Arbuscular mycorrhizal formation and transcriptome analyses of sugarcane roots colonized by Glomus clarum in the presence of herbicides

As micorrizas arbusculares (MAs) são simbiontes mutualísticas entre alguns fungos do solo e raízes de plantas de notória importância tanto em ecossistemas naturais quanto agrícolas, pois contribuem para o aumento da absorção de nutrientes do solo e sua transferência para as plantas. As MAs podem promover o crescimento de várias plantas, dentre elas a cana-de-açúcar. Assim, fatores que restringem o desenvolvimento das MAs podem também restringir a produção das culturas agrícolas. Muito embora os herbicidas utilizados em sistemas agrícolas possam contribuir para a alteração das estruturas das comunidades de microrganismos no solo e o desenvolvimento de simbioses, pouco se sabe sobre seu efeito sobre fungos micorrízicos arbusculares (FMAs). O presente estudo teve por objetivo determinar o efeito dos herbicidas Ametrina e Imazapique na germinação de esporos de Glomus clarum e desenvolvimento de MA em cana-de-açúcar, bem como as alterações no transcritoma de raízes de cana-de-açúcar colonizadas por G. clarum e cultivada em solo tratado com Imazapique. Ametrina não teve efeito significativo na germinação de esporos e colonização intrarradicular, nas doses avaliadas. Já, o aumento da concentração de Imazapique promoveu uma diminuição na germinação de esporos e aumento de colonização intrarradicular. Embora tenha sido observada maior taxa de colonização intrarradicular em plantas tratadas com Imazapique, a presença do fungo parece não ter aliviado os efeitos deletérios promovidos pelo uso do herbicida nas condições estudadas. Através de hibridização em macroarranjo de cDNA, foi possível detectar vários genes com expressão diferencial estatisticamente significativa em raízes micorrizadas e não- micorrizadas cultivadas em solo tratado com herbicida. Dentre as proteínas codificadas pelos genes com expressão induzida em raízes micorrizadas, em relação ao controle não-inoculado, se destacam um receptor de glutamato, uma metalotioneína, uma ATP sintase, e várias com função desconhecida. Já, dentre os genes com expressão suprimida estão: a proteína WALI7, uma proteína de catabolismo dependente de ubiquitina, uma tubulina e uma remorina. Nas raízes não-inoculadas e cultivadas em solo com Imazapique as proteínas codificadas pelos genes com expressão induzida são: um receptor de glutamato e uma proteína tipo lípase; e dentre as que foram suprimida está a proteína transcritase reversa. O Imazapique altera a expressão de vários genes modulados pela MA, dentre as proteínas codificadas por esses genes estão: uma ATP sintase, uma proteína de catabolismo dependente de ubiquitina, uma poliubiquitina, uma tubulina, uma quinase de histidina e várias com função desconhecida. Os resultados indicam que a formação MA altera o programa genético das raízes de cana-de-açúcar e que o herbicida Imazapique altera a expressão dos genes relacionados à simbiose de cana-de-açúcar com G. clarum.The arbuscular mycorrhizae (AM) are symbiotic root-fungus associations that play a key role in natural and agricultural ecosystems, through the enhancement of nutrients absorption in the soil and its transference into the plants. The AM may promote the growth of many plants, among them are the sugarcane. Even thought the herbicide utilized in the agriculture system may contribute to soil microbial community alteration and the symbioses development, limited is know about the herbicide effects on arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and on AM formation. The aim of the present work was to evaluate the Ametrine and Imazapic effects in the spores germination of Glomus clarum and AM development in sugarcane, as well transcriptome alterations of sugarcane roots colonized with G. clarum and growing in soil treat with Imazapic. It was not detected significant effect on the spores germination and intraradical colonization in the evaluated doses of Ametrine. Whereas, the enhance of Imazapic concentration promoted a decrease in the spores germination and increase of intraradical colonization. Although the higher intraradical colonization has been observed in the plants treat with Imazapic, the presence of the fungi seems not alleviated the damage effect promoted by the use of the herbicide, in these studies conditions. By macro array cDNA hybridizations, it was possible to detect several genes with differential expression statistically significant in AM plants, and plants not inoculated growing in soil treated with herbicide. Among the proteins codified by genes with induced expression in AM roots, compared to the control no-inoculated, are: a putative ionotropic glutamate receptor, a metallothionein-like protein, a ATP synthase and many others with unknown function. Whereas, among the proteins codified by genes with suppressed expression are: Wali7 protein, a ubiquitin-dependent protein catabolism, a tubulin alpha-1 chain and a remorin. In the no-inoculated roots growing in the soil treat with Imazapic the proteins codified by genes with induced expression are: a putative ionotropic glutamate receptor and a lipase-like; and the reverse transcriptase like protein was suppressed. The Imazapic treatment alter several gene expression modulated by AM, among the proteins codified by those genes are: a ATP synthase, a ubiquitin-dependent protein catabolism, polyubiquitin, a tubulin alpha-1 chain, a signal transduction histidine kinase and many others with unknown function. The results indicate the AM formation alter the sugarcane roots genetic program and that the Imazapic herbicide alter the gene expression related to symbioses between sugarcane with G. clarum