Ontogenetic and temporal trajectories of chemical defence in a cyanogenic eucalypt
- J. Q. D. Goodger
- T. Y. S. Choo
- I. E. Woodrow
Resumo
Muitos estudos demonstraram que as plantas com idade semelhante em uma espécie ou população podem variar acentuadamente na concentração de compostos de defesa que utilizam para se proteger de herbívoros. Alguns estudos também mostraram que a concentração desses compostos pode mudar com o desenvolvimento, mas nenhuma pesquisa empírica mapeou detalhadamente essa trajetória ontogenética. Para isso, cultivamos mudas cianogênicas de Eucalyptus yarraensis de três famílias de meios irmãos em condições constantes de estufa e acompanhamos a concentração foliar de glicosídeo cianogênico (prunasina) ao longo do tempo por 338 dias após a semeadura (DAS). As plantas de todas as famílias seguiram um padrão temporal semelhante. As plantas aumentaram a concentração de prunasina foliar de um nível muito baixo (10 μg de equivalentes de cianeto (CN) g-1) em suas primeiras folhas para um máximo de, em média, 1,2 mg CN g-1 em cerca de 240 DAS. De 240 a 338 DAS, a concentração de prunasina diminuiu gradualmente para cerca de 0,7 mg CN g-1. Foram detectadas diferenças significativas entre as famílias na concentração máxima de prunasina, mas nenhuma foi detectada no momento em que esse máximo ocorreu. Paralelamente a essas mudanças na concentração de prunasina, detectamos um aumento aproximadamente linear na massa foliar por unidade de área foliar (área foliar específica, AFE) com o tempo, o que refletiu uma mudança da anatomia foliar juvenil para a adulta. Quando as trajetórias ontogenéticas de prunasina em relação à AFE foram construídas, não conseguimos detectar uma diferença significativa entre as famílias na AFE em que ocorreu a concentração máxima de prunasina. Essa notável semelhança nas trajetórias temporais e ontogenéticas entre indivíduos, mesmo de famílias geograficamente distantes, é discutida em relação a um modelo teórico para mudanças ontogenéticas na defesa das plantas. Nossos resultados mostram que a ontogenia pode restringir a expressão da defesa química da planta e que a defesa química muda de forma não linear com a ontogenia.
Abstract
Many studies have shown that similarly aged plants within a species or population can vary markedly in the concentration of defence compounds they deploy to protect themselves from herbivores. Some studies have also shown that the concentration of these compounds can change with development, but no empirical research has mapped such an ontogenetic trajectory in detail. To do this, we grew cyanogenic Eucalyptus yarraensis seedlings from three half-sibling families under constant glasshouse conditions, and followed their foliar cyanogenic glycoside (prunasin) concentration over time for 338 days after sowing (DAS). Plants in all families followed a similar temporal pattern. Plants increased in foliar prunasin concentration from a very low level (10 μg cyanide (CN) equivalents g−1) in their first leaves, to a maximum of, on average, 1.2 mg CN g−1 at about 240 DAS. From 240 to 338 DAS, prunasin concentration gradually decreased to around 0.7 mg CN g−1. Significant differences between families in maximum prunasin concentration were detected, but none were detected in the time at which this maximum occurred. In parallel with these changes in prunasin concentration, we detected an approximately linear increase in leaf mass per unit leaf area (LMA) with time, which reflected a change from juvenile to adult-like leaf anatomy. When ontogenetic trajectories of prunasin against LMA were constructed, we failed to detect a significant difference between families in the LMA at which maximum prunasin concentration occurred. This remarkable similarity in the temporal and ontogenetic trajectories between individuals, even from geographically remote families, is discussed in relation to a theoretical model for ontogenetic changes in plant defence. Our results show that ontogeny can constrain the expression of plant chemical defense and that chemical defense changes in a nonlinear fashion with ontogeny.
