Abstract

Disturbance may shift microbial communities from one state to another. However, species differ in their ecological characteristics and their abilities to withstand disturbance. No single species or individuals of a species exist alone, but they are parts of complex interaction networks including species above- and belowground. In boreal and subarctic forests, almost all plants and a high number of fungi form mycorrhizas at the plant roots. In mycorrhiza, the fungal partner harvests nutrients for the host plant and, in return, gains carbon from the plant. In general, these common associations benefit both partners, but as heterotrophs, fungi are dependent on carbon photosynthesized by plants, whereas plants can survive alone as autotrophs. In addition to mycorrhizal fungi, also other fungi, such as endophytes, saprotrophs and pathogens, live in and on plant roots. This thesis concerns the impacts of disturbance on fungi living in plant roots and in soil near the roots. I hypothesized that i) root-associated fungal (RAF) and soil fungal communities and colonization types change after disturbance, that ii) the observed shifts relate to disturbance intensity and that iii) they co-occur with changes in soil conditions and vegetation. Changes in RAF were studied as changes in root fungal colonization, or in fungal community composition. The latter were detected with next-generation sequencing methods. The responses of RAF to disturbance seemed to be context dependent and related to sources of fungal communities (e.g. soil, RAF networks), environmental conditions (e.g. soil pH and nutrients) and host performance. It seems that abundances of those RAF species, which are present in the roots first (priority effect), may be increased by disturbance. Research produced new information related to ecological roles of the genera Phialocephala and Meliniomyces. Altogether, the results indicate connections between both abiotic and biotic environments and RAF, and host species viability and RAF.

Tiivistelmä

Häiriöt voivat siirtää eliöyhteisön tilasta toiseen. Lajien ominaisuudet ja häiriönsietokyvyt eroavat toisistaan. Mikään laji tai yksilö ei elä yksin, vaan lajit ovat osa maan ylä- ja alapuolelle ulottuvia monimutkaisia vuorovaikutusverkostoja. Boreaalisissa ja subarktisissa metsissä lähes kaikki kasvit ja useat sienet muodostavat sienijuuren eli mykorritsan. Mykorritsassa sieniosakas hankkii isäntäkasville ravinteita ja saa vastavuoroisesti kasvilta hiiltä. Tavallisesti nämä vuorovaikutussuhteet hyödyttävät molempia sienijuuren osakkaita, mutta toisenvaraisina (heterotrofeina) sienet ovat riippuvaisia kasvien yhteyttämästä hiilestä, kun taas tuottajina (autotrofeina) kasvit voivat elää itsenäisesti. Mykorritsasienten lisäksi kasvien juurissa elää yleisesti myös muita sieniä kuten endofyyttejä, saprotrofeja ja patogeeneja. Tämä väitöskirja käsittelee häiriön vaikutuksia sieniin, jotka elävät kasvien juurissa ja juuria ympäröivässä maassa. Hypoteesieni mukaan i) juurissa ja maassa elävien sienten yhteisöt ja kolonisaatiotyypit muuttuvat häiriön jälkeen, ii) muutokset liittyvät häiriön voimakkuuteen ja iii) muutokset tapahtuvat samanaikaisesti maan olosuhteiden ja kasvillisuuden muutoksien kanssa. Juurissa elävien sienten esiintymisen muutokset tutkittiin sienten kolonisaation tai yhteisörakenteen muutoksina. Sieniyhteisöt selvitettiin NGS-menetelmien avulla. Juurissa elävien sienten vasteet häiriöön vaikuttavat olevan tilannesidonnaisia ja liittyvän sienilajien lähteisiin (esim. maa, juurisieniverkostot), ympäristömuuttujiin (esim. maan pH, ravinteet) ja isäntäkasvin menestymiseen. Häiriö voi vahvistaa juurissa ensimmäisenä läsnä olevien sienilajien menestymistä (prioriteettivaikutus). Uutta tietoa tuotettiin Phialocephala ja Meliniomyces -sienisukujen ekologiasta, jota tunnetaan huonosti. Kaiken kaikkiaan, tulokset osoittavat yhteydet sekä elottoman ja elollisen ympäristön ja juurten sieniyhteisön että isäntäkasvin elinkyvyn ja juurten sieniyhteisön välillä.