Kvävefixerande cyanobakterier kan bilda symbios med ett brett spektrum av värdväxter från alla fyla såsom mossor, ormbunkar, gymnospermer och angiospermer. I denna avhandling studeras symbios mellan cyanobakterier och två arter av fjädermossor i nordliga barrskogar, husmossa (Hylocomium splendens) och väggmossa (Pleurozium schreberi). Denna symbios är barrskogens huvudsakliga kvävekälla och bidrar därmed i hög grad till skogens produktivitet. Trots att symbios mellan växter och cyanobakterier har stor ekologisk betydelse är vår kunskap om etableringen och underhållet av dessa partnerskap i allmänhet begränsad, och vår förståelse av fjädermossornas symbios är rudimentär.

Det första syftet med denna avhandling var att öka kunskapen om den evolutionära historien av cyanobakterier i symbios med fjädermossor. Därför jämfördes genomet hos ett urval av sådana cyanobakterier med det hos frilevande cyanobakterier. Resultaten visade att genomet hos cyanobakterier som ingår symbios med fjädermossor är berikat med gener för funktioner som kemotaxis och rörlighet, transport och omsättning av organiskt svavel samt upptagning av fosfat och aminosyror.

Avhandlingens andra delprojekt syftade till att identifiera vilka molekylära förändringar som sker hos cyanobakterierna när de etablerar och sedan underhåller symbios med fjädermossorna. Detta undersöktes genom att analysera alla transkript och proteiner hos cyanobakterier under dessa två faser. Resultaten visade att avkänning och reglering av kväveoxid samt transport och omsättning av alifatiskt sulfonat troligen ingår i repertoaren för symbios-relaterade funktioner. Dessa funktioner har tidigare inte associerats med symbios mellan cyanobakterier och växter.

Den tredje frågeställningen berörde orsaker till skillnader i kvävefixeringsaktivitet. Prover tagna i fält visade att kvävefixeringsaktiviteten hos mossorna varierade mycket under säsongen. Studierna visade att detta till stor del kunde förklaras av förändringar i sammansättningen av cyanobakterier. Cyanobakterier tillhörande släktet Stigonema gav det största bidraget till den kvävefixerande aktiviteten, om än den inte dominerade bland cyanobakterierna. Resultaten leder till slutsatsen att släktet Stigenoma ger det viktigaste bidraget till kväve i nordliga barrskogar.

Slutligen undersöktes hur pågående klimatförändringar med förhöjda temperaturer och ökade koldioxidhalter kan förväntas påverka sammansättningen av cyanobakterier och kvävefixeringsaktiviteten hos fjädermossorna. Mossor i symbios med cyanobakterier fick i laboratorieförsök växa vid olika temperatur (11oC respektive 19oC) och koldioxidhalt (500 ppm respektive 1000 ppm). Efter 30 veckor vid den högre temperaturen och koldioxidhalten ökade tillväxthastigheten 2,5 gånger och kvävefixeringshastigheten 2,4 gånger jämfört med kontrollen. Dessa skillnader föreslås att orsakas av förändringar i sammansättningen av cyanobakterier, nämligen minskad diversitet och anrikning av sådana cyanobakterier som anpassats till förväntade kommande förhållanden