The association of arbuscular mycorrhizal (AM) fungi with plant roots is the oldest and ecologically most important symbiotic relationship between higher plants and microorganisms, yet the mechanism by which these fungi detect the presence of a plant host is poorly understood. Previous studies have shown that roots secrete a branching factor (BF) that strongly stimulates branching of hyphae during germination of the spores of AM fungi. In the BF of Lotus, a strigolactone was found to be the active molecule. Strigolactones are known as germination stimulants of the parasitic plants Striga and Orobanche. In this paper, we show that the BF of a monocotyledonous plant, Sorghum, also contains a strigolactone. Strigolactones strongly and rapidly stimulated cell proliferation of the AM fungus Gigaspora rosea at concentrations as low as 10(-13) M. This effect was not found with other sesquiterperne lactones known as germination stimulants of parasitic weeds. Within 1 h of treatment, the density of mitochondria in the fungal cells increased, and their shape and movement changed dramatically. Strigolactones stimulated spore germination of two other phylogenetically distant AM fungi, Glomus intraradices and Gl. claroideum. This was also associated with a rapid increase of mitochondrial density and respiration as shown with Gl. intraradices. We conclude that strigolactones are important rhizospheric plant signals involved in stimulating both the pre-symbiotic growth of AM fungi and the germination of parasitic plants.

DOI: 10.1111/j.1469-8137.2008.02463.x Commentary p 695

The primary objective of this study was to identify the molecular signals present in arbuscular mycorrhizal (AM) germinated spore exudates (GSEs) responsible for activating nuclear Ca(2+) spiking in the Medicago truncatula root epidermis. Medicago truncatula root organ cultures (ROCs) expressing a nuclear-localized cameleon reporter were used as a bioassay to detect AM-associated Ca(2+) spiking responses and LC-MS to characterize targeted molecules in GSEs. This approach has revealed that short-chain chitin oligomers (COs) can mimic AM GSE-elicited Ca(2+) spiking, with maximum activity observed for CO4 and CO5. This spiking response is dependent on genes of the common SYM signalling pathway (DMI1/DMI2) but not on NFP, the putative Sinorhizobium meliloti Nod factor receptor. A major increase in the CO4/5 concentration in fungal exudates is observed when Rhizophagus irregularis spores are germinated in the presence of the synthetic strigolactone analogue GR24. By comparison with COs, both sulphated and nonsulphated Myc lipochito-oligosaccharides (LCOs) are less efficient elicitors of Ca(2+) spiking in M. truncatula ROCs. We propose that short-chain COs secreted by AM fungi are part of a molecular exchange with the host plant and that their perception in the epidermis leads to the activation of a SYM-dependent signalling pathway involved in the initial stages of fungal root colonization.

Abstract Arbuscular mycorrhizal symbiosis is a mutualistic interaction between most land plants and fungi of the glomeromycotina subphylum. The initiation, development and regulation of this symbiosis involve numerous signalling events between and within the symbiotic partners. Among other signals, phytohormones are known to play important roles at various stages of the interaction. During presymbiotic steps, plant roots exude strigolactones which stimulate the fungus, and favour the initiation of symbiosis. At later stages, different plant hormone classes can act as positive or negative regulators of the interaction. Although the fungus is known to reciprocally emit regulatory signals, its potential contribution to the phytohormonal pool has received little attention, and has so far only been addressed by indirect assays. In this study, using mass spectrometry, we analyzed phytohormones released into the medium by germinated spores of the arbuscular mycorrhizal fungus Rhizophagus irregularis . We detected the presence of a cytokinin (isopentenyl-adenosine) and an auxin (indole-acetic acid). In addition, we identified a gibberellin (gibberellic acid 4) in spore extracts. We also used gas chromatography to show that R. irregularis produces ethylene from methionine and the α-keto γ-methylthiobutyric acid pathway. These results highlight the possibility for AM fungi to use phytohormones to interact with their host plants, or to regulate their own development.

Summary Lipo-chitooligosaccharides (LCOs) were originally found as symbiotic signals called Nod Factors (Nod-LCOs) controlling nodulation of legumes by rhizobia. More recently LCOs were also found in symbiotic fungi and, more surprisingly, very widely in the kingdom fungi including in saprophytic and pathogenic fungi. The LCO-V(C18:1, Fuc/MeFuc), hereafter called Fung-LCOs, are the LCO structures most commonly found in fungi. This raises the question of how legume plants, such as Medicago truncatula , can perceive and discriminate between Nod-LCOs and these Fung-LCOs. To address this question, we performed a Genome Wide Association Study on 173 natural accessions of Medicago truncatula , using a root branching phenotype and a newly developed local score approach. Both Nod- and Fung-LCOs stimulated root branching in most accessions but there was very little correlation in the ability to respond to these types of LCO molecules. Moreover, heritability of root response was higher for Nod-LCOs than for Fung-LCOs. We identified 123 loci for Nod-LCO and 71 for Fung-LCO responses, but only one was common. This suggests that Nod- and Fung-LCOs both control root branching but use different molecular mechanisms. The tighter genetic constraint of the root response to Fung-LCOs possibly reflects the ancestral origin of the biological activity of these molecules.

Untargeted metabolomics using liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) is currently the gold-standard technique to determine the full chemical diversity in biological samples. This approach still has many limitations, however; notably, the difficulty of estimating accurately the number of unique metabolites being profiled among the thousands of MS ion signals arising from chromatograms. Here, we describe a new workflow, MS-CleanR, based on the MS-DIAL/MS-FINDER suite, which tackles feature degeneracy and improves annotation rates. We show that implementation of MS-CleanR reduces the number of signals by nearly 80% while retaining 95% of unique metabolite features. Moreover, the annotation results from MS-FINDER can be ranked with respect to database chosen by the user, which improves identification accuracy. Application of MS-CleanR to the analysis of Arabidopsis thaliana grown in three different conditions improved class separation resulting from multivariate data analysis and lead to annotation of 75% of the final features. The full workflow was applied to metabolomic profiles from three strains of the leguminous plant Medicago truncatula that have different susceptibilities to the oomycete pathogen Aphanomyces euteiches ; a group of glycosylated triterpenoids overrepresented in resistant lines were identified as candidate compounds conferring pathogen resistance. MS-CleanR is implemented through a Shiny interface for intuitive use by end-users (available at: ).### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

The ectomycorrhizal symbiosis is a predominant tree-microbe interaction in forest ecosystems sustaining tree growth and health. Its establishment and functioning implies a long-term and intimate relationship between the soil-borne fungi and the roots of trees. Mycorrhiza-induced Small Secreted Proteins (MiSSPs) are hypothesized as keystone symbiotic proteins, required to set up the symbiosis by modifying the host metabolism and/or building the symbiotic interfaces.L. bicolor MiSSP8 is the third most highly induced MiSSPs in symbiotic tissues and it is also expressed in fruiting bodies. The MiSSP8- RNAi knockdown mutants are strongly impaired in their mycorrhization ability with Populus , with the lack of fungal mantle and Hartig net development due to a lack of hyphal aggregation. MiSSP8 C-terminus displays a repetitive motif containing a kexin cleavage site, recognized by KEX2 in vitro . This suggests MiSSP8 protein might be cleaved into small peptides. Moreover, the MiSSP8 repetitive motif is found in other proteins predicted secreted by both saprotrophic and ectomycorrhizal fungi. Thus, our data indicate that MiSSP8 is a small-secreted protein involved at early stages of ectomycorrhizal symbiosis, likely by regulating hyphal aggregation and pseudoparenchyma formation.