Indirect interactions among co-infecting parasites and a microbial mutualist impact disease progression

Interactions among parasites and other microbes within hosts can impact disease progression, yet study of such interactions has been mostly limited to pairwise combinations of microbes. Given the diversity of microbes within hosts, indirect interactions among more than two microbial species may also impact disease. To test this hypothesis, we performed inoculation experiments that investigated interactions among two fungal parasites, Rhizoctonia solani and Colletotrichum cereale, and a systemic fungal endophyte, Epichloë coenophiala, within the grass, tall fescue ( Lolium arundinaceum ). Both direct and indirect interactions impacted disease progression. While the endophyte did not directly influence R. solani disease progression or C. cereale symptom development, the endophyte modified the interaction between the two parasites . The magnitude of the facilitative effect of C. cereale on the growth of R. solani tended to be greater when the endophyte was present. Moreover, this interaction modification strongly affected leaf mortality. For plants lacking the endophyte, parasite co-inoculation did not increase leaf mortality compared to single-parasite inoculations. By contrast, for endophyte-infected plants, parasite co-inoculation increased leaf mortality compared to inoculation with R. solani or C. cereale alone by 1.9 or 4.9 times, respectively. Together, these results show that disease progression can be strongly impacted by indirect interactions among microbial symbionts.

Emergencia y crecimiento inicial de festuca alta libre e infectada con endófitos silvestres o seguros

El objetivo de este trabajo fue evaluar, durante la etapa temprana de implantación de festuca alta, el porcentaje y la velocidad de emergencia, la producción de biomasa y la proporción de raíz en plantas provenientes de una población naturalizada del sudeste de la Provincia de Buenos Aires (S) y del cv. Taita (T), libres (S- y T-, respectivamente) e infectadas con el endófito silvestre Epichloë coenophiala (S+) y con el endófito seguro AR584 (T+) respectivamente. Se sembraron ocho bandejas plantineras de 50 celdas para cada tratamiento (i.e. S-, S+, T- y T+) y se ubicaron de forma tal que la superficie superior de la misma quedara al ras del suelo en una parcela preparada para la siembra de una pastura. El número de plántulas emergidas en cada bandeja se registró diariamente hasta los 28 días desde la siembra y se determinó el porcentaje y la velocidad de emergencia. A los 47 días desde la siembra se determinó la materia seca de la parte aérea y radical de las plantas emergidas. A los 28 días desde la siembra, no se registraron diferencias significativas en el número de plantúlas emergidas dentro de las festucas infectadas (p=0,9965) ni entre las libres (p=0,7525). No se encontraron diferencias significativas (p=0,4738) entre las festucas en la velocidad de emergencia. Las festucas infectadas presentaron una biomasa total por planta superior a la de las libres debido a una mayor biomasa de raíces, aunque las diferencias para ambas variables sólo fueron significativas (p<0,001) en el caso del cv. Taita. En nuestras condiciones la presencia del endófito aumentó el porcentaje de plántulas emergidas tanto en la población naturalizada como en Taita, y promovió el desarrollo radical en este último.

Higher-order interactions among coinfecting parasites and a microbial mutualist impact disease progression

Interactions among parasites and other microbes within hosts can impact disease progression, yet study of such interactions has been mostly limited to pairwise combinations of microbes. Given the diversity of microbes within hosts, higher-order interactions among more than two microbial species may also impact disease. To test this hypothesis, we performed inoculation experiments that investigated interactions among two fungal parasites, Rhizoctonia solani and Colletotrichum cereale, and a systemic fungal endophyte, Epichloê coenophiala, within a grass host. Both pairwise and higher-order interactions impacted disease progression. While the endophyte did not directly influence R. solani growth or C. cereale symptom development, the endophyte modified the interaction between the two parasites. The magnitude of the facilitative effect of C. cereale on the growth of R. solani tended to be greater when the endophyte was present. Moreover, this interaction modification strongly affected leaf mortality. For plants lacking the endophyte, parasite co-inoculation did not increase leaf mortality compared to single-parasite inoculations. In contrast, for endophyte-infected plants, parasite co-inoculation increased leaf mortality compared to inoculation with R. solani or C. cereale alone by 1.9 or 4.9 times, respectively. Together, these results show that disease progression can be strongly impacted by higher-order interactions among microbial symbionts.

Habilidad competitiva entre plantas de festuca alta libres e infectadas con hongo endófito bajo cosecha.

Dado el aumento de la incidencia del endófito Epichloë coenophiala en pasturas de festuca alta y el consecuente riesgo de intoxicación del ganado por festucosis, resulta importante comprender qué papel juega la competencia entre plantas infectadas (E+) y libre de endófito (E-) en interacción con la defoliación, en el aumento de la frecuencia de E+ sobre E-. Se realizó un experimento de competencia de tipo sustitutivo en macetas a campo. Se emplearon 4 genotipos de festuca E+ y E- (remoción con fungicida y clonación). Los clones E- y E+ fueron utilizados en tres niveles de tratamiento: monoculturas E+E+, monoculturas E-E- y mezclas 1:1 E+E-, a densidad constante de 8 plantas/maceta (2 por genotipo), combinados con dos niveles de defoliación (sin y con corte mecánico). Los cortes de biomasa aérea se efectuaron cada 2 semanas a 3 cm del suelo. La simbiosis endófito-festuca no se tradujo en una mayor biomasa aérea de las monoculturas E+E+ respecto a las E-E-, independientemente del tratamiento de corte. En el tratamiento testigo sin defoliación, las monoculturas E-E- produjeron mayor biomasa que las E+E+, sugiriendo un costo neto de la asociación simbiótica en esta condición. Cuando ambos fenotipos crecieron en mezclas 1:1, las plantas E+ se comportaron como dominantes, de acuerdo a los índices de competencia estimados. Contrariamente a los esperado, ni los cortes periódicos ni la provisión de condiciones de crecimiento sin restricciones de recursos, neutralizaron los efectos positivos de la simbiosis sobre plantas E+, creciendo en mezcla 1:1 con plantas E-. La incidencia de infección en mezclas E+E- tendería a aumentar, al menos en condiciones favorables para el crecimiento de las plantas y en ausencia de otros herbívoros que podrían ser disuadidos por plantas E+.