Carbohydrate composition of apoplastic fluids isolated from tomato leaves inoculated with virulent or avirulent races of Cladosporium fulvum (syn. Fulvia fulva)

Abstract

Inoculation of tomato (Lycopersicon esculentum) with virulent races ofCladosporium fulvum (compatible interactions), resulted in substantial changes of the carbohydrate composition of apoplastic fluids isolated from the leaves, during the course of the infection process. In addition to a decrease in the concentration of the translocation sugar sucrose, a transient accumulation of the hexoses glucose and fructose and an accumulation of the polyol mannitol were observed. The latter coincided with a rising level of mannitol dehydrogenase, an enzyme that reduces fructose to mannitol. Only minor changes were detected in the carbohydrate composition of apoplastic fluids isolated from leaves of uninoculated control plants or plants inoculated with avirulent races ofC. fulvum (incompatible interactions). The fungal metabolite mannitol was not detected in apoplastic fluids isolated from the latter plants.

These results suggest that, upon colonization of the intercellular spaces by virulent races ofC. fulvum, apoplastic sucrose is hydrolyzed by a host and/or fungal invertase and the resulting hexoses, glucose and fructose, are converted into mannitol by the fungus. In incompatible tomato-C. fulvum interactions a functional nutritional relationship between plant and fungus is prevented by plant defense responses, which might explain why in these interactions the carbohydrate composition of apoplastic fluids is similar to that of uninoculated control plants.

Samenvatting

Inoculatie van tomaat (Lycopersicon esculentum) met virulente fysio's vanC. fulvum (compatibele interacties), leidde tot aanzienlijke veranderingen in de koolhydraatsamenstelling van apoplastische vloeistoffen die uit de bladeren werden geïsoleerd in de loop van het infectieproces. Naast een sterke daling van de concentratie van de transportsuiker saccharose, vond er ophoping van de hexoses glucose en fructose en de polyol mannitol plaats. De accumulatie van mannitol ging gepaard met een toename in de activiteit van mannitol dehydrogenase, een enzym dat fructose reduceert tot mannitol. In de koolhydraatsamenstelling van apoplastische vloeistoffen geïsoleerd uit bladeren van niet geïnoculeerde controleplanten, of planten geïnoculeerd met avirulente fysio's vanC. fulvum (incompatibele interacties), werden slechts kleine veranderingen waargenomen. De schimmelmetaboliet mannitol kon niet worden aangetoond in de apoplastische vloeistoffen die uit deze planten werden geïsoleerd.

Deze resultaten suggereren dat bij de kolonisatie van de intercellulaire ruimtes door virulente fysio's vanC. fulvum, saccharose uit de apoplast wordt gehydrolyseerd door invertase afkomstig van de plant of de schimmel waarna de ontstane hexoses, glucose en fructose, door de schimmel worden omgezet in mannitol. Bij incompatibele tomaatC. fulvum interacties wordt een functionele voedingsrelatie tussen plant en schimmel voorkomen door het optreden van afweerreacties van de plant, hetgeen kan verklaren waarom in deze interacties de koolhydraatsamenstelling van apoplastische vloeistoffen vergelijkbaar is met die van niet geïnoculeerde controleplanten.