気候温暖化に伴う範囲拡大と在来植物の環境下における土壌線虫群集の緯度的変化

Latitudinal variation in soil nematode communities under climate warming-related range-expanding and native plants.

• Rutger A Wilschut
• Stefan Geisen
• Henk Martens
• Olga Kostenko
• Mattias de Hollander
• Freddy C Ten Hooven
• Carolin Weser
• L Basten Snoek
• Janneke Bloem
• Danka Caković
• Tatjana Čelik
• Kadri Koorem
• Nikos Krigas
• Marta Manrubia
• Kelly S Ramirez
• Maria A Tsiafouli
• Branko Vreš
• Wim H van der Putten

抄録

現在の気候変動は、多くの種の緯度・高緯度の範囲拡大をもたらしている。このような範囲拡大の間、植物種は他の生物との相互作用の変化を経験することが予想され、特に分散能力が限られている地下生物相との相互作用が期待される。線虫は、細菌食、真菌食、雑食、根菜食を含む地下食物網の重要な構成要素を形成している。しかし、気候変動により大陸内で範囲を拡大している植物の下での線虫の群集構成は、ほとんど管理された条件下でのみ研究されてきたが、現場での実際のパターンについてはほとんど知られていない。本研究では、新しい分子シークエンス技術と形態学的定量化技術を組み合わせて、ヨーロッパ南東部から北西部までの2,000kmの緯度区間に沿って、4種の範囲拡大植物と4種の近縁種の在来種の根圏における線虫群集を調査することを目的とした。線虫の群集組成の緯度方向の変化は、範囲拡大型の植物種では直系在来種よりも強いこと、また、新しい範囲では、範囲拡大型の植物種が最も少ない根食性線虫を蓄積するという仮説を検証した。この結果は、範囲拡大植物種と在来植物種の線虫群集の構成に緯度的な違いが見られたが、運用上の分類学的単位の豊富さは範囲を超えても同じであった。このことから、範囲拡大型の植物種は高緯度では異なる線虫群集に直面しているが、これは広範囲に分布する在来種でも同様であると考えられる。4種の範囲拡大植物のうち1種だけが、同属在来種よりも線虫群集の組成に強いシフトを示し、新しい範囲では根食性線虫の蓄積量が少なかった。我々は、緯度の増加に伴う線虫群集組成の変動は、範囲拡大植物種と在来植物種の両方で生じており、範囲拡大植物種の中には、新しい範囲では根食性線虫から解放される可能性があると結論した。

Current climate change has led to latitudinal and altitudinal range expansions of numerous species. During such range expansions, plant species are expected to experience changes in interactions with other organisms, especially with belowground biota that have a limited dispersal capacity. Nematodes form a key component of the belowground food web as they include bacterivores, fungivores, omnivores and root herbivores. However, their community composition under climate change-driven intracontinental range-expanding plants has been studied almost exclusively under controlled conditions, whereas little is known about actual patterns in the field. Here, we use novel molecular sequencing techniques combined with morphological quantification in order to examine nematode communities in the rhizospheres of four range-expanding and four congeneric native species along a 2,000 km latitudinal transect from South-Eastern to North-Western Europe. We tested the hypotheses that latitudinal shifts in nematode community composition are stronger in range-expanding plant species than in congeneric natives and that in their new range, range-expanding plant species accumulate fewest root-feeding nematodes. Our results show latitudinal variation in nematode community composition of both range expanders and native plant species, while operational taxonomic unit richness remained the same across ranges. Therefore, range-expanding plant species face different nematode communities at higher latitudes, but this is also the case for widespread native plant species. Only one of the four range-expanding plant species showed a stronger shift in nematode community composition than its congeneric native and accumulated fewer root-feeding nematodes in its new range. We conclude that variation in nematode community composition with increasing latitude occurs for both range-expanding and native plant species and that some range-expanding plant species may become released from root-feeding nematodes in the new range.

© 2019 The Authors Global Change Biology Published by John Wiley & Sons Ltd.