Heterobasidion – conifer pathosystem: Host mycobiome and evaluation of potential resistance markers

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-5519-1
Title: Heterobasidion – conifer pathosystem: Host mycobiome and evaluation of potential resistance markers
Author: Mukrimin, Mukrimin
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences
Doctoral Program in Plant Sciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2019-10-31
Belongs to series: YEB dissertation series (24/2019) - URN:ISSN:2342-5431
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-5519-1
http://hdl.handle.net/10138/305842
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Forests are the hotspots of Earth’s biodiversity, providing habitats to animals and resources to humans, protecting watersheds, preventing soil degradation, and mitigating climate change. In fact, forest disturbance is mainly caused by biotic and abiotic stresses, which affect both the primary metabolic components required for growth, development, and reproduction and secondary metabolites (defense-related chemical compounds) of trees. In the Northern Hemisphere, including Finland, members of the fungal group Heterobasidion annosum species complex are the most important pathogens of conifer trees causing serious economic losses for forest industries. The existing control and management strategies against this pathogen do not lead to 100% protection. To gain better insights and knowledge of Heterobasidion–conifer tree interactions, I investigated the impact of pathogen infection on the resident mycobiota in naturally infected trees as well as performed an analysis of fungal community structure under field conditions. Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) analysis was also performed to discriminate between asymptomatic and symptomatic trees. In a parallel study, I investigated the genetic variants that could be associated with the control of necrotic lesions caused by H. parviporum inoculation among selected clonal lines of Norway spruce. Additionally, the expression level of a subset of selected genes involved in terpene, stilbene and flavonoid biosynthesis and programmed cell death in Scots pine trees with varying levels of resistance was further assessed. Mycobiome analysis demonstrated significant differences in the structure of fungal communities residing within symptomatic and asymptomatic Norway spruce trees. The results provided novel insight into the interactions between fungal plant pathogens and resident plant mycobiota. The FT-IR spectroscopy analysis was able to discriminate between symptomatic and asymptomatic Heterobasidion-infected Norway spruce trees. Other findings in terms of genetic and chemical markers revealed ten single nucleotide polymorphisms (SNPs) associated with eight genes. The identified SNPs were significantly associated with larger lesions in response to H. parviporum inoculation in Norway spruce saplings. In Scots pine, genes with higher expression levels predicted to encode α-pinene synthase, geranyl diphosphate synthase (GPPS), and metacaspase 5 (MC5) were associated with trees exhibiting high levels of necrotic lesion formation in response to fungal inoculation. Concentrations of two terpenoid compounds (β-caryophyllene and α-humulene) were significantly negatively correlated with lesion size. These results can be used in further studies to elucidate potential biomarkers in conifer tree genetic resistance research. Keywords: Heterobasidion, Norway spruce, Scots pine, tree-pathogen interactions, mycobiome analysis, FT-IR spectroscopy, gene expression, terpenoid, chemical markersJuurikäävän ja havupuiden vuorovaikutus: puiden sieniyhteisöt ja taudinkestävyyden merkkiominaisuudet Juurikäävät (Heterobasidion annosum sensu lato) ovat taudinaiheuttajia, jotka lahottavat kasvatettavia puita. Nämä sienet aiheuttavat siten metsänkasvatukselle mittavia tappioita Suomessa ja koko pohjoisella pallonpuoliskolla. Nykyiset metsänhoito- ja torjuntamenetelmät eivät riitä taudin torjumiseksi. Myös puiden ja juurikäävän vuorovaikutus tunnetaan yhä huonosti. Tutkin väitöskirjassani juurikäävän vaikutusta luontaisesti tartunnan saaneiden puiden sieniyhteisöihin ja analysoin myös puiden sieniyhteisöjen rakennetta. Oireettomien ja juurikäävän lahottamien puiden erottamista toisistaan tutkittiin FT-IR-spektroskopialla (Fourier Transform Infrared Spectroscopy). Työssä kartoitettiin myös kuusen kloonitaimien välisiä perinnöllisiä taudinkestävyyseroja tutkimalla niiden kykyä vastustaa juurikäävän aiheuttamaa solukuolemaa. Mänty-yksilöiden välisten kestävyyserojen taustaa tutkitiin vertailemalla terpeenien, stillbeenien, flavonoidien ja ohjelmoitua solukuolemaa säätelevien geenien ekspressiota. Sieniyhteisöjen erot oireettomien ja lahovikaisten puiden välillä olivat tilastollisesti merkitseviä. Tutkimus toi runsaasti uutta tietoa taudinaiheuttajien ja muun sieniyhteisön vuorovaikutuksesta. Oireettomat ja lahovikaiset puut pystyttiin erottamaan toisistaan FT-IR spektroskopialla. Juurikäävän rihmastotartunta aiheutti eniten oireita kuusiklooneissa, joiden perimästä löydettiin kymmenen geenimerkkiä (SNP), jotka kytkeytyivät kahdeksaan geeniin. Sienirihmaston tartunnan aiheuttamat oireet olivat voimakkaimpia männyissä, jotka reagoivat lisäämällä α-pineenisyntaasiin, geranyylidifosfaattisyntaasiin (GPPS) ja metakaspaasi 5:n (MC5) liittyvien geenien ekspressiota, Kahden terpenoidiyhdisteen (β-karyofylleeni and α-humuleeni) pitoisuus korreloi negatiivisesti oireiden voimakkuuden kanssa. Työn tulokset ovat hyödyksi etsittäessä merkkiominaisuuksia, joiden avulla havupuiden perinnöllistä taudinkestävyyttä voitaisiin kartoittaa tulevaisuudessa. Avainsanat: Heterobasidion, juurikääpä, kuusi, mänty, vuorovaikutus, sieniyhteisöt, FT-IR spektroskopia, ,geeniekspressio, terpenoidit, kemialliset merkkiominaisuudet
Subject: Forest Pathology
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

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record