Geography and soil chemistry drive the distribution of fungal associations in lady's slipper orchid, Cypripedium acaule

Mycorrhizal associations are required for the germination of orchids in nature. Recent studies reveal that distributions of arbuscular mycorrhizal and ectomycorrhizal fungal species are influenced by soil nutrient availability. However, it is unclear how soil nutrient availability influences mycorrhizal and root endophytic fungal association in orchids. Here we studied the pink lady's slipper Cypripedium acaule Aiton, an orchid found typically in Pinus L. dominated forests of eastern North America, which associates with a diverse suite of fungi. We sampled 16 C. acaule populations across central and northern Georgia, USA. Soil samples were collected at the site of each plant and analyzed for organic matter, total carbon and nitrogen, calcium, ammonium, nitrate, and pH. Fungi present in the roots of each plant were identified from root samples using DNA analysis of key fungal barcoding genes. We then assessed the degree to which fungal associates corresponded to particular geographic, climatic, and soil factors via nonmetric multidimensional scaling. Our results indicate a broad association between geography, soil chemistry, and the distribution of root endophytic fungal associations in C. acaule. Importantly, this association may help explain why orchids with broad fungal associations are rare within landscapes. However, further research on the role of fungal availability in the soil is warranted. Resume : En nature, la germination des orchidees necessite une association mycorhizienne. Des etudes recentes revelent que la disponibilite des nutriments dans les sols influence la distribution des especes fongiques mycorhiziennes arbusculaires et ectomycorhiziennes. Cependant, on ne comprend pas bien comment la disponibilite des nutriments influence les associations fongiques avec les champignons mycorhiziens et endophytes chez les orchidees. Les auteurs ont etudie le cypripede acaule rose, Cypripedium acaule Aiton, une orchidee qui se retrouve typiquement dans des forets dominees par les pins de l'Est de l'Amerique du Nord, et qui s'associe aun ensemble diversifie de champignons. Ils ont echantillonne 16 populations du C. acaule sur l'ensemble du centre et du nord de la Georgie, aux Etats-Unis. Ils ont recolte des echantillons de sol sur le site de chaque plante et y a mesure la matiere organique, le carbone total ainsi que l'azote, le calcium, l'ammonium, le nitrate, et le pH. Ils ont identifie les champignons presents dans les racines de chaque plante en analysant l'ADN de genes fongiques determinants pour le barcoding. Ils ont ensuite evalue le degre auquel les champignons associes correspond ades facteurs geographiques, climatiques, et edaphiques avec une echelle multidimensionnelle non metrique. Les resultats indiquent une large association entre la geographie, la chimie du sol, et la distribu- tion des associations fongiques endophytes des racines, chez le C. acaule. Ce qui est important c'est que cette association peut expliquer pourquoi les orchidees ayant de larges associations fongiques sont rares dans le paysage. Cependant, il faut multiplier les recherches sur la disponibilite des champignons dans le sol. (Traduit par la Redaction) Mots-cles : diversite fongique, mosaique geographique, mycorhizes des orchidees, interaction hypogee plante-sol, specificite des champignons.