Sự khác biệt hình thái - giải phẫu giữa các loài Afrothismia mycoheterotrophic (Thismiaceae) cho thấy sự tiến hóa hướng tới lợi ích từ mycorrhiza được cải thiện

Mycorrhiza - Tập 30 - Trang 397-405 - 2020
Stephan Imhof1, Benjamin Feller1, Anna Heser1
1Spezielle Botanik, Fachbereich Biologie, Philipps-Universität, Marburg, Germany

Tóm tắt

Các loài thực vật không chứa diệp lục, mycoheterotrophic phụ thuộc vào nấm rễ của chúng để cung cấp 100% carbon. Do đó, có áp lực tiến hóa mạnh mẽ hướng tới một chức năng tổ chức tốt từ góc độ của thực vật. Các thành viên của chi mycoheterotrophic Afrothismia đã tiến hóa những mô hình xâm chiếm nấm phức tạp cho phép hưởng lợi lâu dài từ các sự kiện xâm nhập bên ngoài của nấm. Dựa trên những chi tiết giải phẫu của hệ thống rễ - thân của A. korupensis và A. hydra, chúng tôi làm rõ một sự tiến triển tiến hóa giữa mô hình mycorrhiza đơn giản tương đối ở A. gesnerioides và mycorrhiza phức tạp nhất cho đến nay ở A. saingei. Chúng tôi phát hiện hai sự tiến bộ lớn: (1) hai loài, A. korupensis và A. saingei, sử dụng chính nấm như một kho trữ năng lượng, thay thế cho các sự tích trữ tinh bột được sử dụng bởi A. gesnerioides và A. hydra, và (2) độ phức tạp hình thái của các dạng sợi nấm trong các mô thực vật tăng dần từ A. gesnerioides đến A. saingei. Chúng tôi thảo luận về sự bỏ qua trao đổi chất tinh bột cũng như những khác biệt morfo-anatomical như là một sự điều chỉnh tiến hóa tinh tế của tổ chức mycorrhiza theo từng phần trong Afrothismia. Kết quả của chúng tôi hỗ trợ ý tưởng về sự phân tách thuế học giữa Afrothismia và các loài Thismiaceae khác.

Từ khóa

#mycoheterotrophic #mycorrhiza #Afrothismia #tiến hóa #hình thái - giải phẫu

Tài liệu tham khảo

Agardh JG (1858) Theoria Systematis Plantarum. Gleerup, Lundae, p 99 Angiosperm Phylogeny Group (APG) (2009) An update of the angiosperm phylogeny group classification for the orders and families of flowering plants: APG III. Bot J Linn Soc 161:105–121 Campbell EO (1968) An investigation of Thismia rodwayi F. Muell. and its associated fungus. Trans Roy Soc N Z Bot 3:209–219 Chantanaorrapint S, Suddee S (2018) Thismia thaithongiana (Dioscoreaceae: Thismieae), a new species of mycoheterotroph from an unusual habitat. Phytotaxa 333(2):287–292 Cheek M (2003) A new species of Afrothismia (Burmanniaceae) from Kenya. Kew Bull 58:951–955 Cheek M, Tsukaya H, Rudall P, Suetsugu K (2018) Taxonomic monograph of Oxygyne (Thismiaceae), rare achlorophyllous mycoheterotrophs with strongly disjunct distribution. Peer J 6. https://doi.org/10.7717/peerj.4828 Cheek M, Etuge M, Williams SA (2019) Afrothismia kupensis sp. nov. (Thismiaceae), critically endangered, with observations on its pollination and notes on the endemics of Mt Kupe, Cameroon. Blumea 64:158–164 Coleman D (1936) Sarcosiphon rodwayi in Australia. Vict Nat 52:163–166 Engler A (1884) Beiträge zur Kenntniss der Araceae V. 12. Über den Entwicklungsgang in der Familie der Araceen und über die Blütenmorphologie derselben. Bot Jahrb Syst 5:141–188 287-336, Taf. I-V Engler A (1905) Thismia winkleri Engl., eine neue afrikanische Burmanniacee. Bot Jahrb Syst 38:89–91 Franke T (2004) Afrothismia saingei (Burmanniaceae, Thismieae), a new myco-heterotrophic plant from Cameroon. Syst Geogr Pl 74:27–33 Franke T, Beenken L, Döring M, Kocyan A, Agerer R (2006) Arbuscular mycorrhizal fungi of the Glomus-group A lineage (Glomerales; Glomeromycota) detected in myco-heterotrophic plants from tropical Africa. Mycol Prog 5:24–31 Genre A, Chabaud M, Timmers T, Bonfante P, Barker DG (2005) Arbuscular mycorrhizal fungi elicit a novel intracellular apparatus in Medicago truncatula root epidermal cells before infection. Plant Cell 17:3489–3499 Genre A, Chabaud M, Faccio A, Barker DG, Bonfante P (2008) Prepenetration apparatus assemblys precedes and predicts the colonization patterns of arbuscular mycorrhizal fungi within the root cortex of both Medicago truncatula and Dacucus carota. Plant Cell 20(5):1407–1420 Goebel K, Süssenguth K (1924) Beiträge zur Kenntnis der südamerikanischen Burmanniaceen. Flora 117:55–90 Groom P (1895) On Thismia aseroe (Beccari) and its mycorhiza. Ann Bot 9:327–361 Imhof S (1997) Root anatomy and mycotrophy of the achlorophyllous Voyria tenella Hooker (Gentianaceae). Bot Acta 110:298–305 Imhof S (1998) Subterranean structures and mycotrophy of the achlorophyllous Triuris hyaline Miers (Triuridaceae). Can J Bot 76:2011–2019 Imhof S (1999a) Anatomy and mycotrophy of the achlorophyllous Afrothismia winkleri (Engl.) Schltr. (Burmanniaceae). New Phytol 144:533–540 Imhof S (1999b) Root morphology, anatomy and mycotrophy of the achlorophyllous Voyria aphylla (Jacq.) Pers. (Gentianaceae). Mycorrhiza 9:33–39 Imhof S (2001) Subterranean structures and mycotrophy of the achlorophyllous Dictyostega orobanchoides (Hook.) Miers (Burmanniaceae). Rev Biol Trop 49:239–247 Imhof S (2006) Two distinct fungi colonize roots and rhizomes of the myco-heterotrophic Afrothismia gesnerioides (Burmanniaceae). Can J Bot 84:852–861 Imhof S (2010a) Are monocots particularly suited to develop mycoheterotrophy? In: Seberg O, Petersen G, Barfod A, Davis JI (eds) Diversity, phylogeny, and evolution in the monocotyledons. Aarhus University Press, Kopenhagen, pp 11–23 Imhof S (2010b onwards) Mycoheterotrophic plants – how many of them are there? Scratchpad - biodiversity online: http://mhp.myspecies.info. Accessed 22 February 2020 Imhof S, Sainge M (2008) Ontogeny of the mycoheterotrophic species Afrothismia hydra (Burmanniaceae). Bot J Linn Soc 157:31–36 Imhof S, Weber HC (1997) Root anatomy and mycotrophy (AM) of the achlorophyllous Voyria truncata (Standley) Standley and Steyermark (Gentianaceae). Bot Acta 110:127–134 Imhof S, Weber HC, Gómez LD (1994) Ein Beitrag zur Biologie von Voyria tenella Hook. und Voyria truncata (Standley) Standley and Steyermark (Gentianaceae). Beitr. Biol. Pflanzen 68:113–123 Imhof S, Massicotte H, Melville L, Peterson R (2013) Subterranean morphology and mycorrhizal structures. In: Merckx VFST (ed) Mycoheterotrophy: the biology of plants living on fungi. Springer, Heidelberg, pp 157–214 Jacquin NJ (1763) Gentiana. Selectarum Stirpium Americanum Historia. Ex Officina Kraussiana Vindobonae, pp 87-88 Janse JM (1896) Les endophytes radicaux de quelques plantes javanaises. Ann Jard Bot Buitenzorg 14:53–212 Jensen WA (1962) Botanical Histochemistry. W. H. Freeman, San Francisco, London, pp Krause R (1927) Enzyklopädie der Mikroskopischen Technik, 3. Aufl.. Urban und Schwarzenberg, Berlin, Wien, pp Lam VY, Darby H, Merckx VF, Lim G, Yukawa T, Neubig K, Abbott J, Beatty G, Provan J, Gomez M, Graham S (2018) Phylogenomic inference in extremis: a case study with mycoheterotroph plastomes. Amer J Bot 105:480–494 Leake JR (1994) Tansley review no. 69. The biology of myco-heterotrophic (‘saprophytic’) plants. New Phytol 127:171–216 Lillie RD (1944) Various oil soluble dyes as fat stains in the supersaturated isopropanol technic. Stain Technol 19:55–58 Maas-van de Kamer H (2003) Afrothismia gesnerioides,another new species of Afrothismia (Burmanniaceae) from tropical Africa. Blumea 48:475–478 Maas-van de Kamer H, Maas PJM (2010) Thismiaceae. In: Sosef MSM (ed) Flore du Gabon. Margraf, Weikersheim, p 41 McLennan EI (1958) Thismia rodwayi F. Muell and its endophyte. Aust J Bot 6:25–37 Merckx VSFT, Bidartondo MI (2008) Breakdown and delayed cospeciation in the arbuscular mycorrhizal mutualism. Proc Roy Soc B 275:1029–1035 Merckx VSFT, Schols P, Maas-van de Kamer H, Maas P, Huysmans S, Smets E (2006) Phylogeny and evolution of Burmanniaceae (Dioscoreales) based on nuclear and mitochondrial data. Amer J Bot 93:1684–1698 Merckx VSFT, Bakker FT, Huysmans S, Smets E (2009) Bias and conflict in phylogenetic inference of myco-heterotrophic plants: a case study in Thismiaceae. Cladistics 25(1):64–77 Merckx VSFT, Jansens SB, Hynson NA, Specht CD, Bruns TD, Smets EF (2012) Mycoheterotrophic interactions are not limited to a narrow phylogenetic range of arbuscular mycorrhizal fungi. Molec Ecol 21(6):1524–1532 Merckx VSFT, Freudenstein J, Kissling J, Christenhusz MM, Stotler R, Crandall-Stotler B, Wickett NRJ, Maas-van de Kamer H, Maas PM (2013) Taxonomy and classification. In: Merckx VSFT (ed) Mycoheterotrophy: the biology of plants living on fungi. Springer, Heidelberg, pp 19–101 Meyer K (1909) Untersuchungen über Thismia clandestina. Bull Soc Imp Nat Moscou 1909:1–18 Miers J (1847) On a new genus of plants of the family of Burmanniaceae. Trans. Linn. Soc. London 20 (1): 373-381 + tab. 15 Nishioka T, Suetsugu K, Repin R, Kitayama K (2018) Thismia kinabaluensis (Thismiaceae), a new species from Mt. Kinabalu, Sabah, Borneo. Phytotaxa 360(2):174–178 Pfeiffer NE (1914) Morphology of Thismia americana. Bot Gaz 57:122–135 Rath M, Grolig F, Haueisen J, Imhof S (2014) Combining microtomy and confocal laser scanning microscopy for structural analysis of plant-fungus associations. Mycorrhiza 24:293–300 Sainge M, Franke T (2005) A new species of Afrothismia (Burmanniaceae) from Cameroon. Nord J Bot 23:299–303 Sainge M, Franke T, Agerer R (2005) A new species of Afrothismia (Burmanniaceae, tribe Thismieae) from Korup National Park, Cameroon. Willdenowia 35:287–291 Schlechter R (1906) Burmanniaceae africanae. Bot Jahrb Syst 38:137–143 Sochor M, Hroneš M, Dančák M (2018) New insights into variation, evolution and taxonomy of fairy lanterns (Thismia, Thismiaceae) with four new species from Borneo. Pl Syst Evol 304(5):699–721 Stevens PF (2001 onwards) angiosperm phylogeny website. http://www.mobot.org/MOBOT/research/APweb. Accessed 22 February 2020 Tillich H-J (1992) Bauprinzipien und Evolutionslinien bei monocotylen Keimpflanzen. Bot Jahrb Syst 114:91–132