Gödsling omformar samspelet mellan träd och svampar i boreala skogar

Resultaten publicerades nyligen i Proceedings of the National Academy of Sciences. Studien har letts av forskare från Umeå Plant Science Centre, som är ett samarbete mellan Sveriges lantbruksuniversitet och Umeå universitet. I studien medverkade också två forskare från Stockholms universitet och Uppsala universitet som båda tillhör till Science for Life Laboratory.

Framsteg inom gensekvensbestämning har gjort det möjligt att fånga dynamiken i samspelet mellan trädrötter och mykorrhizasvamp, och i den nya studien har forskarna studerat hur en svensk granskog har påverkats av 25 år av gödsling. De analyserade aktiviteten hos gener i trädrötter och i över 350 svamparter under en växtsäsong, och kunde visa att de gödslade träden blev mer fientliga mot sina svamppartners. Till följd av detta förändrades svampsamhället, från att vara dominerat av specialister till att främst bestå av generalister.

– I näringsfattiga boreala skogar, dvs. i det norra barrskogsbältet, är träden beroende av mykorrhizasvampar för sin näringstillförsel och de upprätthåller detta partnerskap genom att dela med sig av värdefullt socker, säger Simon Law, studiens förstaförfattare och tidigare postdoktor i Vaughan Hurrys grupp vid Umeå Plant Science Centre. Gödsling påverkar detta ”handelsutbyte”, och gör att träden i stället utnyttjar detta socker för sin egen tillväxt och sitt eget försvar, vilket får djupgående följder för svampsamhället.

Stresståliga svampar främjas i gödslad skogsmark

Hos gödslade träd kunde forskarna se en minskad aktivitet hos de gener som innehåller koder för sockerexporterande proteiner, samtidigt som träden stärkte sina försvarsprocesser. De specialiserade svamparter som är starkt beroende av det kolhaltiga sockret från träden drabbades hårdast. Genom att stärka sitt försvar gjorde träden dessutom att det blev svårare för mykorrhizasvamparna att återkolonisera trädrötterna, och dessa svampars utbredning i marken minskade.

Däremot frodades svamparter som har en mer mångsidig ämnesomsättning, och därmed är mindre beroende av träden i de gödslade skogarna. Dessa svampar har cellväggar som är mörkfärgade och tåliga, vilket gör svamparna mer motståndskraftiga mot stress, och dessa cellväggar bryts dessutom ned långsammare. Denna förändring av svampsamhällets sammansättning påverkar också kolets kretslopp i marken, eftersom specialistsvamparna har en viktig roll i nedbrytningen av växtrester. Det har i andra studier visats att gödsling av nordlig barrskog ökar kolinlagringen både ovan jord och nere i marken. Den aktuella studien ger nya insikter om de mekanismer som är inblandade i kolets omsättning i marken.

– Det är välkänt att gödsling leder till en ökad inlagring av kol i trädens ovanjordiska delar, på bekostnad av markens nätverk av rötter och svamp, förklarar Vaughan Hurry, professor vid SLU. Men vad den här studien visar är hur komplicerat samspelet är mellan trädet och det omgivande svampsamhället – och den understryker hur viktig trädets roll är.

Förändrad näringstillgång påverkar kolets kretslopp i boreala skogar

I studien har forskarna visat hur gödsling påverkar livet i skogsmark, men näringstillståndet i marken kan också förändras av andra orsaker. Därför är studien även intressant för forskningen om klimatförändringar.

Det barrträdsdominerade bältet runt norra halvklotet innehåller jordens största landbaserade kolförråd, och kan ha en avgörande roll i vår strävan att mildra klimatförändringarna. Stigande temperaturer kommer att påskynda nedbrytningen av dött material i marken och därmed öka omsättningen av näringsämnen. Detta kommer att påverka näringstillståndet för träd och mykorrhizasvamp.

I klimatforskningen används komplicerade beräkningsmodeller för att förutsäga hur förändrade miljöförhållanden kan påverka kolets och näringsämnenas kretslopp i boreala skogar. Forskarna bakom studien om gödslad skog hävdar att det behövs bättre kunskap just om det komplexa samspelet mellan träd och mikroorganismer för att dessa modeller ska bli mer tillförlitliga.

Utgångspunkt för många fler studier

– Samspelet mellan de olika organismerna i marken är enormt komplext och har i stort sett varit otillgängligt för oss. Den sekvenseringsmetod som vi nu har använt gör att vi kan undersöka detta samspel på molekylär nivå och studera vilka organismer som finns där och vad de gör, säger Nathaniel Street, som är docent vid Umeå universitet. Vårt tillvägagångssätt erbjuder många nya möjligheter och vi tror att detta i det långa loppet kommer att göra det möjligt för oss att bättre förstå de mekanismer som driver dynamiken i dessa ekosystem.

Den enorma mängd data om växtrötter och markmikroorganismer som forskarna har samlat in görs nu tillgänglig via ett onlineverktyg, Boreal Rhizospheric Atlas, med Science for Life Laboratory som värdorganisation. Forskare har fri tillgång till detta verktyg och kan utnyttja databasen i egna studier. Tanken är att verktyget ska kunna byggas ut med data från fler studier, för att ytterligare belysa det komplexa samspelet mellan växter och markmikroorganismer.

Kontaktpersoner

Vaughan Hurry
Umeå Plant Science Center
Institutionen för skoglig genetik och växtfysiologi
Sveriges lantbruksuniversitet
vaughan.hurry@slu.se
https://www.upsc.se/va

Nathaniel Street
Umeå Plant Science Centre
Institutionen för fysiologisk botanik
Umeå universitet
nathaniel.street@umu.se, 090-786 54 73
https://www.upsc.se/nathaniel_street

Den vetenskapliga artikeln

Simon R. Law, Alonso R. Serrano, Yohann Daguerre, John Sundh, Andreas N. Schneider, Zsofia R. Stangl, David Castro, Manfred Grabherr, Torgny Näsholm, Nathaniel R. Street, Vaughan Hurry. 2022. Metatranscriptomics captures dynamic shifts in mycorrhizal coordination in boreal forests. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 119 (26) e2118852119; https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2118852119