SLU-nyhet

Trolig sjukdomsalstrande gen hittad i rotticka

Publicerad: 01 december 2015 - slu.se

Rotticka, Heterobasidion annosum s.l., har i årtionden varit en mycket kostsam skadegörare i skogsbruket. I en ny avhandling från institutionen för skoglig mykologi och patologi hittar Yang Hu en tänkbar sjukdomsalstrande gen i svampen och föreslår en lovande metod för att bevisa dess funktion.

En fruktkropp av en art i Heterobasidion - artkomplextet. Foto: Jonàs Oliva.

Rotröta på barrträd är en mycket allvarig skogsskada och en av de största produktionsbegränsningarna för svenskt skogsbruk. Det har uppskattats att upp till 15% av Sveriges granar är drabbade, och att de årliga kostnaderna i form av utebliven virkesinkomst uppgår till mellan 500 miljoner och 1 miljard SEK. Rotröta orsakas av artkomplexet Heterobasidion annosum s.l., vilket är en svamp känd som rotticka. I komplexet ingår flera arter med olika, delvis överlappande, värdspecificitet. I Sverige är H. parviporum, en rottickeart specialiserad på granar, den som orsakar störst problem, men här finns även H. annosum s.s., som främst infekterar tallar. Denna artspecificitet motsvaras i Nordamerika av H. occidentale, som har ett brett värdträdsspektrum men huvudsakligen angriper gran, och den tall-specifika H. irregulare.

En sjukdom gynnad av skogsbruket

H. annosum s.l. har gynnats kraftigt av det moderna skogsbrukets sommaravverkning, monokulturer och kalhyggen; ett förfarande som skulle kunna vara avsiktligt skräddarsytt för att allra bäst passa rotrötans biologi. För sin spridning är svampen beroende av att sporerna landar på färsk, nybruten ved i form av stubbar. Innan uppkomsten av industrialiserat skogsbruk var dock detta en sällsynt vara i skogen, särskilt som sporerna har svårt att etablera sig direkt på skadad ved på ett ännu levande träd. Döda stubbar behövs som bas, varifrån svampen sedan sprids in i angränsande träd via rotkontakter. Skogsbruket har således försett svampen med en närmast oändlig tillgång på perfekta infektionsytor, och effekten har inte låtit vänta på sig. När svampen väl etablerats i ett område lever den kvar i rötter i marken i princip för alltid. Att ta bort alla stubbar efter en avverkning har visserligen visats minska spridningen av svampen, men är inte ekonomiskt genomförbart.

Grantimmer angripet av rotröta. Vid kraftiga angrepp är stockarna helt olämpliga som sågråvara. Foto: Jenny Arnerup

Av de åtgärder som prövats är de i dagsläget mest effektiva att avverka vintertid, när mindre sporer är i luften, att blanda upp planteringarna med exempelvis tall och björk för att minska antalet gynnsamma rotkontakter, och att behandla stubbarna för att försvåra för svampsporerna att få fäste i den döda veden. Mycket få, om ens några, åtgärder är dock baserade på molekylär eller genetisk kunskap om angriparen. Detta utgör därmed en outnyttjad resurs i kampen. För att utveckla sådana metoder är det nödvändigt att först förstå hur interaktionen mellan svamp och träd ser ut. Om detta handlar en ny avhandling från institutionen för skoglig mykologi och patologi vid Sveriges lantbruksuniversitet, skriven av Yang Hu.

Olika värdspecificitet ger olika genuttryck

"Avhandlingen som helhet syftar till att identifiera gener i H. annosum s.l. med betydelse för dess virulens, och även till att undersöka möjligheten att i framtiden stänga av sådana gener i ett svampisolat för att bekräfta funktionen", säger Yang Hu.

Yang Hus första studie gäller skillnaden mellan de nordamerikanska arterna H. occidentale och H. irregulare. Hypotesen var att det finns en skillnad i hur dessa arter agerar under infektion av det i Sverige viktigaste värdträdet Picea abies, den vanliga granen. För att bekräfta detta undersökte Yang svamparternas transkriptom, dvs alla deras uttryckta gener.

"Vi infekterade granplantor med respektive svampart och jämförde de uttryckta generna. Det visade sig att H. occidentales och H. irregulares transkriptom skiljer sig åt på flera punkter, trots att båda arterna har mycket liknande genuppsättningar. Skillnaderna tycks därför mer bestå i hur generna regleras, än i vilka gener som finns tillgängliga."

Bland skillnaderna märks särskilt att H. irregulare uttrycker fler gener för att hantera trädets försvarsreaktioner än H. occidentale. Här märks exempelvis gener för transportörer, som pumpar ut giftiga substanser ur cellerna, och för enzymer direkt involverade i att bryta ner toxiska substanser. Samtidigt visade det sig att H. occidentale uttrycker fler gener inblandade i nedbrytning av vävnader och omsättning av kolhydrater.

"Detta är intressant men inte överraskande", säger Yang. "H. irregulare har utvecklats till en specialiserad tallpatogen, och tallved är betydligt mer toxisk för Heterobasidion-arter än granved. Faktum är att tallens kärnved i princip inte rötas alls av rotticka. Där lever istället svampen i den inre barken. Rotröta på tallar leder heller oftast inte till att träden dör, utan snarare till hämmad tillväxt. För att överleva i denna fientliga miljö behöver alltså H. irregulare ett batteri gener som kan hantera toxicitet. Granveden å andra sidan", fortsätter Yang, "är inte alls toxisk på samma sätt och en framgångsrik granspecialist, som H. occidentale, kännetecknas därför snarare av snabb omsättning av den tillgängliga veden."

Yang Hu vid spikningen av sin avhandling 'Understanding the virulence of Heterobasidion annosum s.l. a root rot pathogen of conifers'. Foto: Petra Fransson.

Trolig virulensgen för nekrotrofa svampar

Sedan tidigare har forskare vid Yangs institution identifierat områden på H. annosum s.l.-genomet med särskild betydelse för virulensen på såväl tall som gran. I ett sådant område fann Yang Hu och hans kollegor en gen involverad i kolhydratsomsättning och vednedbrytning; RHG. Denna gen uttrycktes kraftigt under graninfektion av såväl H. irregulare som H. occidentale. Den valdes därför ut som särskilt intressant kandidatgen att arbeta vidare med.

"Vi fann att RHG dessutom uttrycks starkare vid infektion av värdträdet än när svampen växer i vätskekultur. Vi jämförde förekomsten av RHG-genen i H. annosum s.l. med flera andra svamparter. Det visade sig att andra nekrotrofer, det vill säga svampar som attackerar träd på samma sätt som H. annosum s.l., genom att döda cellerna och sedan bryta ner dem, också hade denna gen, medan så kallade biotrofer, svampar som parasiterar på värdens metabolism utan att döda cellerna, hade förlorat genen. Vi anser att detta stöder hypotesen att RHG är en viktig gen för rottickans förmåga att döda och bryta ner värdträden."

Lovande metod

För att kunna testa funktionen av sådana gener är det emellertid viktigt att ha tillgång till någon sorts transformationssystem, det vill säga en pålitlig metod för att modifiera en organisms DNA, vanligtvis genom att ta bort en intressant gen och undersöka om den tänkta funktionen försvinner hos mutanten, eller överuttrycka genen och se om funktionen förstärks. Detta har visat sig vara svårt i rotticka. Tidigare försök med transformering har för det mesta slutat i att svampen efter en tid gör sig av med de transformerade generna. Yangs undersökte därför möjligheten att använda en särskild metod för att "tysta" gener, s.k. RNAi-silencing.

"Metoden går i princip ut på att tillverka en bit RNA som binder det mRNA den undersökta genen uttrycker, och därmed förhindrar att det översätts till ett protein. Vår studie visar att rottickan har hela den genetiska repertoar som krävs för att kunna manipuleras med RNAi. Vi ser samtidigt att dessa gener är väl representerade i hela den högre svampdivisionen basidiesvampar, som rottickan tillhör. I nuläget har RNAi-silencing applicerats framgångsrikt på endast sex basidiesvampar, men vår studie visar alltså att tekniken har goda förutsättningar för att användas på de flesta sådana arter, inte minst rotticka."

"Sammanfattningsvis visar min avhandling i huvudsak att Heterobasidion-arter som är specialiserade på tall uttrycker fler gener för avgiftning än andra arter, även under infektion av gran; att RHG är en trolig virulensgen i nekrotrofa svampar och att RNAi är en lovande metod för tysta denna gen och därmed testa dess funktion."


Kontaktinformation
Sidansvarig: marten.lind@slu.se