Taxonomy and phylogeny of white-rot polypores : case studies in Hymenochaetales and Polyporales (Basidiomycota)

Tutkimus käsittelee kääpien sukulaisuussuhteita. Käävät ovat kantasienten (Basidiomycota) muotoryhmä, joiden itiöemien alapinta muodostuu yhteensulautuneista pilleistä. Muotoryhmänä kääpiä voi verrata vaikka puihin siinä mielessä, että käävät kuten puutkaan eivät ole samankaltaisuudestaan huolimatta kaikki sukua toisilleen. DNA:n käyttö sukulaisuussuhteiden selvittämisessä on aloittanut mullistuksen kääpien luokittelussa. Aiemmin käytetty, itiöemien ominaisuuksiin perustunut luokittelu on osoittautunut keinotekoiseksi sukulaisuussuhteiden kannalta. Tutkimuksessani syvennyttiin useamman kääpäsuvun polveutumishistoriaan hyödyntäen DNA:ta ja perinteisiä menetelmiä. Tutkimuksen keskeisimmät tulokset liittyvät sitkokääpien sukuun (Antrodiella). Tämä noin 70 lajia sisältävä suku osoittautui rikkonaiseksi - sitkokääpiin luetut lajit kuuluvat kahteen sienilahkoon ja oikesti vähintään 13 sukuun. Tutkimuksessa löytyi kaksi Suomelle uutta sitkokääpää, leppikääpä (A. ichnusana) ja nipukkakääpä (A. leucoxantha). Uudet suvut kuvattiin Suomessa esiintyville sirppikääville (Sidera) ja talikääville (Obba). Uusi kääpäsuku ja -laji kuvattiin myös Indonesiasta (Sebipora aquosa). Valtaosa sitkokääpiin luetuista lajeista kuuluu orakarakoiden heimoon (Steccherinaceae), joka rajattiin tässä tutkimuksessa uudelleen. Heimoon kuuluvat mm. karakäävät (Junghuhnia) ja orakasmaiset orakarakat (Steccherinum). Sen sisällä selvitettiin kääpien ja orakkaiden sukulaisuussuhteita. Perinteisesti käävät ja orakkaat on viety eri sukuihin riippumatta niiden mikroskooppisesta samankaltaisuudesta. Tulosten valossa orakarakoiden heimossa käävät ja orakkaat pysyvät pääosin erillisissä suvuissa, mutta tästä on myös poikkeuksia (Antrodiella, Metuloidea ja Steccherinum). Lähes kaikki DNA:n perusteella määriteltävissä olevat suvut ovat tunnistettavissa itiöemien ominaisuuksiensa perusteella. Tulokset antavat eväitä kääpien luokitteluun laajemminkin osoittamalla, mitkä ominaisuudet ovat luokittelun kannalta merkityksellisiä. Tarkentunut tieto lajimäärästä ja lajien sukulaisuussuhteista hyödyttää ekologista tutkimusta sekä arvioita lajien uhanalaisuudesta. Tutkimuksen aikana luotua DNA-kirjastoa käytetään lajien tunnistamiseen. Tuloksia voidaan hyödyntää myös etsittäessä bioteknologisia sovelluksia käävistä, sillä sovellusten kannalta kiinnostavat ominaisuudet seuraavat usein sienten sukupuuta.

Monitoring of Fungal Growth and Degradation of Wood

Valko- ja ruskolahosienet tunnetaan luonnossa tehokkaimpina puun ja karikkeen lignoselluloosan lahottajina. Valkolahosienet pystyvät hajottamaan kaikkia puun osia: ligniiniä, selluloosaa ja hemiselluloosaa. Selektiivisesti ligniiniä hajottavat sienet lahottavat puusta suhteessa enemmän vaikeasti hajoavaa ligniiniä kuin selluloosaa tai hemiselluloosaa, jolloin jäljelle jää valkoista ja miltei puhdasta selluloosaa. Bioteknisissä sovelluksissa juuri selektiviiviset valkolahottajat ovat kiinnostavia. Niiden avulla voidaan puuhaketta esikäsitellä esimerkiksi paperinvalmistuksessa haitallisen ligniinin poistamiseksi. Ruskolahosienet ovat huomattavia puun, puutavaran ja puisten rakenteiden lahottajia, kuten tässä työssä käytetty Gloeophyllum trabeum (saunasieni ) ja Poria (Postia) placenta (istukkakääpä). Ruskolahosienet hajottavat puusta hemiselluloosan lisäksi selluloosaa, jolloin jää jäljelle ruskea ja jauhomaiseksi mureneva ligniini. Ruskolahosienet muovaavat ligniiniä jonkin verran. Kahden ruskolahosienen G. trabeumin ja P. placentan lisäksi tutkittiin valkolahosieniä, joista Ceriporiopsis subvermispora (karstakääpä) ja harvinainen Physisporinus rivulosus -sieni (talikääpä) hajottavat ligniiniä erittäin selektiivisesti. Phanerochaete chrysosporium on kaikkialla paljon tutkittu sieni, ja Phlebia radiata valkolahosientä (rusorypykkä) on tutkittu paljon mikrobiologian osastolla. Lisäksi tutkittiin Phlebia tremellosa -sienten (hytyrypykkä) ligninolyyttisten entsyymien tuottoa ja 14C-leimatun synteettisen ligniinin (DHP) hajotusta. P. radiata ja P. tremellosa -sienten on todettu aiemmin hajottavan ligniiniä selektiivisesti. Työssä selvitettiin miten sienten kasvua voi mitata, miten vertailukelpoisia eri mittaamismenetelmillä saadut tulokset ovat ja ilmenevätkö sienten aktiivisimmat kasvuvaiheet samaan aikaan eri menetelmillä mitattuna. Tärkeimmät tulokset olivat seuraavat havainnot: (i) P. radiata ja P. tremellosa -sienikannat tuottivat ligniini- ja mangaaniperoksidaasientsyymejä (LiP ja MnP) sekä lakkaasia, ja sienistä puhdistettiin 2-3 LiP- ja P. radiatasta yksi MnP-entsyymi; (ii) P. tremellosa -sienet hajottivat leimattua synteettistä ligniiniä (DHP) yhtä hyvin kuin paljon tutkitut P. chrysosporium ja P. radiata -sienet; (iii) puu, sienen luonnollinen kasvualusta, lisäsi valkolaho- ja ruskolahosienten demetoksylaatiota [O14CH3]-leimatusta ligniinin malliyhdisteestä 14CO2:ksi ilman puuta olleeseen alustaan verrattuna; (iv) demetoksylaatio (14CO2:n tuotto) oli normaalissa ilma-atmosfäärissä useimmiten parempi happeen verrattuna; (v) hapessa paras 14CO2:n tuotto saatiin puupalakasvatuksissa, joihin oli lisätty ravinnetyppeä tai typen lisäksi glukoosia sekä valkolaho- että ruskolahosienillä; (vi) ilmassa 14CO2:n tuotto oli puulla voimakkainta valkolahosienillä ilman lisäravinteita, kun taas G. trabeum -sienellä se oli yhtä hyvä eri alustoissa; (vii) biomassan muodostuminen rihmastojen ergosterolipitoisuuksista mitattuna oli ruskolahosienillä parempi kuin valkolahosienillä; (viii) ja biomassojen huippupitoisuudet olivat 6:lla sienellä eri suuruisia ja niiden maksimimäärien ajankohdat vaihtelivat viiden viikon kasvatusten kuluessa. Mikrobiologian osastolla Viikissä eristetty ja paljon tutkittu P. radiata -valkolahosieni oli mukana kaikissa tehdyissä kokeissa. Sienen LiP-aktiivisuus ja 14CO2:n tuotto 14C-rengas-leimatusta synteettisestä ligniinistä (DHP) korreloivat erittäin hyvin. Biomassan muodostuminen ergosterolilla määritettynä tuki hyvin entsyymiaktiivisuusmittauksilla ja isotooppikasvatuksilla saatuja tuloksia.

The effect of lignin content and lignin modification on Norway spruce wood properties and decay resistance

Three different Norway spruce cutting clones growing in three environments with different soil and climatic conditions were studied. The purpose was to follow variation in the radial growth rate, wood properties and lignin content and to modify wood lignin with a natural monolignol, coniferyl alcohol, by making use of inherent wood peroxidases. In addition, the incorporation of chlorinated anilines into lignin was studied with synthetic model compounds and synthetic lignin preparations to show whether unnatural compounds originating from pesticides could be bound in the lignin polymer. The lignin content of heartwood, sapwood and earlywood was determined by applying Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and a principal component regression (PCR) technique. Wood blocks were treated with coniferyl alcohol by using a vacuum impregnation method. The effect of impregnation was assessed by FTIR and by a fungal decay test. Trees from a fertile site showed the highest growth rate and sapwood lignin content and the lowest latewood proportion, weight density and modulus of rupture (MOR). Trees from a medium fertile site had the lowest growth rate and the highest latewood proportion, weight density, modulus of elasticity (MOE) and MOR. The most rapidly growing clone showed the lowest latewood proportion, weight density, MOE and MOR. The slowest growing clone had the lowest sapwood lignin content and the highest latewood proportion, weight density, MOE and MOR. Differences between the sites and clones were small, while fairly large variation was found between the individual trees and growing seasons. The cutting clones maintained clone-dependent wood properties in the different growing sites although variation between trees was high and climatic factors affected growth. The coniferyl alcohol impregnation increased the content of different lignin-type phenolic compounds in the wood as well as wood decay resistance against a white-rot fungus, Coriolus versicolor. During the synthetic lignin preparation 3,4-dichloroaniline became bound by a benzylamine bond to β-O-4 structures in the polymer and it could not be released by mild acid hydrolysis. The natural monolignol, coniferyl alcohol, and chlorinated anilines could be incorporated into the lignin polymer in vivo and in vitro, respectively.