Plant damage, seed production and persistence of the fungal endophyte Epichloë occultans in Lolium multiflorum plants under an herbivore lepidopteran attack and ozone pollution

Abstract

Plants are expected to face novel challenges as consequence of human-driven global change. Outbreaks of pests and higher incidence of contaminants are increasing. Plants can improve tolerance to stress factors through associations with symbiotic microorganisms. Certain grasses establish persistent and asymptomatic symbioses with Epichloë fungal endophytes, which are known to confer protection against Herbivores and improve plant tolerance to abiotic stress factors. Nonetheless, accumulating evidence suggest the symbiosis outcome is context dependent. We evaluated the capacity of the endophyte fungus E. occultans in protecting the annual grass Lolium multiflorum against a spontaneous larva attack of the generalist herbivore Agrotis ipsilon under episodic exposure of plants to ozone. Symbiotic and non-symbiotic plants were individually grown outdoors and exposed to ozone at different stages resulting in four treatments: control (plant never exposed to ozone), plant exposed to ozone at vegetative stage, plant exposed to ozone at reproductive stage, and plant exposed to ozone at both stages. After the last exposure, there was an outbreak of A. ipsilon larvae. We evaluated herbivore damage, seed production per plant, and endophyte transmission to the seeds. Frequency of attacked plants was irrespective of both the endophyte and ozone exposure. However, the damage level per plant was only reduced by the endophyte. Seed production was slightly lower in endophyte-symbiotic plants and not affected by ozone. Interestingly, herbivore damaged and undamaged endophyte-symbiotic plants contributed equally to seed production. However, in plants exposed to ozone once at vegetative or reproductive stage, endophyte-free undamaged plants had higher seed production than endophyte-free damaged plants. Ozone treatments did not affect the transmission efficiency of endophytes to the seeds. Mean endophyte transmission efficiency per plant was 95%. Medium doses of ozone seem to have undetectable effects on grass-endophyte symbiosis, not affecting the defensive mutualism nor the persistence of the symbiont across generations.

Las plantas enfrentan nuevos desafíos debido al cambio global impulsado por las actividades humanas. Mientras los brotes de plagas y la incidencia de contaminantes están en aumento, las plantas pueden mejorar su tolerancia al estrés asociándose con microorganismos. Ciertas gramíneas establecen simbiosis persistentes y asintomáticas con endófitos fúngicos Epichloë, y así obtienen protección contra herbívoros y tolerancia al estrés abiótico. No obstante, los resultados de la simbiosis dependen del contexto ecológico. Evaluamos la capacidad del hongo endófito E. occultans para proteger el pasto anual Lolium multiflorum contra un ataque de larvas del herbívoro generalista Agrotis ipsilon bajo exposición episódica de las plantas al ozono. Cultivamos plantas simbióticas y no-simbióticas en macetas y las expusimos a ozono en diferentes etapas, resultando en cuatro tratamientos: control (nunca expuesta al ozono), planta expuesta al ozono en etapa vegetativa, planta expuesta al ozono en etapa reproductiva y planta expuesta al ozono en ambas etapas. Luego, hubo un brote de larvas de A. ipsilon. Evaluamos el daño causado por las larvas, la producción de semillas por planta y la transmisión del endófito a las semillas. La frecuencia de plantas atacadas fue independiente de la presencia del endófito y del ozono. Sin embargo, el nivel de daño por planta sólo fue afectado y reducido por el endófito. La producción de semillas fue ligeramente menor en las plantas con endófito y no afectada por el ozono. Curiosamente, las plantas simbióticas dañadas y no-dañadas presentaron igual producción de semillas. No obstante, las plantas no-simbióticas no-dañadas produjeron más semillas que las dañadas cuando fueron expuestas una vez a ozono en etapa vegetativa o reproductiva. El ozono no afectó la eficiencia de transmisión de los endófitos a las semillas, la cual fue, en promedio, 95%. El ozono, en dosis medias, parece tener efectos indetectables sobre la simbiosis planta-endófito.