The Biocontrol Agent Phlebiopsis gigantea: Efficacy and Impacts on the Stump Bacterial Biota and Conifer tree Defences

Phlebiopsis gigantea has been for a long time known as a strong competitor against Heterobasidion annosum and intensively applied as a biological control agent on stump surfaces of Picea abies in Fennoscandia. However, the mechanism underlying its antagonistic activity is still unknown. A primary concern is the possible impact of P. gigantea treatment on resident non-target microbial biota of conifer stumps. Additional risk factor is the potential of P. gigantea to acquire a necrotrophic habit through adaptation to living wood tissues. This study focused on the differential screening of several P. gigantea isolates from diverse geographical sources as well as the use of breeding approach to enhance the biocontrol efficacy against H. annosum infection. The results showed a significant positive correlation between growth rate in wood and high biocontrol efficacy. Furthermore, with aid of breeding approach, several progeny strains were obtained that had better growth rate and control efficacy than parental isolates. To address the issue of the potential of P. gigantea to acquire necrotrophic capability, a combination of histochemical, molecular and transcript profiling (454 sequencing) were used to investigate the interactions between these two fungi and ten year old P. sylvestris seedlings. The results revealed that both P. gigantea and H. annosum provoked strong necrotic lesions, but after prolonged incubation, P. gigantea lesions shrank and ceased to expand further. Tree seedlings pre-treated with P. gigantea further restricted H. annosum-induced necrosis and had elevated transcript levels of genes important for lignification, cell death regulation and jasmonic acid signalling. These suggest that induced localized resistance is a contributory factor for the biocontrol efficacy of P.gigantea, and it has a comparatively limited necrotrophic capability than H. annosum. Finally, to investigate the potential impact of P. gigantea on the stump bacterial biota, 16S rDNA isolated from tissue samples from stumps of P. abies after 1-, 6- and 13-year post treatment was sequenced using bar-coded 454 Titanium pyrosequencing. Proteobacteria were found to be the most abundant at the initial stages of stump decay but were selectively replaced by Acidobacteria at advanced stages of the decay. Moreover, P. gigantea treatment significantly decreased the bacterial richness at initial decay stage in the stumps. Over time, the bacterial community in the stumps gradually recovered and the negative effects of P. gigantea was attenuated.

Harmaaorvakka (Phlebiopsis gigantea) on juurikäävän (Heterobasidion annosum) tehokas luontainen kilpailija. Sientä on käytetty kesähakkuiden yhteydessä tehtävässä koneellisessa biologisessa torjunnassa jo pitkään. Torjunnan toimintamekanisimia tai mahdollisia haittavaikutuksia ei ole kuitenkaan tunnettu yksityiskohtaisesti. Harmaaorvakan vaikutusta havupuiden kantojen mikrobiyhteisöihin ei tunneta. Lisäksi ei tiedetä, voisiko harmaaorvakka sopeutua elämään nekrotrofina ja siten tappaa puiden eläviä solukoita. Tässä tutkimuksessa mitattiin harmaaorvakkakantojen ominaisuuksien muuntelua ja tutkittiin mahdollisuutta lisätä juurikäävän biologisen torjunnan tehoa valintajalostuksen keinoin. Tulokset osoittavat, että sienen kasvunopeus kuusen puuaineessa ja torjuntateho korreloivat positiivisesti. Jälkeläisten joukosta löytyi sienikantoja, jotka olivat kasvunopeudeltaan ja torjuntateholtaan parempia kuin risteytyksissä käytetyt sienikannat. Männyn, juurikäävän ja harmaaorvakan vuorovaikutuksia tutkittiin histokemiallisten, molekulaaristen ja transkriptioprofiloinnin (454 sekvensointi) menetelmien avulla. Sekä juurikääpä että harmaaorvakka saivat kymmenvuotiaissa männyissä aikaan solukuolemaa, mutta ajan kuluessa harmaaorvakan aikaansaamat vauriot pysähtyivät. Männyt, jotka altistettiin harmaaorvakalle ennen juurikäävän tartuntaa, rajoittivat juurikäävän aiheuttamia vaurioita. Solujen lignifikaatioon, solukuoleman säätelyyn ja jasmonihapporeitin viestintään liittyvien geenien toiminta voimistui. Tulokset osoittavat puun solukoissa indusoituvan paikallisen vastustuskyvyn olevan osan biologisen torjunnan toimintamekanismia. Lisäksi harmaaorvakan kyky tappaa soluja on heikko. Harmaaorvakan vaikutuksia bakteeriyhteisöihin tutkittiin kuusen kannoista, jotka oli käsitelty harmaaorvakalla 1, 6 ja 13 vuotta sitten. Puunäytteiden bakteeriyhteisöt analysoitiin lukemalla bakteerilajien 16S rDNA geenin emäsjärjestys käyttämällä 454 Titanium pyrosekvensointia. Proteobacteria oli yleisin ryhmä lahoamisen alkuvaiheessa, mutta Acidobacteria korvasi sen lahoamisen edetessä. Harmaaorvakkakäsittely vähensi aluksi bakteerien lajirikkautta, mutta ajan kuluessa bakteeriyhteisöt palautuivat luontaisiksi.