Arbuscular Mycorrhizal Fungi Mitigate Drought‐Enhanced Herbivore Performance in Maize

Resumo

Os eventos de seca estão se tornando cada vez mais frequentes e intensos, impondo grandes desafios à produtividade das culturas. Além do estresse hídrico direto, a seca pode afetar indiretamente as plantas ao favorecer o desempenho de herbívoros. Embora os fungos micorrízicos arbusculares (FMA) tenham sido propostos para aliviar o estresse por seca e aumentar a resistência das plantas à herbivoria, seu papel na mediação das respostas das plantas a essas duas pressões combinadas ainda é pouco compreendido. Neste trabalho, examinamos os efeitos individuais e interativos da seca, da colonização por FMA e da herbivoria por Spodoptera exigua sobre o desempenho do milho (Zea mays), combinando um experimento em semicampo com ensaios em câmara de crescimento. A seca reduziu a biomassa do milho (em 21,5%) e o teor de clorofila (em 8,2%), enquanto os FMA melhoraram as características reprodutivas. Em particular, a colonização por FMA aumentou o número de espigas (de 1,1 para 1,4) e o comprimento da espiga (de 22,5 para 24,3 cm). Curiosamente, a seca reduziu transitoriamente os níveis de DIMBOA-Glc nas folhas de milho, efeito que foi intensificado sob colonização por FMA. De forma consistente, a seca aumentou o desempenho do herbívoro foliar em 32%. Contudo, a colonização por FMA mitigou o aumento do desempenho do herbívoro induzido pela seca, embora os níveis de dano foliar tenham permanecido semelhantes, indicando um efeito de resistência pós-ingestão. Este estudo destaca a necessidade de considerar as interações entre múltiplos estressores para aproveitar os benefícios dos FMA na agricultura sob crescente pressão de seca.

Abstract

Drought events are becoming increasingly frequent and intense, posing major challenges to crop productivity. Beyond direct water stress, drought can indirectly affect plants by enhancing herbivore performance. While arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) have been proposed to alleviate drought stress and to enhance plant resistance to herbivory, their role in mediating plant responses to the two combined pressures remains poorly understood. Here, we examined the individual and interactive effects of drought, AMF colonisation, and herbivory by Spodoptera exigua on maize (Zea mays) performance by combining a semi‐field experiment with growth chamber assays. Drought reduced maize biomass (by 21.5%) and chlorophyll content (by 8.2%), while AMF improved reproductive traits. In particular, AMF colonisation increased the number of ears (from 1.1 to 1.4) and ear length (from 22.5 to 24.3 cm). Interestingly, drought transiently decreased DIMBOA‐Glc levels in maize leaves, an effect that was exacerbated under AMF colonisation. Consistently, drought increased leaf herbivore performance by 32%. However, AMF colonisation mitigated the drought‐induced increase in herbivore performance, even though leaf damage levels remained similar, indicating a post‐ingestive resistance effect. This study highlights the need to consider multi‐stressor interactions to harness AMF benefits in agriculture under increasing drought pressure.