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Population differentiation related to climate of origin affects the intensity of plant–herbivore interactions in a clonal grass

2018; Elsevier BV; Volume: 28; Linguagem: Alemão

10.1016/j.baae.2018.02.011

1618-0089

Jana Knappová, Dana Židlická, Tomáš Kadlec, Michal Knapp, D. Haisel, Věroslava Hadincová, Zuzana Münzbergová,

Plant Parasitism and Resistance

With ongoing climate change, it is likely that shifts in species distribution ranges will lead to changes in the type and intensity of plant–herbivore interactions. Plants currently exposed to lower levels of herbivory could have less developed defensive mechanisms and therefore could suffer in case of increased herbivore pressure. We performed a common garden experiment using clones of Festuca rubra originating from four populations experiencing contrasting temperature and precipitation regimes. Clones of identical genotype were subjected to both the control and the herbivory treatment using larvae of the nymphalid butterfly Coenonympha pamphilus, a generalist herbivore feeding on several grass species. Various measures of constitutive and induced defence as well as growth response to herbivory were assessed, compared between populations of different climatic origin and related to herbivore performance (larval survival). The four F. rubra populations significantly differed in constitutive defence (content of Si and total phenols), nutritional quality (content of C) and inducibility of defence (change in total phenols), but not in growth response to herbivory. Herbivores survived better on populations from colder climate and better survival was generally related to lower Si content and lower initial plant size. We demonstrated population differentiation in both constitutive and induced defence against insect herbivory, which directly affected survival of a generalist herbivore. Our findings confirmed the expectation that plants from higher elevations are more prone to herbivory. Moreover, differences in various aspects of plant defence between populations from the same altitude stresses the need of considering multiple factors when assessing the effect of climate on plant–herbivore interactions. Angesichts des fortschreitenden Klimawandels ist es wahrscheinlich, dass Verschiebungen in den Verbreitungsgebieten der Arten zu Veränderungen in der Art und Intensität der Interaktionen zwischen Pflanzen und Herbivoren führen werden. Pflanzen, die derzeit einem niedrigeren Herbivorie-Niveau ausgesetzt sind, könnten weniger entwickelte Abwehrmechanismen aufweisen und könnten daher im Falle eines erhöhten Pflanzenfresserdrucks leiden. Wir führten ein gemeinsames Gartenexperiment unter Verwendung von Klonen von Festuca rubra durch, die aus vier Populationen mit unterschiedlichen Temperatur- und Niederschlagsregimen stammen. Klone mit indentischem Genotyp wurden sowohl der Kontrol- als auch der Herbivorenbehandlung unter Verwendung von Larven des Nymphalidenfalters Coenonympha pamphilus, einem generalistischen Pflanzenfresser, der sich auf verschiedene Grasarten ernährt, unterzogen. Verschiedene Messungen der konstitutiven und induzierten Abwehr sowie der Wachstumsreaktion auf Herbivorie wurden untersucht, verglichen zwischen Populationen unterschiedlicher klimatischer Herkunft und in Zusammenhang mit der Leistung von Herbivoren (Larvenüberleben) gebracht. Die vier F. rubra-Populationen unterschieden sich signifikant in der konstitutiven Verteidigung (Gehalt an Si und Gesamtphenolen), Ernährungsqualität (C-Gehalt) und Induzierbarkeit der Abwehr (Veränderung der Gesamtphenole), jedoch nicht in der Wachstumsreaktion auf Herbivorie. Herbivoren überlebten besser bei Populationen aus kälterem Klima und ein besseres Überleben war im Allgemeinen mit einem niedrigeren Si-Gehalt und einer geringeren anfänglichen Pflanzengröße verbunden. Wir demonstrierten eine Populationsdifferenzierung sowohl in der konstitutiven als auch in der induzierten Abwehr gegen Insekten Herbivoren, die das Überleben generalistischen Herbivoren direkt beeinflussten. Unsere Ergebnisse bestätigten die Erwartung, dass Pflanzen aus höheren Lagen anfälliger für Herbivorie sind. Darüber hinaus betonen Unterschiede in verschiedenen Aspekten der Pflanzenabwehr zwischen Populationen aus der gleichen Höhe die Notwendigkeit, bei der Beurteilung des Klimaeinflusses auf Pflanzen - Herbivoren - Interaktionen mehrere Faktoren zu berücksichtigen.