Terpene analysis and transcript profiling of the conifer response to Heterobasidion annosum s.l. infection and Hylobius abietis feeding

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:ISBN 978-951-51-1782-3
Title: Terpene analysis and transcript profiling of the conifer response to Heterobasidion annosum s.l. infection and Hylobius abietis feeding
Author: Keriö, Susanna
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2015-12-11
Belongs to series: Dissertationes Schola Doctoralis Scientiae Circumiectalis, Alimentariae, Biologicae - URN:ISSN:ISSN 2342-5431
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:ISBN 978-951-51-1782-3
http://hdl.handle.net/10138/158279
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: During their life, conifers are attacked by fungal pathogens and insects. In the European forests, Heterobasidion annosum sensu stricto (s.s.) attacks Scots pine (Pinus sylvestris) roots, whereas Heterobasidion parviporum causes the majority of decay in Norway spruce (Picea abies), both causing severe economic losses. Another significant health problem of Scots pine is caused by Hylobius abietis, the large pine weevil, which damages newly established Scots pine stands. Several defence reactions in trees are activated upon fungal infection and insect attack, but these reactions have not been comprehensively studied in conifers. In this dissertation, the responses of mature Norway spruce and Scots pine trees to Heterobasidion spp. inoculation, and the responses of Scots pine saplings to Hylobius abietis feeding were studied. Also the ability of homokaryotic Heterobasidion spp. isolates to infect mature conifer hosts and elicit defensive responses was investigated. Terpene and transcript profiles of Scots pine to H. annosum s.s. and H. abietis challenge were studied, and a customised oligonucleotide microarray with 36.5K cDNA elements designed based on the P. taeda transcriptome was used to study the Scots pine transcriptome. The used homokaryotic Heterobasidion spp. isolates were able to colonize and evoke defence responses in the host trees with varying levels of susceptibility. Insect feeding and fungal inoculation induced terpene production in Scots pine. The results indicated that high accumulation of terpenes is not necessarily an effective defence against H. annosum, but δ-3-carene might be associated with higher tolerance to H. annosum in Scots pine. Only few genes related to terpene synthesis were induced in response to H. annosum infection and weevil feeding. Induction of genes related to biotic and abiotic stress responses indicated a wide transcriptomic reprogramming in response to fungal infection and weevil feeding. Genes related to signal perception and defence responses were induced especially in the trees less susceptible to H. annosum inoculation. In addition to these genes, Scots pine δ-3-carene synthases are promising candidates for further research on the Scots pine resistance to H. annosum.Havupuut altistuvat elämänsä aikana sienten ja hyönteisten hyökkäyksille. Euroopan metsissä juurikäävät (Heterobasidion annosum sensu stricto (s.s.) ja Heterobasidion parviporum) aiheuttavat kuolleisuutta, lahoa ja kasvutappioita männyllä (Pinus sylvestris) ja kuusella (Picea abies). Merkittävä hyönteistuholainen on tukkimiehentäi (Hylobius abietis), joka aiheuttaa vaurioita männyn taimikoissa. Sekä juurikäävät että tukkimiehentäi aiheuttavat merkittäviä taloudellisia tappioita metsätaloudelle. Vasteena sieni-infektioon ja hyönteisvioitukseen, useat puolustusreaktiot aktivoituvat puissa, mutta näitä reaktioita ei ole kattavasti tutkittu havupuilla. Tässä tutkielmassa perehdyttiin varttuneiden kuusien ja mäntyjen reaktioihin vasteena juurikääpäinfektioon, sekä männyntaimien reaktioihin tukkimiehentäin aiheuttamaan vioitukseen. Myös homokaryoottisten juurikääpäkantojen kykyä tartuttaa puita ja herättää puolustusvasteita tutkittiin. Männyn puolustusvasteita tutkittiin terpeeni- ja geeniekspressioanalyysin avulla. Käytetyt homokaryoottiset juurikääpäkannat pystyivät tartuttamaan kuusia ja mäntyjä, ja myös herättivät puolustusvasteita taudinalttiudeltaan eroavissa puissa. Hyönteisvioitus ja sieni-infektio lisäsivät terpeenien tuotantoa männyssä. Tulokset viittasivat siihen että korkeampi terpeenipitoisuus ei suojaa juurikääpätartunnalta, mutta että δ-3-kareeni saattaa olla yhteydessä parempaan juurikäävän kestävyyteen. Vain muutama terpeenien synteesiin liittyvä geeni ilmentyi voimakkaammin vasteena juurikääpäinfektioon ja hyönteisvioitukseen verrattuna kontrollipuihin. Bioottisiin ja abioottisiin stressireaktioihin liittyvät geenit ilmentyivät voimakkaasti vasteena sieni-infektioon ja hyönteisvioitukseen. Solutason viestinvälitykseen ja puolustusvasteisiin liittyvät geenit ilmenivät erityisesti puissa, joiden taudinalttius juurikäävälle oli suhteellisesti alhaisempi. Näiden geenien lisäksi männyn δ-3-kareenisyntaasit ovat lupaavia tutkimuskohteita liittyen männyn juurikäävänkestävyyteen.
Subject: metsäpatologia
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
terpenea.pdf 7.079Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record