Premise: Detailed studies of the fungi associated with lycophytes and ferns provide crucial insights into the early evolution of land plants. However, most investigations to date have assessed fern-fungus interactions based only on visual root inspection. In the present research, we establish and evaluate a metabarcoding protocol to analyze the fungal communities associated with fern and lycophyte roots.
Methods: We used two primer pairs focused on the ITS rRNA region to screen the general fungal communities, and the 18S rRNA to target Glomeromycota fungi (i.e., arbuscular mycorrhizal fungi). To test these approaches, we collected and processed roots from 12 phylogenetically distant fern and lycophyte species.
Results: We found marked compositional differences between the ITS and 18S data sets. While the ITS data set demonstrated the dominance of orders Glomerales (phylum Glomeromycota), Pleosporales, and Helotiales (both in phylum Ascomycota), the 18S data set revealed the greatest diversity of Glomeromycota. Non-metric multidimensional scaling (NMDS) ordination suggested an important geographical effect in sample similarities.
Discussion: The ITS-based approach is a reliable and effective method to analyze the fungal communities associated with fern and lycophyte roots. The 18S approach is more appropriate for studies focused on the detailed screening of arbuscular mycorrhizal fungi.
Premisa: El estudio de los hongos asociados a licofitas y helechos proporciona información crucial sobre la evolución temprana de las plantas terrestres. Sin embargo, hasta el momento, la mayoría de las investigaciones ha evaluado las interacciones helecho–hongo basándose solamente en la observación directa de las raíces. En la presente investigación, establecemos y evaluamos un protocolo de metabarcoding enfocado en dos regiones de ADN para analizar las comunidades fúngicas asociadas a las raíces de helechos y licofitas. Métodos: Utilizamos dos pares de primer orientados hacia la región ITS ARNr, para la detección de las comunidades fúngicas generales, y la región 18S ARNr, para captar hongos pertenecientes al phylum Glomeromycota (i.e., hongos micorrícicos arbusculares). Para evaluar estos procedimientos, nosotros recolectamos y procesamos raíces de 12 especies de helechos y licofitas distantes desde el punto de vista filogenético. Resultados: Se observaron claras diferencias de composición entre los sets de datos ITS y 18S: mientras el primero demostró un predominio de los órdenes Glomerales (phylum Glomeromycota), Pleosporales y Helotiales (ambos en phylum Ascomycota), el set 18S reveló la mayor diversidad de hongos micorrizógenos arbusculares. Ninguno de los marcadores moleculares utilizados detectó miembros del phylum Mucoromycota en las muestras. El escalamiento multidimensional no métrico (NMDS) sugirió un papel importante de la región geográfica de origen en la determinación de las similitudes entre muestras. Discusión: El método basado en la región ITS es consistente, replicable y eficaz para analizar las comunidades fúngicas asociadas con raíces de helechos y licofitos. El enfoque 18S es más apropiado para estudios centrados en la detección de los hongos micorrizógenos arbusculares.
Prämisse: Detaillierte Untersuchungen der mit Lycophyten und Farnen assoziierten Pilze liefern entscheidende Erkenntnisse über die frühe Evolution von Landpflanzen. Die meisten Untersuchungen haben jedoch bisher Farn‐Pilz‐Interaktionen nur anhand der visuellen Wurzelinspektion untersucht. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Metabarcoding‐Protokoll etabliert und evaluiert, das auf zwei DNA‐Regionen abzielt, um die mit Farn‐ und Lycophytenwurzeln assoziierten Pilzgemeinschaften zu analysieren. Methoden: Wir Primerpaare verwendeten, die sich auf die rRNA‐Region des ITS konzentrierten, um die allgemeinen Pilzgemeinschaften zu untersuchen, und die 18S rRNA, um Glomeromycota‐Pilze (i.e., arbuskuläre Mykorrhizapilze) zu erfassen. Um diese Ansätze zu testen, sammelten und verarbeiteten wir Wurzeln von 12 phylogenetisch entfernten Farn‐ und Lycophytenarten. Ergebnisse: Wir fanden Unterschiede zwischen den Datensätzen ITS und 18S. Während die erste die Dominanz der Ordnungen Glomerales (Stamm Glomeromycota), Pleosporales und Helotiales (beide drin Stamm Ascomycota) offenbarte, zeigte die 18S‐Datensatz die größte Vielfalt arbuskulärer Mykorrhizapilze. Keiner der Marker konnte Mitglieder des Phylums Mucoromycota in den untersuchten Proben nachweisen. Die Nich‐metrische mehrdimensionale Skalierung (NMDS) Ordination deutete auf eine wichtige Rolle der geografischen Herkunftsregion bei der Bestimmung der Ähnlichkeiten der Proben hin. Diskussion: Der ITS‐basierte Ansatz ist konsistent, replizierbar und effektiv, um die gesamten Pilzgemeinschaften zu analysieren, die mit Farn‐ und Lycophytenwurzeln verbunden sind. Der 18S‐Ansatz eignet sich besser für Studien, die sich auf das detaillierte Screening von arbuskulären Mykorrhizapilzen konzentrieren.
Keywords: 18S rRNA; DNA sequencing; ITS; amplicons; ferns; lycophytes; metabarcoding; mycorrhizal fungi.
© 2023 The Authors. Applications in Plant Sciences published by Wiley Periodicals LLC on behalf of Botanical Society of America.