Arbuscular mycorrhizal fungal communities of 31 durum wheat cultivars (Triticum turgidum var. durum) under field conditions in Eastern Canadian province of Quebec

Abstract

Les champignons mycorhiziens peuvent offrir différents services écosystémiques comme l’amélioration de la nutrition et de la croissance des plantes, la protection contre les maladies et ravageurs, etc. Ainsi, les mycorhizes peuvent présenter des solutions pour réduire l’impact du secteur agricole sur l’environnement en réduisant l’usage des engrais, pesticides, et autres produits. Cependant, les informations disponibles indiquent que le blé peut dans certains cas réagir négativement à la mycorhization : réduction de croissance et de rendement au point de caractériser la relation comme du parasitisme. Nous avons émis l’hypothèse que certains génotypes de blé pourraient engendrer des modifications de la structure des communautés mycorhiziennes associées. Nous avons testé 31 génotypes de blé dur (Triticum turgidum var. durum) produits à différentes époques de l’histoire de l’amélioration génétique de cette espèce dans une expérience en champs avec un sol pauvre en phosphore afin de caractériser leur association mycorhizienne dans des conditions de colonisation naturelle. Le séquençage de la sous-unité ribosomique 18S de l’ADN extrait des échantillons indique que la communauté mycorhizienne détectée dans les racines de blé est dominée par Rhizophagus irregularis et R. intraradices tandis que la communauté dans la rhizosphère et dans le sol est dominée par Glomus spp., Claroideoglomus spp. ou Rhizophagus spp. Le taux de colonisation variait entre 57.8% (Arnautka) et 84.0% (AC Navigator) mais ces différences ne sont pas statistiquement significatives (p-value > 0.05). Bien que les racines de blé dur aient sélectionné un sous ensemble des taxa du sol pour coloniser leur tissues, les résultats suggèrent que tous les cultivars de blé dur sélectionnent des communautés de champignons mycorhiziens similaires. Il semble que la variation génétique du blé dur soit insuffisante pour permettre l’emploi de méthodes d’amélioration génétique traditionnelles pour la production de génotypes s’associant des champignons mycorhiziens arbusculaires performants.

Arbuscular mycorrhizal fungi can provide ecosystem services such as growth and nutrition enhancement, protection against pests and diseases, mitigation of abiotic stress, as well as stabilization of the soil. In the agriculture sector, symbiotic relationships between crops and AM fungi are being explored to help reduce agriculture’s ecological footprint and enhance its sustainability by decreasing demand for fertilisers, pesticides and other chemicals. However, information available to date indicates that wheat may sometimes show poor response to AM symbiosis (growth depressions and lower yields), and the relationship has in some cases been labeled parasitic. We tested the hypothesis that genetic variation among durum wheat cultivars (Triticum turgidum var. durum) might lead to shifts in fungal community structure. We tested 31 durum wheat cultivars released at different times in the history of durum wheat selection in Canada in a field experiment under phosphorus limiting conditions. Based on the 18S ribosomal subunit sequences of DNA extracted from roots, rhizosphere and soil, we found that AM community in durum wheat roots is dominated by Rhizophagus irregularis and R. intraradices. Meanwhile the community in the rhizosphere and soil have more Glomus spp., Claroideoglomus spp. or Rhizophagus spp. The mycorrhizal community associated with wheat roots is not significantly different between genotypes (p-value > 0.05). Mean colonization levels in the roots of the different cultivars varied between 57.8% (Arnautka) and 84.0% (AC Navigator). However, these differences were not statistically significant (p-value > 0.05). Despite that durum wheat roots could select a subset of taxa from the soil community to colonize their tissues, results suggest that all cultivars select similar communities. The genetic variation in durum wheat seems insufficient to allow the use of traditional plant breeding methods to produce genotypes associating with highly effective arbuscular mycorrhizal taxa.