Studerar dynamik hos svampar i marken med bioinformatik

Andreas Schneider, doktorand på Institutionen för fysiologisk botanik vid Umeå universitet.

BildLaura Hinojosa

Våra experiment visar att små mängder av organiskt kväve kan förbättra överlevnad och tillväxt av ungplantor, utan att signifikant påverka svampsamhällena.

Att studera svampar i marken är svårt. Svamparna vi hittar i skogen på hösten är bara fruktkroppar som vissa arter använder för att sprida sina sporer. Den mesta tiden tillbringar svamparna gömda i marken eller i trädrötter.

Nya metoder visar dynamiken

Nyligen utvecklade avancerade DNA-sekvenseringsmetoder ger många nya möjligheter och Andreas Schneider har använt dessa tekniker för att utveckla automatiserade bioinformatiska metoder för att studera dynamik och diversitet i svampsamhällen i marken.

– Många av metoderna som vi använder för att studera svampar baseras på indirekt observation. Till exempel kan vi extrahera DNA från ett jordprov och sedan få fram vilka svamparter DNA:t kommer ifrån, förklarar Andreas Schneider, doktorand på Institutionen för fysiologisk botanik vid Umeå universitet.

Andreas Schneider har använt dessa metoder i några av sina delstudier, men en nackdel med DNA är att det är relativt stabilt så det är svårt att veta om det man iakttar är från levande eller döda organismer. Därför har han använt och utvecklat ytterligare metoder, som använder sig av RNA sekvensering som visar både hur aktiva svamparna är samt vilka gener det är som är påslagna.

Kvävetillförsel förändrar svampsamhället

För att testa metoderna har Andreas Schneider analyserat hur kvävetillförsel påverkar svampsamhällen. Marken i svenska skogar har vanligen låga kvävehalter och ett sätt för barrträden att kompensera för detta är att bilda symbios med mykorrhizasvampar. Träden levererar kol till svamparna och får kväve tillbaka. För ungplantor på kalhyggen är det viktigt att de etablerar denna symbios för att förbättra sina chanser till överlevnad.

Redan känt är att kvävetillförsel, särskilt i höga doser, leder till stora förändringar i sammansättningar av svampsamhällen i marken.

– Våra experiment visar att små mängder av organiskt kväve kan förbättra överlevnad och tillväxt av ungplantor, utan att signifikant påverka svampsamhällena. Vi visade detta både för planterade och sådda fröplantor. Det är viktigt att vi följer upp experimenten i framtiden för att se hur det utvecklas över längre tid och hur olika lokala förhållanden kan påverka effekterna, men de första resultaten är lovande, säger Andreas Schneider.

I en annan delstudie har Andreas Schneider testat hur kvävetillförsel hämmar nedbrytning av lignin i skogsmarken. Lignin är en viktig komponent i växter som i vanliga fall bryts ner långsamt av vitrötesvampar.

Andreas Schneider visar att kvävetillförsel förändrar kemiska processer i marken, vilket leder till att nedbrytningen av lignin blir mindre effektiv och vitrötesvamparnas aktivitet minskar. Han visar dessutom hur sammansättningen av svampsamhällen på trädrötter förändras efter kvävetillförsel till mer kvävetåliga arter, och att detta kan orsakas både av kemiska processer i marken och en omprogrammering av mykorrhizasymbiosen från trädens sida.

Brist på genetisk information

– Vi har kunnat visa att våra metoder funkar och är användbara för att studera dynamiska förändringar i svampsamhällen. Den största begränsningen är att det råder brist på genetisk information om de flesta svamparter, men vi och många andra jobbar på detta. Jag är säker på att denna nya kunskap och metoder kan hjälpa oss framöver att bättre förstå hur svampsamhällens diversitet och aktivitet påverkas exempelvis av olika skogsbruksmetoder, säger Andreas Schneider.

Andreas Schneider har ingått i forskarskolan ”Forest Genetics, Biotechnology and Breeding” och samarbetade i sitt doktorandprojekt med Holmen Skog.