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Symbiotische Interaktionen mit freundlichen Mikroorganismen unterstützen Wasser- und Ionenaufnahme von Wurzeln wollen dafür aber auch reduzierten Kohlenstoff von Pflanzen
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Symbiotische Interaktionen mit freundlichen ... · Symbiotische Interaktionen mit freundlichen Mikroorganismen unterstützen Wasser- und Ionenaufnahme von Wurzeln –wollen dafür

Jan 16, 2020

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Page 1: Symbiotische Interaktionen mit freundlichen ... · Symbiotische Interaktionen mit freundlichen Mikroorganismen unterstützen Wasser- und Ionenaufnahme von Wurzeln –wollen dafür

Symbiotische Interaktionen mit freundlichen Mikroorganismen

unterstützen Wasser- und Ionenaufnahme von Wurzeln – wollen

dafür aber auch reduzierten Kohlenstoff von Pflanzen

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Beneficial interaction between plants and microbes

N2fixing bacteria/legumes

nodule ↓

mycorrhiza

endomycorrhizaectomycorrhiza

endophytes

bacteriafungi

roottip ↓

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Common feature:Promotion of plant performance

1. Colonisation of roots 2. Promotion of growth & biomass

3. Resistanz aginst abiotic & biotic stress

drought heavy metal pathogen infection

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mycorrhial fungi andrhizobacteria

- few host plants

endophytesoften colonizes many hosts

- important for agriculture- easier recognition mechanisms

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Pi-504 - Cellotriose

C H O

biomolecules

Myc-factor (LCO#)

C H O N S

Nod-factor (LCO#)

C H O N S

P. indica

(Sebacinales)

host range

AM fungi

(Glomeromycota)

Rhizobia

(Rhizobiales)

all planta tested

so far

P. indica

AM fungus*

Rhizobium*

microbe

moss* monocots A. thaliana* dicots

monocots dicots

legumes

[Ca]2

+c

yt(μ

M)

[Ca]2

+c

yt(μ

M)

[Ca]2

+c

yt(μ

M)

#LCO: lipochitooligosaccharide

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Both partners MUST profitfrom the symbiosis.

Photosynthesis

sucrosewater, soil

nutrients,

phosphate,

nitrogen

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• mycorrhiza: – 450 mio years old– first land plants

• N2-fixing rhizobacterialsymbioses: – 60 mio years old– evolved from mycorrhizal symbioses

• → similar recognition and signalingpathways

Evolution

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Two types ofmycorrhiza

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Beneficial interaction between plants and microbes

N2fixing bacteria

/legumesnodule ↓

mycorrhiza

endomycorrhizaectomycorrhiza

endophytes

bacteriafungi

roottip ↓

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Beneficial interaction between plants and microbes

mycorrhiza

endomycorrhizaectomycorrhiza

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Endo-Mycorrhiza

arbuscles

Fungal and plant cells are COMPLETELY separated.

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- 80% of endomycorrhizal fungi are arbuscularmycorrhiza (VAM)

- only 6 fungal species [Glomales, Zygomycetes] form VAM

Endo-Mycorrhiza

Initiation:

- germination of spores- Hyphae form appressorium

(attachment sites)

- Formation of an extracellular hyphal system in theapoplast

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Penetration:

- formation of haustorium: penetration into the plant cell

- Extracellular hyphae:

- collection of nutrients from rhizosphere

- Intracellular hyphae:

- enlargement of interaction surface- nutrient/metabolite exchange with plant cell

Life time of arbuscle: a few days

extracellularhyphae

intracellular arbuscles

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Ekto-Mycorrhiza

hyphae: rhizosphere, on root surface, between root cellsdo not enter vascular tissue

fruit bodies

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• many trees form ectomycorrhizas

• Hartig Net:– a net around the root (hairs) to extent access to soil

nutrients

Hartig Net

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• Optimization of nutrient exchanges

• Protection against soil pathogens

• Connection of organisms in biotops– 60 km network– Support for young trees in forests– Connections between different plant species

Function of Hartig Net

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Beneficial interaction between plants and microbes

N2fixing bacteria/legumes

nodule ↓

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Rhizobia interacting with roots of

Legumes

Rhizobia-LegumeInteraction

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• Haber-Bosch: N-fertilizer

• N2 fixation – rhizobacteria

– cyanobacteria

N2 + 8H+ + 8e- + 16 ATP = 2NH3 + H2 + 16ADP + 16 Pi

N2

fixation

rhizobia withnitrogenase

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bacterialnitrogenase

Ferox

Ferred

ATP

ADP

NH4

+

N2

photosynthesis

- nitrogenase O2-sensitive

- leghaemoglobin (plant- and bacteria-encoded)

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Rhizobia interacting with roots of

Legumes

Rhizobia-LegumeInteraction

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Rhizobia under N limitation

alfalfa soybean

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recognition