Лаборатория вычислительной экологии

Во второй год выполнения проекта в международную базу данных GenBank депонирована информация о 20 новых нуклеотидных последовательностях грибов, плодовые тела которых собраны непосредственно в местообитаниях, где проведен отбор проб для метагеномного анализа. Впервые полученные и депонированные в NCBI GenBank полные нуклеотидные последовательности ITS1-5.8S-ITS2 ярДНК представлены преимущественно таксонами, о которых отсутствует информация в референсных базах данных. В частности, впервые получены сведения о первичной структуре ITS области ярДНК для кортициоидных грибов из родов Peniophorella (Hymenochaetales), Hyphoderma, Phlebia (Polyporales), Amylocorticium (Amylocorticiales). Кроме того, получены нуклеотидные последовательности из аутентичных образцов для малоизвестных и редко обнаруживаемых в природе представителей родов ксилотрофных базидиомицетов Athelia (Atheliales), Leucogyrophana (Boletales), Kneiffiella (Hymenochaetales), Yuchengia (Polyporales). В международном репозитории GBIF опубликована информация по 146 находкам грибов на участках массового ветровала в смешанном широколиственном лесу.

Из метагеномов валежных стволов всего было получено 4717 различных вариантов последовательностей ITS1 грибов и 92262 вариантов последовательностей регионов V4 гена 16S rRNA бактерий. После даунсэмплирования в сообществе грибов осталось около 2500, а в сообществе бактерий около 22500 уникальных последовательностей (при этом только 643 и 665 из них, соответственно, составляли один и более процентов от всех ASV сообществ хотя бы в одном образце).

У всех рассмотренных видов деревьев наблюдалось увеличение альфа-разнообразия грибного и бактериального сообществ между начальными и конечными стадиями разложения, на всех стадиях разложения бактериальное сообщество было более разнообразно, чем грибное. На первых стадиях грибное сообщество состояло в среднем из примерно 25 видов с ярко выраженными доминантными представителями. Исключение составляла ель, на которой было найдено более 60 видов. Бактериальное сообщество каждого древесного вида состояло из более 200 видов, кроме клёна и берёзы, у которых наблюдалось 45 и 86 видов соответственно. К четвертой и пятой стадии разложения у всех видов деревьев в среднем наблюдалось более 100 видов грибов и от примерно 400 до более 600 видов бактерий. У некоторых видов деревьев наблюдался спад разнообразия исследуемых деструкторов на второй или третьей стадии разложения. При общей высокой зашумленности данных концентрация ампликонов от бактериальных сообществ на последней стадии разложения чаще была выше, чем на первой, тогда как у грибного сообщества часто наблюдался пик на более ранних стадиях (1-3) и спад на последней. По нашим данным, максимальная концентрация ампликонов от грибов и бактерий была характерна для липы, а минимальная - для дуба. В древесине дуба бактерии в заметном количестве появлялись только к третьей стадии разложения, что, вероятно, коррелирует с его устойчивостью к разложению (которая была нами показана ранее) и, как следствие, активным использованием в хозяйстве. Интересно, что в некоторых случаях - например, на первой стадии разложения у ясеня и второй у ели - грибы значительно превалировали над бактериями, что может быть связано с выделением ими бактерицидных веществ, а с переходом к более поздним стадиям разложения количество бактерий росло. Сообщество грибов характеризовалось очень высоким бета-разнообразием (среднее расстояние Брея-Кёртиса 0.96 ± 0.08), при этом расстояние между образцами разных древесных видов одной стадии разложения оказалось немного меньше, чем расстояние между образцами одного вида, но разных стадий, в результате чего наблюдалась более выраженная кластеризация образцов по стадии разложения, чем по виду дерева. В ходе разложения древесины грибное сообщество для некоторых древесных видов резко изменялось, демонстрируя смену доминантных представителей на уровне филума. Из 47 найденных классов в грибном сообществе 13 наблюдались хотя бы в одном образце каждой породы и каждой стадии разложения. В то же время большинство родов грибов наблюдалось только на образцах одного вида одной стадии, что говорит об отсутствии одного общего пути разложения древесины сообществом грибов.

В бактериальном сообществе 13 из 104 классов и 146 из 781 родов наблюдались в образцах всех типов, при этом, как и в сообществе грибов, в частые классы входили доминантные представители. При оценке бета-разнообразия с помощью расстояния Брея-Кёртиса на уровне ASV бактериальные сообщества также сильно различались между образцами. По сходству сообществ бактерий (как и грибов, но для бактерий в большей степени) образцы кластеризовались более по стадиям, чем по древесным видам.

По учету плодовых тел афиллофороидных грибов, на валежных стволах 8 видов деревьев было выявлено 127 видов базидиальных грибов, принадлежащих к 78 родам, 50 семействам, 14 порядкам. Максимальное видовое богатство отмечено на валежных стволах ели (46 видов). На древесине клёна зарегистрировано 38, на ясене – 24, на осине – 22 видов базидиомицетов; на валежных стволах остальных древесных видов - менее 20 (для каждой породы). Грибы белой гнили доминировали (74%), грибы бурой гнили составляли 19%; среди морфологических групп доминировали кортициоидные грибы и трутовики (55 и 32%, соответственно). Среднее число видов составило 1.8 ± 0.06 (SE) на метровой площадке и 10.4 ± 0.98 на ствол. Высокое гамма-разнообразие обеспечивалось высоким бета-разнообразием грибного сообщества: среднее расстояние по Брею-Кертису было 0.95 ± 0.001 и 0.92 ± 0.006 для площадок и стволов, соответственно. Стволы разных видов деревьев значимо не отличались по числу видов грибов, найденных на них, но отличались группы видов деревьев: по критерию Краскела-Уоллиса (X2 = 9.48, P = 0.009) на видах лиственных деревьев с кольцесосудистой древесиной (дуб, ясень, вяз) было найдено значимо меньше грибов (в среднем на ствол 10.6 ± 1.2), чем на ели (16.8 ± 2.6). Состав базидиомицетов на стволах валежин разных видов деревьев достаточно хорошо различался, что показали результаты неметрического многомерного шкалирования (NMDS) и пермутационного многомерного анализа вариации (PERMANOVA). Видовая принадлежность стволов деревьев определяла 45% вариации видового состава базидиомицетов (P = 0.0001); вместе со средней стадией разложения ствола (R2 = 5%, P = 0.05), dbh и числом ненулевых площадок модель определяла 58% варьирования видового состава грибов. Аддитивное разбиение биоразнообразия показало, что вклады всех составляющих разнообразия являлись значимыми, но максимальный вклад (81%) в общее гамма-разнообразие базидиомицетов вносило композиционное разнообразие между видами деревьев, которое было статистически значимо выше, чем ожидаемое при нулевой модели.

Таким образом, в целом мы получили соответствующие друг другу оценки разнообразия сообществ грибов, выявленных по плодовым телам и результатам метагеномного анализа. Два вида анализа показали увеличение разнообразия сообществ с увеличением стадии разложения и важность вклада разнообразия древесного субстрата в общее гамма-разнообразие грибного населения анализируемого участка. Метагеномный анализ позволил детально оценить количественное и качественное изменение видового разнообразия сообществ деструкторов (бактерий и грибов) в ходе разложения древесины различных видов деревьев; предположить специфические особенности изменения разнообразия в процессе разложения для каждого из восьми анализируемых древесных видов.

Результаты исследования представлены на 4-х научных конференциях. Опубликовано 9 научных статей, среди них одна в журнале Q1 (IF 4.384); одна в журнале, регистрируемом в базе данных Scopus. Опубликовано также 4 статьи в сборниках материалов конференций и 2 набора данных.