Linking the soil mycobiome to ecosystem diversity, productivity and carbon sequestration in boreal forests

Boreale skoger dekker omlag 11% av landjorda. En stor andel av karbonet på jorda forekommer i boreal skog; i levende trær og annen vegetasjon og i mikrobiell biomasse. Men spesielt mye er lagret som dødt organisk materiale i jord. Sopp har sentrale økosystemfunksjoner i boreal skog. De opptrer som saprotrofe nedbrytere og er hovedansvarlige for nedbryting av for eksempel dødt plantemateriale. Videre spiller mykorrhizasopp en svært viktig rolle i boreal skog. Mykorrhizasopp er sopper som lever i mutualistisk symbiose med planterøtter. De bidrar til planters næringsopptak ved å oppta plantenæringstoffer som nitrogen og fosfor og overføre dette til vertsplantene. I retur mottar mykorrhizasoppene sukkerstoffer fra plantene, generert ved fotosyntese. Enkelte mykorrhizasopp konkurrer trolig med nedbrytersopp i jorda om nitrogen og fosfor og påvirker derfor hvor raskt og i hvilken grad organisk materiale brytes ned. Det overordnede målet med MycoSoil-prosjektet er å generere ny kunnskap om de jordboende soppenes rolle, aktivitet og fordeling i boreal skogsjord og hvilke faktorer som regulerer dem. Dette undersøkes i fire delprosjekter. I et delprosjekt undersøker vi hvordan soppenes aktivitet varierer gjennom sesongen i ulike miljøer. Her er det samlet inn jordprøver i ett skogsområde gjennom året og vi har, i samarbeid med Tsjekkiske forskere, generert data på forekomst av sopp (DNA-basert) og aktivitet (RNA-basert). I tillegg er det generert data på hvilke proteiner (protemics) og metabolitter (metabolomics) som forekommer og hvordan det varierer gjennom året. Denne delen av prosjektet vil presumtivt resultere i 2-3 publikasjoner, men det vil fortsatt ta noe tid å publiserer disse resultatene. I et annet del-prosjekt, har vi undersøkt, ved hjelp av DNA-metodikk, hvordan soppsamfunn og andre mikroskopiske eukaryoter varierer i det boreale skogslandskapet og hvordan disse påvirket av ulike miljøforhold, samt skogbehandling. Vi har her også generert data som informerer om mengden sopp (ergosterol) og deres aktivitet (enzymer). På stor skala ser at skogbehandling har generelt liten effekt på sammensetning av soppsamfunn sammenliknet med andre miljøforhold. Data er her i all hovedsak analysert og vi er i ferd med å skrive sammen resultatene til 2 publikasjoner. Denne delen av prosjektet utføres i samarbeid med blant andre NIBIO og landskogstakseringen og vil resulterer i 2-3 publikasjoner. I den tredje delen av prosjektet undersøker vi samfunn av sopp og andre mikroeukaryoter på mindre skala, langs transekter som benyttes til langtidsovervåking av skog. Vi er her i stand til å koble DNA-baserte data på de jordboende organismene til vegetasjonsdata, siden vegetasjonsdata er kartlagt i detalj i de samme prøveflatene. I denne delen av prosjektet undersøker vi også på omsetning av plantestrø og dødt mycel langs transektene eksperimentelt. Det siste er en utvidelse av det opprinnelige prosjektet og finansiert gjennom et samarbeid med Minnesota University. Denne delen av prosjektet vil resulterer i 4-5 publikasjoner. Selv om vi ligger noe etter tidsskjema med publiseringen, er vi er godt i gang med å skrive sammen resultatene.

Prosjektet representere trolig det første store studiet av diversitet i skogsjord i Norge basert på DNA-metabarcoding analyser. Prosjektet vil således gi fundamental ny forståelse av diversiteten av mikroorganismer og sopp i skogsjord - og hvilke faktorer som regulerer denne diversiteten. Prosjektet vil i særdeleshet gi økt kunnskap om hvordan skogbruk, en av faktorene vi har sett på, påvirker diversiteten. Prosjektet vil videre gi kunnskap om hvordan diversitet av mikroorganismer er knytta til ulike økosystemtjenester, inkludert karbonlagring. Nyere forskning indikerer at det er mikroorganismer som i stor grad regulerer hvor mye karbon som lagres i skogsjord gjennom deres nedbrytervirksomhet. Prosjektet har generert enorme mengder data som vil bli benytta i lang tid fremover i ulike studier. Vi har også opppnått fundamental ny forståelse av hvordan diversitet kan analyseres gjennom DNA-analyser. Denne kunnskapen vil bli videreført i en rekke nye aktiviteter og prosjekter.

The wide distribution of boreal forests and the fact that they efficiently store large stocks of carbon make these ecosystems globally important. Soil fungi play a main functional role in these ecosystems; while saprotrophic taxa are essential for organic matter decomposition; mycorrhizal root-associated fungi mediate the link between living plants and the below-ground community. This link is a key regulator of ecosystem diversity, productivity and carbon sequestration. The goal of the MycoSoil project is to make fundamental progress in the understanding of the community ecology and functions of fungi in boreal forest soils, how they are organized spatiotemporally and how they influence on carbon sequestration processes. We will take advantage of linking the project to long-term surveys of boreal forests, one for local-scale analyses, as well as a grid of 8,700 survey forest plots covering Norway, which together provide extensive information about forest composition and history, productivity and environmental conditions. We aim at identifying the main drivers for fungal community structure and variation in mycelial biomass in boreal forests across different soil horizons, with an emphasis on describing and explaining compositional differences among functional groups of fungi. The structure of the soil mycobiome will be related to plant species richness, productivity and carbon sequestration processes. Further, we will quantify intra-annual shifts in activity and biomass of soil fungi. We will use state-of-the-art DNA metabarcoding and metatranscriptomics approaches to address the research questions. The synthesis of the broad-scale genetic and environmental datasets will give us an unprecedented opportunity to gain new insight into the dynamic relationships between belowground fungal communities, above-ground plant communities, and forest productivity and carbon sequestration. To fulfil our ambitious aims we apply funding for two three-year research fellowships.