Mitä pajukosteikon juuriston mikrobianalyysi kertoo? , Oulun yliopisto Karoliina Iso-Junno

Transkriptio

1 Mitä pajukosteikon juuriston mikrobianalyysi kertoo?, Oulun yliopisto Karoliina Iso-Junno

2 Sisältö Taustaa Työn tarkoitus Materiaalit ja menetelmät Tulokset&Pohdinta Yhteenveto

3 Taustaa - Mikrobit Mikro-organismit: Bakteerit, arkit, mikroskooppiset organismit (mm. leviä, sieniä, alkueliöitä) Mikrobit voivat vuorovaikuttaa kasvien kanssa, muodostavat usein symbionttisen suhteen Molemmat osapuolet hyötyvät: vaihdettavia resursseja esim. ravinteet ja yhteytystuotteet Juurisienet edistävät erityisesti veden ja ravinteiden ottoa Bakteerit voivat tehostaa aineenvaihduntaa syntetisoimalla yhdisteitä Soil microbes Courtesy of Pacific Northwest National Laboratory. 3 Karoliina Iso-Junno

4 Taustaa - Mikrobit Symbionttiset mikrobit elävät sekä juuren sisä-, että ulkopuolella eriasteisesti Mykorritsa eli sienijuuri yleisin mikrobien ja kasvien symbioosi Endomykorritsa sisäsienijuuri Arbuskelimykorritsa (AM) - keräsienijuuri Ektomykorritsa (EcM) pintasienijuuri Kärpässieniin kuuluvan sienen (Amanita) sienirihmastoa. oot_tips_(amanita).jpg 4 Karoliina Iso-Junno

5 Taustaa - Pajut toimivia maaperän puhdistukseen ravinteista ja raskasmetalleista mikrobit voivat vaikuttaa pajujen raskasmetallien ja ravinteiden ottoon Puhdistuskosteikko-olosuhteissa ei ole tutkittu pajujen juuriston mikrobiyhteisöjen rakennetta ja merkitystä biopuhdistuksen onnistumiselle 5 Karoliina Iso-Junno

6 Työn tarkoitus Selvittää eroavuudet mikrobiyhteisön koostumuksessa 1. pajulajikkeiden 2. jätevesikentällä koeolosuhteissa ja puhtaalla kontrollialueella kasvaneiden pajuyksilöiden 3. heikosti selviytyneiden ja hyvin selviytyneiden pajujen välillä 6 Karoliina Iso-Junno

7 Koeasetelma Koealue Pajukosteikko 20 näytettä Gudrun 5 Karin 5 (4*) Klara 5 (4*) Toranki 5 Kontrollialue (Referenssi) Puhdas maaperä 10 näytettä Gudrun 5 Karin 1 Klara 3 (2*) Toranki 1 Yht. 30 näytettä, 2 kasvukautta maaperässä, valinta kasvun ja sijainnin mukaan *sienianalyysissä 3 näytettä vähemmän 7 Karoliina Iso-Junno Kuva: Heini Postila

8 Materiaalit ja menetelmät DNA:n eristys, monistus PCR:llä (sienien ITS2 ja bakteereiden 16S rdna alukkeet), PCR-tuotteiden emäsjärjestyksen selvitys (Ion Torrent PGM sekvensointi) Bioinformatiikka QIIME2-ohjelmalla Taksonomian määritys: UNITE (sienet), SILVA (bakteerit) Mikrobiyhteisölle laskettiin Lajirikkaus (richness) Tasaisuus (evenness) Monimuotoisuus (Shannonin diversiteetti) Vertailu: QIIME2 Kruskal-Wallis -testi Lisäanalyysejä R-ohjelmalla Biomassan ja mikrobiryhmien korrelaatio (Pearson) Mikrobiryhmien esiintyminen (ANOVA) 8 Karoliina Iso-Junno

9 Tulokset: bakteerit 73 % proteobakteereita 9 % acidobakteereita 7 % actinobakteereita 6 % bacteroideja 3 % Chloroflexi 14-77% Pajujen Kloroplastideja ja Mitokondrioita 9 Karoliina Iso-Junno

10 Sienet 58% kotelosieniä (Ascomycota) 24% kantasieniä (Basidiomycota) 18% tunnistamattomia sieniä 10 Karoliina Iso-Junno

11 Bakteerit Tasaisuus (evenness) ei suurta vaihtelua Suurin ero Gudrun-Karin (p = 0,023) Bakteerilajien määrässä (richness) eroja Eniten eri lajeja Gudrunilla Gudrun-Klara (p < 0,001) Gudrun-Karin (p = 0,009) Monimuotoisuus (Shannon) suurinta Gudrun Alhaisin Klara Erot: Gudrun-Klara (p < 0,001), Gudrun-Karin (p = 0,002) Sienet Tasaisuus (evenness) ei suurta vaihtelua Klara-Karin (p = 0,018) Sienilajien määrässä (richness) ei juuri eroja Eniten lajeja Klaralla Klara-Karin (p = 0,035) Monimuotoisuus (Shannon) Suurinta Klara Alhaisin Karin Karin-Klara (p=0,018), Karin- Toranki (p=0,028) HOX: Käsittelyalueiden välillä ei eroja mikrobistoissa 11 Karoliina Iso-Junno

12 Shannon (bakteerit) 12 Karoliina Iso-Junno

13 Shannon (sienet) 13 Karoliina Iso-Junno

14 Tarkastellut bakteeriryhmät Kolmen bakteerien pääjakson, Chloroflexi, Firmicutes ja Verrucomicrobia suhteellinen osuus (%) juurien bakteeriyhteisössä näytekohteisesti. Chloroflexi Lajike vaikuttaa esiintymiseen (p < 0,001) Chloroflexi mahdollisesti korrelaatiota biomassan kanssa Ref-Klaralla ( p = 0,028) Koe-Toranki (p = 0,048) Firmicutes mahdollisesti korrelaatiota biomassan kanssa Ref-Gudrun (p = 0,023) 14 Karoliina Iso-Junno

15 Tarkastellut sieniryhmät Pezizales korrelaatio biomassan kanssa Koe-Gudrun (p = 0,006) Koe-Toranki (p < 0,001) Pezizales koealueella enemmän? (p = 0,049) 15 Karoliina Iso-Junno

16 Pezizales 16 Karoliin Iso-Junno

17 Yhteenveto Käsittelyiden mikrobistojen välillä ei merkitseviä eroja Yksittäiset mikrobit kuten Pezizaceae erosivat Pajulajikkeiden mikrobistoissa eroja Monimuotoisuus (Shannon) Bakteerit: merkitseviä eroja Sienet: melkein merkitseviä eroja Esim. Chloroflexi Biomassan ja mikrobien välillä mahdollisesti korrelaatiota Biomassan ja Pezizales-sieniryhmän välillä positiivinen korrelaatio (Koe-Gudrun, Koe-Toranki) Chloroflexi, viitteitä korrelaatiosta (Ref-Klara, Koe-Toranki) Firmicutes, viitteitä korrelaatiosta (Ref-Gudrun) 17 Karoliina Iso-Junno

18 Kiitokset: Rahoittajille, työ suoritettiin osana EAKR-rahoitteista HuJa-projektia Työn ohjaus ja opastus: Heini Postila (Vesi- ja ympäristötekniikan tutkimusyksikkö), Saija Ahonen (Luonnontieteellinen tiedekunta, biologia, ekologia/genetiikka), Annamari Markkola (Luonnontieteellinen tiedekunta, biologia, ekologia) PCR, Qiime2: Saija Ahonen Sekvensointi: Oulu Biocenter Marko Suokas Avustus juurinäytteiden käsittelyssä: Oulun yliopiston opiskelijat Veera Saari, Elli Närhi, Serena Baini Muut työn toteutumiseen osalliset 18 Karoliina Iso-Junno

19 19 Karoliina Iso-Junno Kiitos!

20 Lähteet: Martiny, J.B.H., Bohannan, B.J.M., Brown, J.H., Colwell, R.K., Fuhrman, J.A., Green, J.L., Horner- Devine, M.C. et al. (2006). Microbial Biogeography: Putting Microorganisms on the Map. Nature Reviews Microbiology 4 (2): Timonen, S. & Valkonen, J. (2013). Sienten Biologia. Helsinki: Gaudeamus. Marschner, P. (2011). Marschner s Mineral Nutrition of Higher Plants: Third Edition. Marschner s Mineral Nutrition of Higher Plants: Third Edition. Compant, S., Clément, C. & Sessitsch A. (2010). Plant Growth-Promoting Bacteria in the Rhizo- and Endosphere of Plants: Their Role, Colonization, Mechanisms Involved and Prospects for Utilization. Soil Biology and Biochemistry 42 (5): Pohjonen, V. (2015). Biomassapajun lajit ja lajikkeet Suomessa. Kuvat: Karoliina Iso-Junno