prima parte vengono illustrate brevemente le caratteristiche generali delle simbiosi micorriziche in cui riconoscono quattro tipi principali di interazioni e si pone l’attenzione in particolare sulle micorrize arbuscolari (AM), le più comuni in natura, e quelle formate dal fungo G. margarita. La colonizzazione micorrizica porta a una riconfigurazione significativa dell'espressione genica e del metabolismo della pianta, conferendole maggiore accesso ai nutrienti minerali e un’aumentata resistenza a stress biotici e abiotici. Successivamente viene descritto il genoma di G. margarita (isolato BEG34) ponendo l’attenzione alla presenza di geni fondamentali per la simbiosi micorrizica, ai possibili eventi di trasferimento genico orizzontale e, infine, ai geni che potrebbero essere coinvolti nel sistema immunitario del fungo. Nel citoplasma di questo ceppo di G. margarita sono inoltre presenti endobatteri non coltivabili (Candidatus Glomeribacter gigasporarum). Grazie alla disponibilità di un ceppo fungino privo di endobatteri è stato dimostrato che essi che non influenzano la capacità di colonizzare le radici di piante ospiti ma si sono evidenziate alcune carenze durante la fase pre-simbiontica, con una minore attività respiratoria e produzione di ATP nel fungo senza endobatteri. In due studi viene esaminata l’interazione tra piante di pomodoro o Lotus e G. margarita, considerando in particolare l’effetto della presenza/assenza degli endobatteri; i risultati indicano che gli endobatteri fungini possono modulare finemente il metabolismo delle piante, anche in assenza di un effetto crescita. Un altro studio ha invece evidenziato la capacità di G. margarita di indurre tramite un meccanismo di priming la cosiddetta Mycorrhiza-Induced Resistance, ovvero un’aumentata resistenza all’attacco da parte di patogeni fungini e batterici. Infatti, le piante micorrizate hanno mostrato un’attivazione più rapida ed intensa dei geni di difesa durante l’infezione con il patogeno, indicando che il sistema di immunità delle piante è stato allertato alla difesa dalla presenza della simbiosi micorrizica.