Genetic control of susceptibility to fungal symbionts of juvenile Norway spruce (Picea abies (L.) H. Karsten) in relation to long-term growth performance

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-0090-0
Title: Genetic control of susceptibility to fungal symbionts of juvenile Norway spruce (Picea abies (L.) H. Karsten) in relation to long-term growth performance
Author: Velmala, Sannakajsa
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences
Finnish Forest Research Institute, Vantaa
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2014-09-26
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-0090-0
http://hdl.handle.net/10138/135791
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: This study was carried out in order to reveal the degree to which host-tree factors influence the interaction between Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) and the endophytic (EN) and ectomycorrhizal fungi (EMF) found in their needles and roots, respectively. We also explored how susceptibility to fungal infection and the composition and functionality of associated fungal communities relates to seedling growth performance. In multiple glasshouse experiments, we challenged Norway spruce seedlings and clonal cuttings with pure culture and natural EMF inoculum. Clonal cuttings from healthy spruce were used to assess the heritability of EMF communities and needle endophytes. The relationship between the susceptibility to fungal infection and EMF community function with host-tree performance was studied using seedlings originating from families known to have different growth rates at later life stages. We also examined resource allocation and root architecture of the fast- and slow-growing Norway spruce seedlings. Hypotheses derived prior to and during this work were tested with molecular tools and appropriate statistical techniques. Host genotype partly controlled the colonization of EMF and EN species but future growth performance was not associated with susceptibility. Norway spruce seedlings originating from differently growing seed orchards were colonized similarly by EMF, and did not show any consistent bias in terms of infection rate or the function of single ectomycorrhizas. However, the short root architecture was found to be moderately heritable and varied consistently between the fast- and slow-growing origins. We observed seedlings of fast-growing origins to have sparse and widespread rootlets that enable a greater allocation of below-ground biomass and higher exoenzyme capacity compared to slow-growing seedlings. Norway spruce does not show a strong genetic signal for within-population selection towards its mutualistic fungi at the species level. Formation of the associated EMF community may be an effect rather than cause of seedling physiological state. The superior growth of fast-growing genotypes seems to be a consequence of resource allocation and optimal root structuring in the juvenile stage rather than the extent of colonization by fungal mutualists. We accept that root physiological factors may subsequently lead to a higher capacity for symbiotic interactions in heterogeneous forest soil and a higher diversity and functionality of associated EMF. An adequate and versatile means of nutrient acquisition is an important factor enabling fast growth, but might also provide the basis for positive feedback via enhanced relationships with mutualistic fungi.Työssä tutkittiin metsäkuusen (Picea abies (L.) Karst.) perimän vaikutusta taimivaiheen neulas- ja juurisieniyhteisöjen rakenteeseen, ja näiden sieniyhteisöjen yhteyttä isäntäpuun kasvuun, resurssien kohdentamiseen sekä juuriston rakenteeseen. Kuusen siementaimia ja klonaalisia pistokkaita altistettiin symbionttisille pintasienijuurisienille ja taudinaiheuttajasienille kasvihuonekokeissa, ja altistuksia seuranneita vuorovaikutuksia tutkittiin molekyylibiologisten ja tilastollisten menetelmien avulla. Klonaalisten pistokastaimien avulla tutkittiin kuusentaimien neulasendofyyttien ja pintasienijuurisienten yhteisörakenteen periytyvyyttä. Infektioalttiuden ja pintasienijuurten toiminnan yhteyttä kasvuun tutkittiin puolestaan eri alkuperää olevilla kuusen siementaimilla, jotka poikkesivat toisistaan myöhemmän kasvuvaiheen ilmiasultaan. Isäntäpuu sääteli osittain neulasendofyyttien ja pintasienijuurisienten kolonisaatiota mutta ei suoraan sienten lajimäärää tai infektioalttiutta. Myöhemmässä kasvuvaiheessa nopeasti ja hitaasti kasvavien kuusentaimien pintasienijuurisienten yhteisörakenteet olivat hyvin samanlaiset, eikä infektioherkkyydessä tai pintasienijuurten toiminnassa ollut eroja näiden taimiryhmien välillä. Suurimmat erot nopea- ja hidaskasvuisten kuusialkuperien siementaimien välillä ilmenivät juurten haarautumisessa ja resurssien kohdentamisessa. Hitaasti kasvavista alkuperistä peräisin olevat siementaimet kasvattivat tiheät juuristot, joissa oli paljon juurenkärkiä. Nopeakasvuisten alkuperien taimet kohdensivat enemmän resursseja maanalaiseen kasvuun, ja niiden juuret levittäytyivät hidaskasvuisia taimia laajemmalle, ja juuristotasolla niillä oli myös enemmän ravinteidenottopotentiaalia kuin hitaasti kasvavien alkuperien taimilla. Kuusi on elänyt miljoonia vuosia tiiviisti rinnakkain symbionttisten sientensä kanssa, ja tutkimustulostemme perusteella näyttää siltä, ettei kuusella esiinny voimakasta populaation sisäistä geneettistä valintaa sieniyhteisöjen lajeja kohtaan. Kuusen sieniyhteisöt eivät suoraan näytä säätelevän taimivaiheen elinvoimaisuutta, vaan ne saattavat pikemminkin heijastella isännän fysiologista tilaa. Hyvän kasvun salaisuus saattaa piillä resurssien kohdentamisessa oikeassa suhteessa maan alle erityisesti taimivaiheen aikana. Pitkällä aikavälillä riittävät juuriresurssit mahdollistavat kuuselle monipuolisen pintasienijuurisieniyhteisön kehityksen, joka puolestaan takaa monipuolisen toiminnan kautta riittävän veden ja ravinteiden saannin karussa metsämaassa. Hyvä ravinnetila voi edelleen johtaa kerääntyvän hyvän kierteeseen, joka voi olla yksi syy kuusen kasvueroihin.
Subject: metsäekologia
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
geneticc.pdf 1.361Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record