Phylogenetic Relationships, Pathogenic Traits, and Wood-Destroying Properties of Porodaedalea niemelaei M. Fischer Isolated in the Northern Forest Limit of Larix gmelinii Open Woodlands in the Permafrost Area

Abstract

The phytopathogenic and wood destroying traits were studied in a basidiomycete fungus, Porodaedalea niemelaei M. Fischer, widespread in Siberian permafrost woodlands of Gmelinii larch, Larix gmelinii (Rupr.) Rupr. Numerous stands of dying out and fallen larch trees with white-rot („corrosion rot“) were found in the study area. Butt rot incidence varied from 63 to 100 % depending on the stand age and raised up to 0.5-1.5 m above root collar on average or up to 9 m maximum. Root rot was also widespread, including larch undergrowth. The biodiversity of xylotrophic fungi was low, with a pronounced dominance of P. niemelaei. The main factors of dying out of L. gmelinii were infection by P. niemelaei promoted by mechanical damage of roots by reindeers during migration and climate anomalies. The cultures isolated from the fruiting bodies were identified as Porodaedalea niemelaei M. Fischer based on the combination of morphological, culture, and molecular genetic methods. Under laboratory conditions, the strains were characterized as psychrotolerant (temperature limit from 6 to 22 °C) and preferred cultural media based mostly on natural and plant substrates. The most active biodegradation occurred on the broadleaf wood substrates causing up to 50 % of the biomass loss accompanied by active decomposing of the lignocellulosic complex and increasing the amount of water-soluble substances. The phylogenetic analysis demonstrated that P. niemelaei is clearly different from other well-studied Porodaedalea species, such as P. chrysoloma, P. pini, and P. cancriformans, and is very close to a group of unclassified fungi isolated in Norway and Finland. The phylogenetic analysis included 43 isolates and was based on four genetic markers – ITS, nLSU, rpb2, and tef1, commonly used in fungal phylogenetics

Изучены фитопатогенные и дереворазрушающие свойства базидиального гриба Porodaedalea niemelaei M. Fischer, широко распространённого на территории Сибири в районе вечной мерзлоты в редколесьях Larix gmelinii (Rupr.) Rupr. В районе исследования обнаружены многочисленные куртины усыхающих деревьев и ветровальные лиственницы с наличием коррозионной гнили. Встречаемость напенной гнили варьирует в пределах 63-100 % в зависимости от возраста древостоя; средняя высота подъема 0,5-1,5 м, максимально до 9 м. Корневая гниль распространена повсеместно, включая подрост лиственницы. Биоразнообразие ксилотрофных грибов скудное с выраженным доминированием P. niemelaei. Основным фактором усыхания Larix gmelinii является наличие грибной инфекции, способствующими – механическое повреждение корней и климатические аномалии. Культура гриба, изолированная из плодового тела, по совокупности морфолого-культуральных и молекулярно-генетических методов идентифицирована как Porodaedalea niemelaei M. Fischer. В лабораторных условиях штамм характеризуется как психротолерантный (температурный предел 6-22 °С), предпочитающий питательные среды на основе натуральных растительных компонентов. Биодеструкция растительных субстратов активнее протекает на лиственной древесине – убыль массы до 50 % на фоне активной биодеградации компонентов лигноцеллюлозного комплекса и увеличения количества водорастворимых веществ. Филогенетический анализ выявил значительные отличия P. niemelaei от других хорошо изученных видов Porodaedalea, таких как P. chrysoloma, P. pini и P. cancriformans, и близость к группе неклассифицированных грибов, выделенных в Норвегии и Финляндии. Филогенетический анализ включал 43 изолята и базировался на четырех маркерах (ITS, nLSU, rpb2 и tef1), широко применяемых в филогении грибов. Нуклеотидные последовательности всех маркеров были проверены в недавно полностью секвенированном геноме P. niemelaei, у изолята, использованного в этом исследовании (http://genome.jgi.doe.gov/PornieStandDraft_FD/PornieStandDraft_FD.info.html).