Sieniyhteisön lajiston ja monimuotoisuuden muutos puun lahotessa

Transkriptio

1 Sieniyhteisön lajiston ja monimuotoisuuden muutos puun lahotessa Metsätieteen päivä Tiina Rajala, Mikko Peltoniemi, Taina Pennanen, Raisa Mäkipää Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

2 Sienet ovat boreaalisissa metsissä tärkeimpiä lahottajaorganismeja 2 Kuvat:E. Salo, M. Peltoniemi

3 Lahopuun määrä vähenee, erityisesti Etelä-Suomessa Lahopuuta keskimäärin Talousmetsissä <3 m 3 /ha Luonnontilaisissa metsissä m 3 /ha Lähde: Luque & Vainikainen: Suomen VMI aineisto 3

4 Lahottajasienien diversiteetti vaarassa vähentyä Lahopuun määrän pieneneminen, luonnontilaisten metsien pirstoutuminen ja suurien tukkien väheneminen Kääpäsienistä 37% uhanalaisia (Rassi et al. 2001) Miten sienidiversiteetin väheneminen vaikuttaa lahotusprosessiin ja ravinnekiertoon pitkällä aikavälillä? Luonnontilainen metsä, Sipoo Talousmetsä, Heinola, UPM 4

5 Lahottajasienet tunnetaan puutteellisesti Sienidiversiteetin ja -lajiston dynamiikka sekä vaikutus lahotusnopeuteen tunnetaan huonosti Tietämys lahopuulla elävistä sienistä perustuu pääosin itiöemähavaintoihin ja sienten viljelyyn kasvatusmaljoilla Taulakääpä (Fomes fomentarius) itiöemä Juurikääpä (Heterobasidium parviporum) puhdasviljemä 5

6 "Sienilajiston monimuotoisuus ja sukkessio lahoavalla puulla" -hanke Tavoitteena tutkia lahopuulla elävän sienien sukkessiota Miten liittyy hajoamisprosessiin, sen nopeuteen, ja lahoavan substraatin laatuun? 6

7 Koealat: luonnontilaiset kaltaiset, kuusivaltaiset metsiköt Etelä- ja Keski-Suomessa Loppi Evo Lapinjärvi Loppi Rörstrand Petäjäjärvi Vesijako Kuvat: T. Rajala, E. Salo, 7

8 Puiden mittaukset ja paikannukset metsässä Laatu Elävä/kuollut, puulaji, pysty- /maapuu, kanto, kaatumistapa Sijainti Läpimitta, pituus M. Peltoniemi 8

9 Lahoasteen arviointi ja kääpäkartoitus Lahoaste Maakontakti ja etäisyys maahan Kääpälajisto (itiöemät) M. Peltoniemi M. Peltoniemi E. Salo E. Salo M. Peltoniemi 9

10 Koealat ja näytepuut 75 m 75 m ~600 kuusimaapuuta (dph >5 cm) laholuokista 1-5 valittiin näytepuiksi 10

11 Näytteenotto Puunäyte Pisimmän kappaleen puolivälistä Kuusilahopuut kaikista laholuokista Lisäksi Evolta kaikista puulajeista 11

12 Näytteenotto Puupuru Sienten DNA analyysi C:N suhde Kemialliset fraktiot Puukiekko Puun tiheys Dendrokronologinen analyysi M. Häyrynen 12

13 Puun fysikaalis-kemiallisen laadun analysointi Kemialliset fraktiot Vesi- ja etanoliuuttuvat Ligniini (Klason) N%, C:N suhde Puun tiheys Kosteus Myös dendrokronologinen analyysi (ikäarvio) 13

14 Sienilajiston DNA analyysit Totaali DNA/RNA eristys puupurusta Sieni-DNA:n PCR monistus Kuvat: M. Häyrynen 14

15 Sieniyhteisön DNA-profilointi DGGE (denaturoiva gradientti geelielektroforeesi) Sienilajit erottuvat toisistaan DNA-juoste profiilit kuvastavat yhteisön rakennetta DNA-juosteet voitiin leikata, sekvenssoida ja tunnistaa vertaamalla geenipankiin L L L Leikattiin irti ja sekvenssoitiin sienilajin tunnistus M. Peltoniemi 15

16 Mitä olemme löytäneet... 16

17 Puulajeilla erilaiset sieniyhteisöt Rajala et al. (2010) Can. J. For. Res. In Press Moniulotteinen skaalaus (NMDS): Sienet DNA:n perusteella Kääpäitiöemien perusteella (a) (b) Kuusi Haapa Kuusi Koivu Mänty Haapa Koivu Mänty 17

18 Askomykeetit yleisempiä lehtipuilla kuin havupuilla Rajala et al. (2010) Can. J. For. Res. In Press 18

19 Puulajeilla erilaiset sienilajit Rajala et al. (2010) Can. J. For. Res. In Press Suuri osa lajeista tuntemattomia. 19

20 Puun (kuusi) laadun muutos lahosukkessiossa Rajala et al., Manuscript in preparation 20

21 Sieniyhteisön rakenne on yhteydessä puun laatuun Rajala et al. Manuscript in preparation NMDS: kuusilahopuiden sieniyhteisö- (DGGE)profiilien perusteella 21

22 Sieniyhteisön rakenteen ja puun laadun välinen suhde (p-arvot) Rajala et al. Manuscript in preparation Sipoo Lapinjärvi Loppi Vesijako Tiheys Laholuokka Halkaisija Maakontakti Kosteus C/N-suhde Ligniini n.d. n.d. EtOH uuttuvat n.d. n.d. Vesi uuttuvat n.d. n.d. Merkitsevät tekijät (punaisella) monen muuttujan varianssianalyysin mukaan. N.d., ei määritetty 22

23 Sienilajidiversiteetti lahopuulla Kääpäitiöemät paljastivat vain osan koko lajistosta 0-24 taksonia/0,1 g puuta 0-8 itiöemä/runko DNA:n perusteella suurin diversiteetti kaikkein lahoimmissa rungoissa DNA-DGGE:n resoluutiokyky äärirajoilla lahonneissa rungoissa? Ovaskainen et al. (2010) DNA Kääpä itiöemät 23

24 RNA analyysi kohdistuu aktiivisiin sieniin Rajala et al., Submitted manuscript Sienidiversiteetin kasvu puutiheyden pienentyessä havaittiin selvemmin RNA analyysillä. L a d d e r DNA RNA DNA RNA DNA RNA Sample 1 Sample 2 Sample 3 L a d d e r DNA RNA DGGE geeli 24

25 Sienilajiston sukkessio lahon edetessä Basidiomykeetti:Askomykeetti suhde kasvoi. 25

26 Sienilajiston sukkessio lahon edetessä Coniophora, Phellinus Hyphodontia, Tylospora Tylospora, Russula Phellinus, Antrodia Coniophora, Phellinus 26

27 Sienten funktionaalisuuden muutos Valko- ja ruskolahottajat pääasiassa laholuokissa 1-4. Mykorritsat dominoivat lahosukkession lopussa. 27

28 Valko- ja ruskolahottajat, sekä mykorritsat kolonnisoivat laadultaan erilaisia substraatteja Symbolin koko viittaa N%. 28

29 Yhteenveto Sieniyhteisöt erosivat eri puulajeilla Askomykeetit yleisempiä lehtipuilla Sieniyhteisö muuttui puun lahotessa Puun tiheys, N, ligniini, kosteus ja etäisyys maanpintaan ovat voimakkaimmin yhteydessä sieniyhteisön rakenteeseen Basidiomykeettien osuus kasvoi Mykorritsasienet dominoivat lahosukkession lopussa Suuri osa sienistä oli tuntemattomia 29

30 Yhteenveto ja jatkotutkimukset DNA analyysit paljastivat, että lahopuissa elää monimuotoinen sieniyhteisö Variaatio koealojen sisällä ja välillä suurta Lajistotutkimus edellyyttää suurta näytemäärää ja tarkkoja menetelmiä DNA näytteiden 454 pyrosekvenssointi työn alla Mitä kolonnisaatioreittejä sienet käyttävät? Vertaamme sieniyhteisöjä lahoavissa puissa ja maassa Yhteistyö Prof. Otso Ovaskaisen tutkimusryhmän kanssa 30

31 Tutkimusryhmä Raisa Mäkipää (project leader) Taina Pennanen Mikko Peltoniemi Tiina Rajala 31

32 Kiitokset avusta Reijo Penttilä, Jenni Hottola, Ismo Erikson (kääpäinventointi) Erkki Salo, Timo Siitonen, Hilkka Ollikainen, Jukka Lehtimäki, Veijo Salo (maastotyöt) Satu Repo, Kerttu Nyberg, Arja Tervahauta, Kaarina Pynnönen, Satu Peltola, Tauno Luosujärvi (laboratorio/maastotyöt) Markku Tamminen, Esko Oksa (datan organisointi) Mona Lindfors, Joan Maspons, Paula Kärnä, Matias Häyrynen, Marie-Suzanne Mukakarera, Jessica Torstensson (harjoittelijat laboratoriossa) Suomen Akatemia, rahoitus (121606) 32

33 Kiitokset mielenkiinnosta! Sipoo, Rörstrand References: Rajala, T., Peltoniemi, M., Pennanen, T. & Mäkipää, R Relationship between woodinhabiting fungi determinend by molecular analysis (denaturing gradient gel electrophoresis) and quality of decaying logs. Can. J. For. Res., in press. Rajala, T., Peltoniemi, M., Hantula, J., Mäkipää, R. & Pennanen, T. Fungal RNA reveals succession of active fungi during the decay of Norway spruce logs. Submitted manuscript. Ovaskainen, O., Nokso-Koivisto, J., Hottola, J., Rajala, T., Pennanen, T., Ali-Kovero, H., Miettinen, O., Oinonen, P., Auvinen, P., Paulin, L., Larsson, K.-H. and Mäkipää, R Identifying wood-inhabiting fungi with 454 sequencing - what is the probability that BLAST gives the correct species? Fungal Ecology, 3: