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Naturpflanzen (2023)Diesen Artikel zitieren

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Pflanzen-Boden-Feedbacks (PSFs), bodenvermittelte Pflanzeneffekte auf artspezifische oder heterospezifische Nachfolger, sind ein wesentlicher Treiber der Vegetationsentwicklung. Es wurde vorgeschlagen, dass spezialisierte Pflanzenantagonisten Unterschiede in den PSF-Reaktionen zwischen konspezifischen und heterospezifischen Pflanzen hervorrufen, wohingegen die Beiträge generalistischer Pflanzenantagonisten zu PSFs noch wenig untersucht sind. Hier haben wir PSFs bei neun einjährigen und neun mehrjährigen Graslandarten untersucht, um zu testen, ob schlecht geschützte einjährige Arten von Generalisten dominierte Pflanzenantagonistengemeinschaften ansammeln, was zu gleichermaßen negativen PSFs bei konspezifischen und heterospezifischen einjährigen Arten führt, wohingegen gut geschützte mehrjährige Arten überwiegend von Spezialisten dominierte Antagonistengemeinschaften ansammeln was zu negativen PSFs bei Artgenossen führt. Einjährige Pflanzen wiesen mehr negative PSFs auf als mehrjährige Pflanzen, was auf Unterschiede in den Wurzelgewebeinvestitionen zurückzuführen ist, dies war jedoch unabhängig von der Konditionierungspflanzengruppe. Insgesamt unterschieden sich konspezifische und heterospezifische PSFs nicht. Stattdessen wurden konspezifische und heterospezifische PSF-Reaktionen in den Böden einzelner Arten korreliert. Bodenpilzgemeinschaften waren generalistisch dominiert, konnten die PSF-Variation jedoch nicht zuverlässig erklären. Unsere Studie legt dennoch nahe, dass Gastgeber-Generalisten eine wichtige Rolle als Treiber von PSFs spielen.

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Pilz-ITS2-Sequenzdaten werden unter der Projektnummer PRJNA952944 auf NCBI hochgeladen. Daten zur Pflanzenbiomasse des Hauptexperiments sowie Daten zu Wurzelmerkmalen sind auf figshare verfügbar unter: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.22740974 ref. 69. Die FUNGUILD-Datenbank46 (http://www.funguild.org) wurde für die ASV-Annotation von Pilzen für ökologische Gilden verwendet. Quelldaten werden mit diesem Dokument bereitgestellt.

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Referenzen herunterladen

Wir danken Z. Zhang, E. Hannula, S. Geisen, R. Reuter und M. Stift für Ratschläge zu statistischen, molekularen und Wurzelmerkmalsanalysen, Q. Yang für die phylogenetischen Daten und O. Ficht, M. Fuchs, H. Vahlenkamp, ​​B. Speißer, B. Rüter, P. Kukofka, T. Voortman, N. Buchenau und studentische Hilfskräfte der Universität Konstanz für praktische Unterstützung. Darüber hinaus danken wir der Sequencing Analysis Core Facility der Universität Konstanz für ihre Unterstützung bei der Analyse der Pilz-ITS2-Sequenzierungsdaten und drei Gutachtern für ihre wertvollen Kommentare zum Papier. RAW dankt für die Finanzierung durch die Wageningen Graduate Schools (WGS Postdoc Talent Grant an RAW).

Ökologiegruppe, Fachbereich Biologie, Universität Konstanz, Konstanz, Deutschland

Rutger A. Wilschut, Ekaterina Mamonova und Mark van Kleunen

Abteilung für Nematologie, Universität und Forschung Wageningen, Wageningen, Niederlande

Rutger A. Wilschut

SequAna, University of Konstanz, Konstanz, Germany

Benjamin CC Hume

Schlüssellabor für Pflanzenentwicklungsökologie und -schutz der Provinz Zhejiang, Universität Taizhou, Taizhou, China

Mark van Kleunen

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RAW und MvK haben die Studie entworfen. RAW und EM führten jeweils die Gewächshausexperimente und die molekularen Laborarbeiten durch. BCCH verarbeitete die rohen Sequenzierungsdaten. Die Datenanalysen wurden von RAW mit Beiträgen von MvK durchgeführt. Der Artikel wurde von RAW mit erheblichen Beiträgen von MvK verfasst und von allen Autoren überprüft.

Korrespondenz mit Rutger A. Wilschut.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Nature Plants dankt Brenda Casper und den anderen, anonymen Gutachtern für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

Beide Panels zeigen die durchschnittliche Pflanzen-Boden-Feedback-Reaktion (Ln(biomassconditioning/biomasscontrol) von 18 reagierenden Pflanzenarten im Verhältnis zur durchschnittlichen Pflanzenbiomasse (Ln-transformiert) in gepoolten Böden der Konditionierungsphase (siehe Methoden). (A) Durchschnittliches Feedback Reaktionen auf alle konditionierten Böden (N = 90; 18 konditionierende Arten × 5 unabhängige biologische Replikate). (B) Durchschnittliche Feedback-Reaktionen auf alle Pflanzenarten außer Hülsenfrüchten (N = 70; 14 konditionierende Arten × 5 unabhängige biologische Replikate). Ergebnisse von Es werden zweiseitige Pearson-Korrelationstests zwischen der Biomasse der Konditionierungsphase und den durchschnittlichen Feedback-Antworten gezeigt.

Quelldaten

Bodenkonditionierungseffekte auf Artenebene ln(biomassekonditioniert/Biomassekontrolle), gemittelt über 18 antwortende Pflanzenarten, korrelierten nicht mit der spezifischen Wurzellänge (A; mm/g, logarithmisch transformiert) und korrelierten geringfügig signifikant mit dem relativen Wurzelgewicht (B). und korreliert nicht signifikant mit dem durchschnittlichen Wurzeldurchmesser (C; mm × 10). Die durchschnittlichen Merkmalswerte wurden aus einem separaten Wurzelmerkmalsexperiment ermittelt (siehe Methoden). Dargestellt sind Ergebnisse zweiseitiger Pearson-Korrelationstests zwischen Merkmalsdurchschnitt und durchschnittlichen Feedback-Reaktionen in konditionierten Böden. In Tafel B stellen Trendlinie und Schattierung den Korrelationskoeffizienten (±95 % KI) zwischen dem relativen Wurzelgewicht und dem durchschnittlichen PSF-Effekt dar.

Quelldaten

Durchschnittliche paarweise Bray-Curtis-Unähnlichkeiten vollständiger Pilzgemeinschaften unter allen 18 Konditionierungspflanzenarten (A), unter den neun einjährigen Arten (B) und unter den neun mehrjährigen Arten (C) korrelieren mit paarweisen phylogenetischen Abständen (ln transformiert; siehe Methoden). Ergebnisse von Mantel-Tests zwischen paarweisen phylogenetischen Abständen und paarweisen Bray-Curtis-Unterschiede werden in jedem Panel angezeigt, während Trendlinien und Schattierungen Korrelationskoeffizienten (±95 %-KI) darstellen.

Quelldaten

(A) NMDS-Ordnung, die die auf Bray-Curtis-Unähnlichkeit basierende Zusammensetzung mutmaßlicher Pilzpathogengemeinschaften zeigt, basierend auf der Häufigkeit von Pilz-Amplikonsequenzvarianten (ASV). Die PERMANOVA-Analyse ergab signifikante Unterschiede in der Zusammensetzung der mutmaßlichen Pilzpathogengemeinschaft unter den Konditionierungspflanzenarten (siehe Methoden; vollständige Artennamen sind in der Ergänzungstabelle 1 aufgeführt). (B) Die durchschnittlichen Pflanzen-Boden-Feedback-Reaktionen auf einzelne konditionierte Böden variieren geringfügig signifikant mit der mutmaßlichen Zusammensetzung der Pilzpathogengemeinschaft (NMDS-Achse 2), wie durch ein lineares Mixed-Effect-Modell und Log-Likelihood-Tests angezeigt (siehe Methoden und Ergänzungstabelle 7). ). In Tafel B stellen Trendlinie und Schattierung die vorhergesagte lineare Beziehung (±95 % KI) zwischen NMDS2 und der durchschnittlichen PSF-Reaktion dar.

Quelldaten

NMDS-Ordnung, die die auf Bray-Curtis-Unähnlichkeit basierende Zusammensetzung arbuskulärer Mykorrhiza-Pilzgemeinschaften zeigt, basierend auf der Häufigkeit von Pilz-Amplikonsequenzvarianten (ASV). Die PERMANOVA-Analyse ergab signifikante Unterschiede in der Zusammensetzung arbuskulärer Mykorrhiza-Pilzgemeinschaften zwischen konditionierenden Pflanzenarten (siehe Methoden; vollständige Artennamen sind in der Ergänzungstabelle 1 aufgeführt).

Quelldaten

(A) Variation auf Artenebene in der Logit-transformierten Gesamthäufigkeit von Krankheitserregern (Mittelwert ± SEM, N = 5 unabhängige biologische Replikate pro Pflanzenart; vollständige Artennamen sind in der Ergänzungstabelle 1 aufgeführt). Die Häufigkeiten basieren auf allen ASVs, die als mutmaßliche Krankheitserreger zugeordnet wurden. (B) Die durchschnittlichen Pflanzen-Boden-Feedback-Reaktionen auf einzelne konditionierte Böden variieren erheblich mit der Gesamtzahl der Krankheitserreger. In beiden Panels basieren die Testergebnisse des Log-Likelihood-Verhältnisses auf einem linearen Mixed-Effect-Modell (siehe Methoden und Ergänzungstabellen 11 und 12). In Tafel B stellen Trendlinie und Schattierung die vorhergesagte lineare Beziehung (±95 % KI) zwischen der Häufigkeit von Krankheitserregern und der durchschnittlichen PSF-Reaktion dar.

Quelldaten

Pilz-ASVs wurden aufgrund ihres Vorkommens in mindestens 2/3 oder maximal 1/3 der Pflanzenarten in dieser Studie manuell als Generalisten und Spezialisten eingestuft (die vollständigen Artennamen sind in der Ergänzungstabelle 1 aufgeführt). Die relativen Häufigkeiten wurden basierend auf nicht transformierten Lesezahlen berechnet.

Quelldaten

Punkte und Balken stellen Mittelwerte ± SEM dar, berechnet auf der Grundlage der durchschnittlichen logittransformierten relativen mutmaßlichen Häufigkeit spezialisierter Krankheitserreger im Rhizosphärenboden einzelner Pflanzenarten (N = 9 Pflanzenarten pro Pflanzengruppe (Einjährige/Stauden)).

Quelldaten

Ergänzungstabellen 1–15.

Statistische Quelldaten.

Statistische Quelldaten.

Statistische Quelldaten.

Statistische Quelldaten.

Statistische Quelldaten.

Statistische Quelldaten.

Statistische Quelldaten.

Statistische Quelldaten.

Statistische Quelldaten.

Statistische Quelldaten.

Statistische Quelldaten.

Statistische Quelldaten.

Statistische Quelldaten.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Wilschut, RA, Hume, BCC, Mamonova, E. et al. Pflanzen-Boden-Rückkopplungseffekte auf artspezifische und heterospezifische Nachfolger einjähriger und mehrjähriger mitteleuropäischer Grünlandpflanzen werden korreliert. Nat. Pflanzen (2023). https://doi.org/10.1038/s41477-023-01433-w

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Eingegangen: 13. Juli 2022

Angenommen: 10. Mai 2023

Veröffentlicht: 08. Juni 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41477-023-01433-w

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