Resumo: Na simbiose entre plantas e fungos micorrízicos arbusculares (FMAs), o fungo auxilia na absorção de água e nutrientes, como fósforo (P) e nitrogênio, enquanto a planta fornece ao fungo carboidratos e ácidos graxos, evidenciando a biotrofia obrigatória de FMAs. Em simbiose, os FMAs possuem estruturas intra e extrarradiculares: o micélio intrarradicular ocupa o córtex das raízes, enquanto o extrarradicular se expande pelo solo em busca de recursos como água e nutrientes minerais. Essa associação contribui para a nutrição mineral das plantas, formação e estabilidade dos agregados do solo, aumento da tolerância vegetal a estresses ambientais e para o sequestro de carbono no solo. Contudo, o efeito de estresses ambientais aos FMAs ainda é pouco conhecido, sendo a maior parte dos estudos centrados no parceiro vegetal. Este trabalho buscou analisar mudanças no perfil composicional de hifas extrarradiculares (HE) do FMA Rhizophagus irregularis associado a Urochloa decumbens por microespectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (µ-FTIR). Para isto, foram inicialmente desenvolvidos protótipos de um sistema porta-amostra que permitisse o estabelecimento da associação com o parceiro vegetal em um ambiente compacto para posterior análise das HE por µ-FTIR. Em um segundo experimento, foram estudadas as respostas das HE do FMA ao estresse por variações na concentração de manganês (Mn) (100 µM) associada à duas concentrações de P: 10 µM e 100 µM, utilizando Urochloa decumbens como planta hospedeira. Em um terceiro experimento, plantas de U. decumbens associadas ou não a dois isolados de R. irregularis foram submetidas a dois regimes de sombreamento, redução de 70 (luz média) e 95% (luz baixa) da radiação fotossinteticamente ativa, e comparadas a um grupo controle (luz plena), a fim de investigar os efeitos do estresse luminoso no perfil composicional das HE e as respostas fisiológicas na planta hospedeira. Quanto ao desenvolvimento dos sistemas porta-amostra, foram avaliados o isolamento físico das HE das raízes, o crescimento das HE sobre substratos de ouro, usados como suporte de amostras em análises µ-FTIR no modo reflectância e a viabilidade das plantas. Não foi possível demonstrar a presença de HE de FMAs sobre os porta-amostras desenvolvidos, mesmo com presença de colonização intrarradicular nas plantas utilizadas nos sistemas. Foram encontradas hifas de fungos não micorrízicos arbusculares (não-MA) em quase todos os sistemas, evidenciando sua contaminação. Então, foram comparados os perfis composicionais de HE de FMA pré-coletadas e fungos não-MA do tipo dark septate endophyte crescendo nos sistemas desenvolvidos. As análises das HE por µ-FTIR permitiram detectar mudanças em grupos moleculares como lipídios, proteínas e carboidratos, que resultaram em padrões composicionais característicos para cada grupo de fungos estudados. As imagens hiperespectrais indicaram distribuição homogênea de carboidratos nas HE do FMA, sugerindo que nesta região espectral ocorrem principalmente compostos relacionados à parede celular do fungo. Quanto ao segundo bloco experimental, a concentração de 100 µM reduziu a extensão do micélio externo do FMA, mas somente combinada à concentração de 100 µM P. Já no terceiro e último bloco experimental, o estresse por sombreamento reduziu a produção de biomassa da planta independentemente do status micorrízico. Contudo a simbiose favoreceu a produção de perfilhos e o acúmulo de P nas folhas mesmo sob condições de baixa luz. O sombreamento reduziu a presença de arbúsculos e vesículas no córtex da raiz, mas sem impacto significativo na frequência de colonização ou extensão do micélio extrarradicular. As HE dos dois isolados de R. irregularis apresentaram distintos padrões espectrais por µ-FTIR, permitindo a sua diferenciação. Quanto à distribuição de compostos nas HE, proteínas em geral ocuparam regiões opostas aos lipídios. Nas hifas de plantas expostas à luz baixa foi possível perceber uma distribuição de carboidratos concentrada nas regiões centrais e apicais da hifa. Já para as demais condições de luminosidade, a distribuição de carboidratos ocorreu de maneira mais uniforme e contínua ao longo das hifas. Este trabalho utilizou de forma inovadora a µ-FTIR para a análise da simbiose micorrízica arbuscular com ênfase nas hifas extrarradiculares do FMA. Os resultados possibilitaram validar respostas ainda pouco conhecidas acerca da fisiologia de FMA submetidos ao estresse ambiental Ver menos

Abstract: In the symbiosis between plants and arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), the fungus assists in the absorption of water and nutrients, such as phosphorus (P) and nitrogen, while the plant provides the fungus with carbohydrates and fatty acids, demonstrating the obligate biotrophy of AMF. In symbiosis, AMF have both intra- and extraradical structures: the intraradical mycelium colonizes the root cortex, while the extraradical mycelium extends into the soil in search of resources such as water and mineral nutrients. This association contributes to plant mineral nutrition, soil aggregate formation and stability, enhanced plant tolerance to environmental stresses, and soil carbon sequestration. However, the effects of environmental stresses on AMF remain poorly understood, with most studies focusing on the plant partner. This study aimed to analyze changes in the compositional profile of extraradical hyphae (EH) of the AMF Rhizophagus irregularis associated with Urochloa decumbens using Fourier-transform infrared microspectroscopy (µ-FTIR). For this purpose, prototypes of a sample holder system were initially developed to enable the establishment of the symbiotic association with the plant partner in a compact environment, followed by EH analysis via µ-FTIR. In a second experiment, the responses of AMF EH to stress induced by variations in manganese (Mn) concentration (100 µM) combined with two P concentrations (10 µM and 100 µM) were investigated, using Urochloa decumbens as the host plant. In a third experiment, U. decumbens plants, either colonized or not by two R. irregularis isolates, were subjected to two shading regimes—70% (medium light) and 95% (low light) reduction in photosynthetically active radiation—and compared to a control group (full light). This was done to assess the effects of light stress on the compositional profile of EH and the physiological responses of the host plant. Regarding the development of the sample holder systems, the physical isolation of EH from roots, the growth of EH on gold substrates (used as sample supports in reflectance-mode µ-FTIR analyses), and plant viability were evaluated. The presence of AMF EH on the developed sample holders could not be confirmed, despite intraradical colonization in the plants used in the systems. Hyphae from non-arbuscular mycorrhizal (non-AM) fungi were found in nearly all systems, indicating contamination. Consequently, the compositional profiles of pre-collected AMF EH and dark septate endophyte-type non-AM fungi growing in the developed systems were compared. µ-FTIR analyses of EH detected changes in molecular groups such as lipids, proteins, and carbohydrates, resulting in distinct compositional patterns for each fungal group studied. Hyperspectral imaging revealed homogeneous carbohydrate distribution in AMF EH, suggesting that this spectral region primarily contains compounds related to the fungal cell wall. In the second experimental block, the 100 µM Mn concentration reduced the extent of AMF external mycelium, but only when combined with 100 µM P. In the third and final experimental block, shading stress reduced plant biomass production regardless of mycorrhizal status. However, symbiosis promoted tiller production and P accumulation in leaves even under low-light conditions. Shading decreased the presence of arbuscules and vesicles in the root cortex but did not significantly affect colonization frequency or extraradical mycelium extent. The EH of the two R. irregularis isolates exhibited distinct spectral patterns in µ-FTIR, allowing their differentiation. Regarding compound distribution in EH, proteins generally occupied regions opposite to lipids. In hyphae from plants exposed to low light, carbohydrates were concentrated in the central and apical regions, whereas under other light conditions, carbohydrate distribution was more uniform and continuous along the hyphae. This study innovatively applied µ-FTIR to analyze arbuscular mycorrhizal symbiosis, with an emphasis on AMF extraradical hyphae. The results helped validate poorly understood responses regarding the physiology of AMF under environmental stress Ver menos