Молекулярные методы выявления ксилотрофных грибов в разлагающейся древесине Дмитрий Щигель. University of Helsinki FINLAND

Väljavõte

1 Молекулярные методы выявления ксилотрофных грибов в разлагающейся древесине Дмитрий Щигель University of Helsinki FINLAND

2 Жуки и трутовики МГУ 2003 HY old growth forests, 789 forest compartments Study of polypore prevalence patterns 153 polypore species, observations + materials from southern Finland Fungus beetle studies 179 species of Coleoptera, 23 with fungivorous larvae 301 species of wood decaying fungi, 198 polypore species: 116 suitable, 82 rejected

3 Trametes, Cerrena, Funalia, Lenzites, Pycnoporus Trametes suaveolens Funalia trogii Ciidae: Cis, Sulcacis, Octotemnus Erotylidae: Tritoma Schigel 2011a

4 Структура плодовых тел грибов и ротовые аппараты мицетофагов Fomes fomentarius и Phellinus igniarius c Ff Cryptophagus houseri Oplocephala haemorrhoidalis Schigel et al. 2004

5 Food web: generalists and specialists Schigel 2011b

6

7 Древесина = ресурс и местообитание Неравномерность, конечность Регулярная доступность для колонизации Химические барьеры Многовидовые сообщества Медленные сукцуссии

8 Rayner & Boddy 1988 Boddy 2002

9 Грибы под угрозой: утрата и деградация местообитаний Древоразрушающие грибы & фрагментация: Причины вымирания и устойчивости отдельных видов Механизмы? Процессы и факторы влияющие на использование ресурсов и распределение плодовых тел? Как обнаружить и определить грибы на любой стадии жизненного цикла, включая мицелий и споры? Pycnoporellus fulgens

10 Postdoc I Metacommunity dynamics of wood decaying fungi Rörstrand Spore release and deposition (V. Norros) Fruit body and mycelium pattern data (D. Schigel) Mycelial interaction dynamics Time series and spatial reconstructions Models of wood colonization / decay (O. Ovaskainen) Habitat loss/fragmentation & species decline Dynamics of wood decay & optimized forestry (spore deposition) => Processes inside the log: establishment => growth => intra and interspecific interactions => (fruit body formation) 100 logs randomly selected in old growth spruce forest in Rörstand, Sipoo in Southern Finland

11 Методы образец > сиквенс > вид Споры из воздуха: cyclone sampler Мицелий из почвы или проб древесины 8 m 16 m Veera Norros collecting spores with a cyclone sampler basal middle Выделение ДНК: MoBio Power Soil Kit / Chelex (spores) Cleaning the drill between sawdust samples ПЦР: Fungal ITS1 and ITS2 regions High throughput sequencing Определение сиквенсов: автоматическая процедура

12 100 еловых валежин: 454 секвенирование 610,615 sequences (>150 bp) 357,012 identified to genus 274,626 identified to species 203 well identified species 61(30%) fruit body species Методологическая статья: 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 2010

13 100 еловых валежин: основные порядки

14 Сообщества грибов в основаниях / в средних частях еловых стволов в Южной Финляндии: главные компоненты Fomitopsis pinicola определяет ход развития сообщества Субдоминанты: разные виды Phellinus spp. в основании и в средней части ствола lab2a R062 R004 R046 R051 R087 R067 R063 R057 R085 R053 R020 R080 R073 R034 R066 R091 R001 R075 Phelf err Axis R031 R039 R077 R013 R012 R055 R084 R090 R089 R093 R100 R022 R023 R064 R015 R086 R088 R078 R048 R050 R040 R041 R097 R027R008 R056 R007 R083 R075 R076 R043 R021 R018 Heteparv R059 Hyphpall R058 Tricabie R025 R047 Tylofibr Leucsoro Resibico Ascocyli Piloreti Leptelat Xerocamp Sphaminu R016 R038 Amanporp Amanviro Antrsinu Athesubi Botrsubc Hyphabie Stersang Calovisc Hyphvela Globhiem Hygraura Canttuba Cortanom Collocio Jungcoll Calofurc Hyphcapn Lobuoccu Lophpina Phlelivi Phiadimo Paulpear Rhodplac Tomestup Trechyme Russvino Styppapi Mortgams Myceepip Pochbulb Pilobyss Bysspulc Exidsacc Mortisab Amanfulv Bysslute Cystjaso Phlesubf Paxiinvo Leptmoll Pilofall Boleedul Cericrus CortbrunCortarmi Oidiechi Trecfari Tomeechi Pseugela Russpuel Postcaes Tomelapi Hygroliv Tricviri Cortanis Cortdias Athestri Pheligni Phiafinl Lacttriv Ceraviol Asteferr Pesofrag Pycnfulg Tomesubl Postptyc Tometerr Trecmicr Tyloaste Sistalbo Postseri Tylofell Sarediff Sistoblo Ophipice Dacrsuda Phlegiga Serphima Onnitome Russdeco Eupepine Maraandr Mycosubt Phlesubu Ganoappl Skelkueh Cortarme Postrenn Hyphalut Coprdiss Skelstel Pseutris Lycopyri Poststip Leccvari Tapiatro Cylievol Peresuba Postleuc Phiaverr Ischbenz Coniarid Dacrstil Ditiradi Hyphprae Exidpith Sistbrin Penirest Spadbina Skelbrev Mucrcalv Tremence Tububore Athedeci Phlecent Phlevaga Crusdryi Conipute Botrobtu Junglute Conioliv Antrseri Resifurf Phelviti Phelferr R054 R062 R034 R001 R049 R092 R010 R081 R094 R060 R035 R061 R091 R028 R070 R026 R037 R079 R017 R019 R052 R011 R029 R024 R096 R005 R098 R006 R066 R095 R044 R032 R009 R082 R065 R072 R069 R073 R071 R033 R045 Axis 2 Fomipini R018 Phelnigr R033 R085 R060 R072 R094 R065 R093 Exidpith R010 R095 R069 R038 R007 R071 R002 R061 R045 R050 Penirest R086 Tremence R003 R031 Antrseri R009 R059 R035Conipute R054 Coniarid Penipith St ersang R041 R042 R028 Globhiem Botrobtu Ascocyli Calofurc R070 Hyphabie Hyphdetr Phlecent Cylievol Ditiradi Sarediff Sistbrin Ophipice MTricabie Skelbrev Lept Postgutt Panemiti ycosubt araandr Tricviri moll MHyphpube Postseri Exidsacc arieleg Onnit Antrsinu Gloesepi Phlelila ome R030 Mortgams Tomebryo Cortanom MNaucbohe Beaubass Phomcava HyposubrHypomult Ophicucu CortarmeCortarmi Cortcape HyphbrevHyphcapn Galemarg CortpholCreocirr Cystjaso R046 Het Ceraviol Cericrus Fibrnorr Hydnt R068 eparv ulaconifusi Cinelind Crusdryi R021 Amanviro Hydnrepa Lophpina Jaapochr Kuehmut Inocnapi Leccvari Dacrstil Hebevelu Inoclanu Lacthelv R092 Athedeci Hyphprae Bysspulc Cortbrun Leucsoro Cortlimo Lyconigr Lycopyri Phlegiga Athestri Lactviet ycesept Pesofrag yceepip triv Lobuoccu M ucrcalv Leptelat Mortisab M R008 Lactrufu Calovisc ycegalo Mycemeta Paulpear Phelvit i Phiaverr Phlealla Phlechri Phiafinl Phlelivi Phlesubu Postsept Tomebadi Postptyc Russpalu Phlesubf Postfrag Phlevaga Postleuc Pseugela Pseunigr Sistalbo Phollubr Skelcarn Tomeechi caes Postlact Pycnfulg Sistmusc Skelkueh Xeroferr Tricgreg Trecmicr Tricvirg Thelterr Skelstel Suilvari Phiafort Rhodplac Pochbulb Resibico Styppapi Russpuel Spadbina Paxiinvo Conioliv R029 Hyphvela Amanporp Tomestup Tomesubl Tometerr Treckavi Trecstel Xerocamp Trechyme Tomelapi Pilobyss Phiadimo Tyloaste Pseut ris Hygroliv R076 Junglut Resifurf R049 e R014 Oidiechi Tylofell Botrsubc Lact camp R023 Elapmuri R099 R074Russvino Sphaminu R043 Trecfari Eupepine Pilofall Russdeco Cantt Amanfulv Athesubi Hyphpall uba Tububore R084 R052 R027 R039 R083 R012 Piloreti R025 R037 R058 R024 R020 R098 R096 R082 R026 R053 R022 Fomipini R044 R079 R019 R005 R017 R004 R006 R011 R032 R081 R068 R003 R099 R074 R042 R014 R036 R080 Phelnigr R036 R064 R016 R078 R040 R055 R067 R100 R063 R077 R056 Tylofibr R015 R057 R097 R087 R089 R051 R047 0 R002 0 R013 R090 R088 R Axis m Axis 1 16 m

15 Fomitopsis pinicola широко распространенный пластичный вид

16 Phellinus nigrolimitatus «редкий» специалист

17 Количество видов изменяется по мере разложения древесины fruit bodies mycelia of target or allspecies Junghuhnia collabens, редкий вид индикатор, плодовые тела на поздних стадиях

18 Прочие виды DNA Alive fruit body Dead fruit body Decay class Decay class Decay class

19 Стадия разложения (виды) ***FACTORS: Centroids: NMDS1 NMDS2 DC DC DC DC Goodness of fit: r2 Pr(>r) DC *** Signif. codes: 0 *** ** 0.01 * P values based on 1000 permutations.

20 Стадия разложения (1% ITS1 OTUs) ***FACTORS: Centroids: NMDS1 NMDS2 DC DC DC DC Goodness of fit: r2 Pr(>r) DC *** Signif. codes: 0 *** ** 0.01 *

21 Расселение грибы облигатно зависимые от мертвой древесины виды с однолетними ПТ короткоживущие виды грибы способные жить такжевпочвеимелком опаде виды с многолетними плодовыми телами долгоживущие виды

22 Трудности воссоздания динамики & планы inoculations (Quercus, Populus, Pinus) Postdoc II : сухостой и живые ели pасселение насекомыми Mycelia (DNA) Alive fruit body Dead fruit body????? Сравнение валежника и почвы

23 Метагеномика грибных сообществ: план работ Box 2 Map of the project workflow. Project partners initials shown in white ovals (Prof. Ovaskainen OO, MSc Norros VN, others see Table I) Field work , Southern Finland Environmental variables Wood samples Insects & spore samples Contrasting datasets EE AK VN TP AK RM Lab work, DNA extraction & PCR 454Ti High throughput sequencing Data analyses & meta analyses OO Fruit bodies Project results: publications Journal publications TR HK Morphological Identification KHL EL JS AK OM TN RKK Online publications: sequences & tools Mobility: Bialowiezha course 2012 Cardiff University 2013 Russia 2012 / 2014 TS MSc projects

24 Inoculation project Восстановление видового разнообразия: локально вымершие виды в Ю Финляндии wood plugs 8 видов Fomitopsis rosea Perenniporia subacida Oligoporus guttulatus Antgrodiella citrinella Rhodonia placenta Skeletocutis stellae Amylocystis lapponica Antrodia sitchensis Fomitopsis rosea Antrodiella citrinella

25 Inoculation 8 видов, 1500 wood plugs

26 Первый урожай 2010 сбор опилок 2008 сбор опилок V inoculation > IX.2011 первые плодовые тела Fomitopsis rosea!

27 Крупные плодовые тела всего за один сезон

28 Fomitopsis rosea: быстрый рост ~0.5 m

29 Fomitopsis rosea: 5+ лет после инокуляции свежей валежины ели Tuomo Niemelä 2011

30 Т.А. Семенова 2010 И.А. Винер Т.А. Семенова

31 Смена сообществ ксилотрофных грибов на еловых Полевая работа: вадежинах ЦЛГБЗ S1 S2 S3 S6 S10 S11 S12 S13 S14 S19 S24 S26 S27 S28 S31 S32 S33 S35 S , ,7 0, S2 1 0,6 0,3 0,6 0,8 1 0,5 0,4 0,7 0,6 S3 1 0,4 0,8 0,4 0,8 0,8 0,7 0,8 0,4 S , S10 1 0,5 0,6 S11 1 0,32 0,8 1 0,5 0,9 0,7 0,5 S12 0, , ,9 0,6 0, S13 0, ,7 0,8 0,8 0,6 0,8 1 0,7 S ,8 1 1 S ,8 1 S S , ,8 0,8 1 0,8 0,8 S27 1 0,67 0,8 0, ,6 1 0,8 S28 0,7 0,7 1 0,6 0,7 1 0,8 1 0,8 0,8 0,8 0,9 S31 1 0,6 0,6 0,8 0,8 1 0,8 0,7 S32 1 0,8 1 0,75 1 0, ,8 0,8 1 0,8 0,8 S ,8 0,8 0,8 0,8 1 S35 1 0, ,7 1 0,8 0,9 0, И. Винер 2011 Fomitopsis rosea Amylocystis lapponica Экспериментальная работа: взаимоотношения видов на агаре

32 Экспериментальная работа: взаимоотношения видов на агаре и древесине различаются pin Psub Fros Sodr Palb Pnig Thar Tvir Pspn Psub Sodr Palb Fpin Fpin Fpin Fpin sub Psub D Psub Psub Psub Psub Psub Psub Psub Sodr Palb Fros Fros Fros Fros И. Винер 2012 odr Psub Sodr Sodr Sodr Sodr Sodr Sodr Sodr

33 H5a + + P1=mycelial prevalence H1f H1c + FB form FB spore production P2=fruit body prevalence Hb + P3=mycelial abundance H1d H1e H5g spore size H3b H4 a H3a + Hd H5e + + P4=fruit body abundance H4d H3c H5f specialist decay type P5=fruiting rate H6c H4c annual FB costly FB* H5a H4b costly FB H5d P6=time delay in fruiting H5c H5b H6a+ Hb+ decay class specialist

34 Postdoc II Colonization gates and establishment of wood decaying fungi in European Spruce O1 аспекты O2 пространственные и временные начальные этапы колонизации роль Coleoptera как расселителей ксилотрофных грибов, заселяющих живые и отмершие деревья Ю.Финляндия, Uusimaa: Rörstrand, Sipoo Metsäkulma, Mäntsälä Перенос спор жуками establishment => growth => intra and interspecific interactions

35 Ель: залезть на дерево с дрелью

36 Pycnoporellus: поймать и помыть жуков Fomitopsis pinicola Ostoma Pycnoporellus alboluteus Hallomenus Pycnoporellus fulgens

37 Задачи и гипотезы Гипотеза H1: Колонизация и формирование сообществ древоразрушающих базидиомицетов ели происходит в живых и сухостойных деревьях в определенных зонах SPACE, GATES = влезть на дерево, насверлить опилок, 454 Гипотеза H2. и Жуки участвуют в переносе спор древоразрушающих грибов влияют на сукцессии грибных сообществ BEETLE = поймать жуков, смыть споры, 454 NAMES = молекулярное определение грибов & анализ и публикации по dead wood project & наблюдение за привнесенными видами

38 Планы: сохранение Hapalopilus croceus Finland 2004 Lithuania 2011

39 Заключение High throughput sequencing обнаружение грибов в древесине, почве, и воздухе Сиквенс библиотеки: ключ к успешному определению видов Межвидовые различия: Задержка в образовании плодовых тел Большинство видов поселяется в древесине на самых ранних стадиях разложения или в живых деревьях Восстановление видового разнообразия возможно

40

41 II meeting Helsinki Dec 2012

42 Благодарности Спасибо Коллеги: O. Ovaskainen, I. Hanski, T. Niemelä, H. Ali Kovero, V. Norros, K.H. Larsson, J. Stenlid, U. Kõljalg, O. Miettinen, R. Mäkipää, T. Rajala, Т.А. Семенова, Т.А. Семенова, И. Винер, P. Oivanen, M. Delgado Организации: University of Helsinki, METLA, Nordforsk network, FBCC, МГУ Гранты: European Research Council (OO), Academy of Finland, Societas pro Fauna et Flora Fennica, Nordenskjöld foundation, Vuokko foundation (DSS)