Abstract Soils of coniferous forest ecosystems are important for the global carbon cycle, and the identification of active microbial decomposers is essential for understanding organic matter transformation in these ecosystems. By the independent analysis of DNA and RNA, whole communities of bacteria and fungi and its active members were compared in topsoil of a Picea abies forest during a period of organic matter decomposition. Fungi quantitatively dominate the microbial community in the litter horizon, while the organic horizon shows comparable amount of fungal and bacterial biomasses. Active microbial populations obtained by RNA analysis exhibit similar diversity as DNA-derived populations, but significantly differ in the composition of microbial taxa. Several highly active taxa, especially fungal ones, show low abundance or even absence in the DNA pool. Bacteria and especially fungi are often distinctly associated with a particular soil horizon. Fungal communities are less even than bacterial ones and show higher relative abundances of dominant species. While dominant bacterial species are distributed across the studied ecosystem, distribution of dominant fungi is often spatially restricted as they are only recovered at some locations. The sequences of cbhI gene encoding for cellobiohydrolase (exocellulase), an essential enzyme for cellulose decomposition, were compared in soil metagenome and metatranscriptome and assigned to their producers. Litter horizon exhibits higher diversity and higher proportion of expressed sequences than organic horizon. Cellulose decomposition is mediated by highly diverse fungal populations largely distinct between soil horizons. The results indicate that low-abundance species make an important contribution to decomposition processes in soils.

Abstract Fungi are considered the primary decomposers of dead plant biomass in terrestrial ecosystems. However, current knowledge regarding the successive changes in fungal communities during litter decomposition is limited. Here we explored the development of the fungal community over 24 months of litter decomposition in a temperate forest with dominant Quercus petraea using 454-pyrosequencing of the fungal internal transcribed spacer (ITS) region and cellobiohydrolase I (cbhI) genes, which encode exocellulases, to specifically address cellulose decomposers. To quantify the involvement of phyllosphere fungi in litter decomposition, the fungal communities in live leaves and leaves immediately before abscission were also analysed. The results showed rapid succession of fungi with dramatic changes in the composition of the fungal community. Furthermore, most of the abundant taxa only temporarily dominated in the substrate. Fungal diversity was lowest at leaf senescence, increased until month 4 and did not significantly change during subsequent decomposition. Highly diverse community of phyllosphere fungi inhabits live oak leaves 2 months before abscission, and these phyllosphere taxa comprise a significant share of the fungal community during early decomposition up to the fourth month. Sequences assigned to the Ascomycota showed highest relative abundances in live leaves and during the early stages of decomposition. In contrast, the relative abundance of sequences assigned to the Basidiomycota phylum, particularly basidiomycetous yeasts, increased with time. Although cellulose was available in the litter during all stages of decomposition, the community of cellulolytic fungi changed substantially over time. The results indicate that litter decomposition is a highly complex process mediated by various fungal taxa.

White-rot fungi require trace amounts of essential heavy metals such as Cd, Mn or Zn for their growth, but these metals are toxic when present in excess. Toxic heavy metals can inhibit the growth, cause morphological and physiological changes and affect the reproduction of Basidiomycetes. Fungal species and strains differ in their sensitivity towards metals and in the protection mechanisms involved. The toxicity of some heavy metals such as Hg, Cu or Ni has been used for the development of antifungal wood preservatives. Extracellular ligninolytic and cellulolytic enzymes are regulated by heavy metals on the level of transcription as well as during their action. During the degradation of lignocellulose and xenobiotics by white-rot fungi or isolated enzymes from these fungi heavy metals interfere with both the activity of extracellular enzymes involved in the process and fungal colonization. The ability of white-rot fungi to adsorb and accumulate metals together with the excellent mechanical properties of fungal mycelial pellets provide an opportunity for application of fungal mycelia in selective sorption of individual heavy metal ions from polluted water.

In forest ecosystems, trees represent the major primary producers and affect the chemical composition and microbial processes in the ecosystem via specific litter chemistry and rhizodeposition. Effects of trees on the abundance of soil microorganisms have been previously observed but the extent to which trees affect the composition of microbial communities remains unknown. Here we analyse the factors affecting the composition of bacterial and fungal communities in forest litter and soil under seven tree species studied at twenty-eight spatially independent sites of similar age developed on the same initial substrate. Microbial communities differed between litter and soil. Bacterial communities were more diverse than fungal communities, especially in litter, and exhibited higher evenness. Eighty percent of the bacterial sequences belonged to the 200–250 most dominant operational taxonomic units (OTUs), and 80% of the fungal sequences were composed of only 23–28 OTUs. The effect of tree species on the microbial-community composition was significant in both litter and soil for fungi as well as bacteria. In bacteria, the tree effect was likely partly mediated by litter and soil pH. Fungal taxa showed a greater tendency to be tree-specific: 35–37% of the dominant fungal OTUs but only 0–3% of the bacterial OTUs were restricted to 1 or 2 trees, and 15–45% of the fungi and 80% of the bacteria were common under 6 or 7 trees. Microbial taxa were demonstrated to associate with less trees than would be expected based on the patterns of their abundance in samples and the tree identity thus affects their occurrence. The numbers of observed dominant fungal OTUs in the study area increased faster with an increasing numbers of trees, indicating high β-diversity. Although the proportion of the arbuscular mycorrhizal and ectomycorrhizal fungi differed among trees, the tree-specific fungal taxa were both root-symbiotic and saprotrophic. The effect of trees on the composition of microbial community was demonstrated to be stronger than other soil properties and to explain a large proportion of variation in community composition, especially in fungi.

The cryptic lifestyle of most fungi necessitates molecular identification of the guild in environmental studies. Over the past decades, rapid development and affordability of molecular tools have tremendously improved insights of the fungal diversity in all ecosystems and habitats. Yet, in spite of the progress of molecular methods, knowledge about functional properties of the fungal taxa is vague and interpretation of environmental studies in an ecologically meaningful manner remains challenging. In order to facilitate functional assignments and ecological interpretation of environmental studies we introduce a user friendly traits and character database FungalTraits operating at genus and species hypothesis levels. Combining the information from previous efforts such as FUNGuild and FunFun together with involvement of expert knowledge, we reannotated 10,210 and 151 fungal and Stramenopila genera, respectively. This resulted in a stand-alone spreadsheet dataset covering 17 lifestyle related traits of fungal and Stramenopila genera, designed for rapid functional assignments of environmental studies. In order to assign the trait states to fungal species hypotheses, the scientific community of experts manually categorised and assigned available trait information to 697,413 fungal ITS sequences. On the basis of those sequences we were able to summarise trait and host information into 92,623 fungal species hypotheses at 1% dissimilarity threshold.

Organic matter decomposition in the globally widespread coniferous forests has an important role in the carbon cycle, and cellulose decomposition is especially important in this respect because cellulose is the most abundant polysaccharide in plant litter. Cellulose decomposition was 10 times faster in the fungi-dominated litter of Picea abies forest than in the bacteria-dominated soil. In the soil, the added (13)C-labelled cellulose was the main source of microbial respiration and was preferentially accumulated in the fungal biomass and cellulose induced fungal proliferation. In contrast, in the litter, bacterial biomass showed higher labelling after (13)C-cellulose addition and bacterial biomass increased. While 80% of the total community was represented by 104-106 bacterial and 33-59 fungal operational taxonomic units (OTUs), 80% of the cellulolytic communities of bacteria and fungi were only composed of 8-18 highly abundant OTUs. Both the total and (13)C-labelled communities differed substantially between the litter and soil. Cellulolytic bacteria in the acidic topsoil included Betaproteobacteria, Bacteroidetes and Acidobacteria, whereas these typically found in neutral soils were absent. Most fungal cellulose decomposers belonged to Ascomycota; cellulolytic Basidiomycota were mainly represented by the yeasts Trichosporon and Cryptococcus. Several bacteria and fungi demonstrated here to derive their carbon from cellulose were previously not recognized as cellulolytic.

Evidence shows that bacteria contribute actively to the decomposition of cellulose and hemicellulose in forest soil; however, their role in this process is still unclear. Here we performed the screening and identification of bacteria showing potential cellulolytic activity from litter and organic soil of a temperate oak forest. The genomes of three cellulolytic isolates previously described as abundant in this ecosystem were sequenced and their proteomes were characterized during the growth on plant biomass and on microcrystalline cellulose. Pedobacter and Mucilaginibacter showed complex enzymatic systems containing highly diverse carbohydrate-active enzymes for the degradation of cellulose and hemicellulose, which were functionally redundant for endoglucanases, β-glucosidases, endoxylanases, β-xylosidases, mannosidases and carbohydrate-binding modules. Luteibacter did not express any glycosyl hydrolases traditionally recognized as cellulases. Instead, cellulose decomposition was likely performed by an expressed GH23 family protein containing a cellulose-binding domain. Interestingly, the presence of plant lignocellulose as well as crystalline cellulose both trigger the production of a wide set of hydrolytic proteins including cellulases, hemicellulases and other glycosyl hydrolases. Our findings highlight the extensive and unexplored structural diversity of enzymatic systems in cellulolytic soil bacteria and indicate the roles of multiple abundant bacterial taxa in the decomposition of cellulose and other plant polysaccharides.

Summary Understanding the ecology of coniferous forests is very important because these environments represent globally largest carbon sinks. Metatranscriptomics, microbial community and enzyme analyses were combined to describe the detailed role of microbial taxa in the functioning of the P icea abies ‐dominated coniferous forest soil in two contrasting seasons. These seasons were the summer, representing the peak of plant photosynthetic activity, and late winter, after an extended period with no photosynthate input. The results show that microbial communities were characterized by a high activity of fungi especially in litter where their contribution to microbial transcription was over 50%. Differences in abundance between summer and winter were recorded for 26–33% of bacterial genera and < 15% of fungal genera, but the transcript profiles of fungi, archaea and most bacterial phyla were significantly different among seasons. Further, the seasonal differences were larger in soil than in litter. Most importantly, fungal contribution to total microbial transcription in soil decreased from 33% in summer to 16% in winter. In particular, the activity of the abundant ectomycorrhizal fungi was reduced in winter, which indicates that plant photosynthetic production was likely one of the major drivers of changes in the functioning of microbial communities in this coniferous forest.

Summary Fungi are the agents primarily responsible for the transformation of plant‐derived carbon in terrestrial ecosystems. However, little is known of their responses to the seasonal changes in resource availability in deciduous forests, including photosynthate allocation below ground and seasonal inputs of fresh litter. Vertical stratification of and seasonal changes in fungal abundance, activity and community composition were investigated in the litter, organic and upper mineral soils of a temperate Quercus petraea forest using ergosterol and extracellular enzyme assays and amplicon 454‐pyrosequencing of the rDNA ‐ITS region. Fungal activity, biomass and diversity decreased substantially with soil depth. The highest enzyme activities were detected in winter, especially in litter, where these activities were followed by a peak in fungal biomass during spring. The litter community exhibited more profound seasonal changes than did the community in the deeper horizons. In the litter, saprotrophic genera reached their seasonal maxima in autumn, but summer typically saw the highest abundance of ectomycorrhizal taxa. Although the composition of the litter community changes over the course of the year, the mineral soil shows changes in biomass. The fungal community is affected by season. Litter decomposition and phytosynthate allocation represent important factors contributing to the observed variations.

Mycorrhizal fungi are mutualists that play crucial roles in nutrient acquisition in terrestrial ecosystems. Mycorrhizal symbioses arose repeatedly across multiple lineages of Mucoromycotina, Ascomycota, and Basidiomycota. Considerable variation exists in the capacity of mycorrhizal fungi to acquire carbon from soil organic matter. Here, we present a combined analysis of 135 fungal genomes from 73 saprotrophic, endophytic and pathogenic species, and 62 mycorrhizal species, including 29 new mycorrhizal genomes. This study samples ecologically dominant fungal guilds for which there were previously no symbiotic genomes available, including ectomycorrhizal Russulales, Thelephorales and Cantharellales. Our analyses show that transitions from saprotrophy to symbiosis involve (1) widespread losses of degrading enzymes acting on lignin and cellulose, (2) co-option of genes present in saprotrophic ancestors to fulfill new symbiotic functions, (3) diversification of novel, lineage-specific symbiosis-induced genes, (4) proliferation of transposable elements and (5) divergent genetic innovations underlying the convergent origins of the ectomycorrhizal guild.