植物毛状体和单个基因gydF4y2Baglabra1.gydF4y2Ba对现场成长的昆虫群落组成有助于gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba

背景gydF4y2Ba

植物的遗传变异改变了野外昆虫的数量和群落结构;然而，单一基因在多种植物基因型中的重要性却鲜为人知。在这种背景下,gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba毛状体提供了一个很好的系统来识别自然变异和关键基因的作用，gydF4y2Baglabra1.gydF4y2Ba，在塑造昆虫社区。在这项研究中，我们移植了两个独立的无毛突变体（gydF4y2Bagl1-1gydF4y2Ba和gydF4y2Bagl1-2gydF4y2Ba)和17个自然继承gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba在瑞士和日本的两个地方。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

十五种昆虫物种居住在植物牧草中，昆虫群落组合物显着归因于植物牧草的变化。叶片咀嚼草食虫的总丰度与两个场地的毛状体密度呈负相关，而葡萄糖蛋白酸盐对位点之间的叶片具有可变影响。有趣的是，叶片咀嚼物更高的丰富趋势gydF4y2Bagl1-1gydF4y2Ba和gydF4y2Bagl1-2gydF4y2BaLgydF4y2Ba呃gydF4y2Ba-1和COL-0分别。此外，丢失功能gydF4y2Baglabra1.gydF4y2Ba基因显着降低了植物的抗性到两种主要的咀嚼物;跳蚤甲虫和萝卜锯。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

总体而言，我们的结果表明昆虫群落组成显着变化gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba跨越两个遥远的场地gydF4y2Baglabra1.gydF4y2Ba在改变改变叶片咀嚼食草动物的丰度方面发挥关键作用。鉴于在BrassicAceae植物中广泛观察到这种滴毛组变异，本研究举例说明了单个植物基因对野外十字花植物喂食昆虫的群落范围内的效果。gydF4y2Ba

植物产生各种抗性特性，如刺和毒素，以阻止食草动物[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]．越来越多的群落遗传学研究表明，植物抗性性状的遗传变异对昆虫丰度和群落组成具有级联效应[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba4gydF4y2Ba，gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]．这些昆虫指数投影在个体植物上，称为扩展表型[gydF4y2Ba5gydF4y2Ba，可以用植物基因型的差异来解释[gydF4y2Ba6gydF4y2Ba，gydF4y2Ba7gydF4y2Ba，gydF4y2Ba8gydF4y2Ba]．一些研究人员报告了特定遗传多态性与叶片损伤的关联[gydF4y2Ba9gydF4y2Ba，gydF4y2Ba10.gydF4y2Ba]，昆虫丰富[gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba11.gydF4y2Ba]，以及社区组成[gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba] 在该领域。相比之下，其他研究专注于单一基因如何使用转化植物影响昆虫群落[gydF4y2Ba12.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba13.gydF4y2Ba]．这些来自不同植物物种的证据表明，定量遗传变异和单一基因既有助于植物 - 昆虫相互作用的社区遗传学。gydF4y2Ba

拟南芥gydF4y2Ba（L.）Heynh。（Brassicaceae）是良好的研究，作为Brassicaceae-昆虫互动的模型系统[gydF4y2Ba14.gydF4y2Ba]，其中有丰富的基因组和表型信息，可用于世界范围内的自然遗传资料的收集[gydF4y2Ba15.gydF4y2Ba]．在gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba-植食动物相互作用，植物毛状体(表皮毛)起机械屏障的作用，防止昆虫植食动物取食和产卵[gydF4y2Ba11.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba16.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba17.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba18.gydF4y2Ba]．氨基葡萄糖苷（GSL）是黄铜的主要次生代谢物，其作为毒性的毒性化学物质对一般主义者进行了作用[gydF4y2Ba19.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]，但可以通过专家食草动物解毒[gydF4y2Ba14.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba21.gydF4y2Ba]．例如，以前的研究gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba专注于这些物理和化学特征如何赋予特定食草食草物种的抵抗力，例如甘蓝蝴蝶gydF4y2Ba地区rapaegydF4y2Ba［gydF4y2Ba22.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba23.gydF4y2Ba]，钻石背蛾gydF4y2Ba小菜蛾gydF4y2Ba［gydF4y2Ba16.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba和绿色的桃蚜gydF4y2BaMyzus persicaegydF4y2Ba［gydF4y2Ba24.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba25.gydF4y2Ba]．然而，关于昆虫种类所占比例的知识仍然有限gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba在该领域，（ii）植物防御特质是否有助于昆虫丰富和社区成分，并负责社区成员和整体社区构成的宿主基因。gydF4y2Ba

当植物暴露于多种生物和非生物胁迫时，抗食草性防御的基础是复杂的遗传机制[gydF4y2Ba26.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba27.gydF4y2Ba];因此，在恒定实验室条件下的表型可能不足以了解领域中的基因如何运作[gydF4y2Ba28.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba29.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba31.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba32.gydF4y2Ba]．在这个概念中gydF4y2Ba在Natura.gydF4y2Ba研究[gydF4y2Ba28.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba31.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba32.gydF4y2Ba]，gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba提供了测试单植物基因对食草动物对食草动物影响的理想机会，因为它已经使用各种各样的饲料研究了其分子防御机制，相对于胎儿[gydF4y2Ba33.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba34.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba35.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba36.gydF4y2Ba和次级代谢物[gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba36.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba37.gydF4y2Ba]．例如，在几种转录因子基因中失去功能突变（包括gydF4y2Baglabra1.gydF4y2Ba（gydF4y2BaGL1.gydF4y2Ba)，gydF4y2Baglabra2.gydF4y2Ba，gydF4y2Baglabra3.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba透明Testa Glabra1.gydF4y2Ba)导致无毛表型gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba［gydF4y2Ba38.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba39.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba40gydF4y2Ba，gydF4y2Ba41.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba42.gydF4y2Ba]及相关物种[gydF4y2Ba9gydF4y2Ba，gydF4y2Ba43.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba44.gydF4y2Ba]．虽然后三种基因的功能丧失导致根毛中的脂肪缺陷，但失去功能gydF4y2BaGL1.gydF4y2Ba由于子官能化而不会影响根毛gydF4y2BaGL1.gydF4y2Ba及其同族体gydF4y2Ba狼人gydF4y2Ba［gydF4y2Ba40gydF4y2Ba，gydF4y2Ba41.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba42.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba45.gydF4y2Ba]．实验室实验表明，在gydF4y2BaGL1.gydF4y2Ba减低对食叶食草动物的抵抗力[gydF4y2Ba22.gydF4y2Ba]通过节省防守成本来改善植物生长[gydF4y2Ba17.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba25.gydF4y2Ba]．然而，这些遗传效应在该领域仍未被探索。gydF4y2Ba

使用单基因突变的普通花园实验为确定特定基因与其表型之间的因果关系提供了强有力的工具[gydF4y2Ba46.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba47.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba48.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba49.gydF4y2Ba]．在这项研究中，我们移植了两名无毛突变体和17个自然进程gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba．我们特别关注gydF4y2Bagl1-1gydF4y2Ba和gydF4y2Bagl1-2gydF4y2Baaccessions，其中前者是源自L的零滴毛瘤突变体gydF4y2Ba呃gydF4y2Ba-1加入，后者是来自Col-0加入的脱象突变体[gydF4y2Ba38.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba45.gydF4y2Ba]．此外，选择自然摘要以涵盖毛状体密度和GSLS含量的变化[gydF4y2Ba35.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba37.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba43.gydF4y2Ba]．在瑞士和日本的两个野外地点对这些植物进行了普通花园实验，以确定这两个昆虫群落之间的共同模式。主要研究了3个具体问题:(1)群落中草食动物的丰度和群落组成是否存在显著差异gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba加入;（ii）哪种植物特征（物理，化学或其他生命历史特征）影响食草动物丰富和群落组成;（iii）单个基因的功能丧失，gydF4y2BaGL1.gydF4y2Ba，改变昆虫数量和群落组成?gydF4y2Ba

植物材料和防御特性gydF4y2Ba

拟南芥gydF4y2Ba（L.）Heynh。，通常被称为Thale Cress或Mouse-Ear Cress，是欧亚和非洲的年度杂草，并在北美和东亚归化[gydF4y2Ba15.gydF4y2Ba]．该物种主要是自我施肥[gydF4y2Ba50.gydF4y2Ba]当从野生种群中收集植物或突变体突变时，可以保持自带种子作为称为“加入”的自交系。薄弱的休眠和早开花的加入，如Col-0和L.gydF4y2Ba呃gydF4y2Ba-1 [gydF4y2Ba51.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba52.gydF4y2Ba]，由于它们生命周期快，因此在春季和夏季都有[gydF4y2Ba53.gydF4y2Ba]．春群在春天开花结子，夏群在初夏发芽，秋群开花[gydF4y2Ba53.gydF4y2Ba]．具有强大休眠的休眠，如CVI-0和Shahdara [gydF4y2Ba52.gydF4y2Ba就像种子一样度过夏天。具有强休眠和晚开花表型的品种，如Kas-2，主要是冬季一年生植物，在一个日历年内只有一代[gydF4y2Ba54.gydF4y2Ba]．这些不同的生命周期gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba加入依赖于种子休眠水平，这可以归因于所在的等位基因状态gydF4y2Ba延迟GERMINATION1gydF4y2Ba（gydF4y2BaDOG1gydF4y2Ba） 和gydF4y2BaDOG6gydF4y2Ba基因(gydF4y2Ba51.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba52.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba54.gydF4y2Ba和花发育的时间，这是由gydF4y2BaFRIGIDAgydF4y2Ba，gydF4y2Ba开花基因座C.gydF4y2Ba还有其他几个基因[gydF4y2Ba54.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba55.gydF4y2Ba]．在欧洲内的野生种群中，通用slugs和种子象鼻虫饲料gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba在晚春，而更多的草食动物，如gydF4y2BaPhyllotroeta.gydF4y2Ba甲虫，绿桃蚜虫gydF4y2BaMyzus persicaegydF4y2Ba和钻石蛾gydF4y2Ba小菜蛾gydF4y2Ba，夏季发生[gydF4y2Ba56.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba57.gydF4y2Ba]．在我们的研究地点附近的野生群体中，我们发现了gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba植物初夏（图。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)，但种群规模似乎比越冬的小。我们还观察了开花和营养状态gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba共发生在初夏，植物表现为昆虫食草动物的叶片损害(图。gydF4y2Ba1gydF4y2Bab）。因此，调查各种食草动物gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba我们使用具有不同生命周期和防御性状的夏季队员模拟夏季队列。gydF4y2Ba

为了研究毛状体密度(物理防御)和GSL积累(化学防御)随开花周期的变化，我们选择了17份自然材料和2个无毛突变体(见表2)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba）.本研究中选择的自然遗传材料应该代表世界范围的遗传变异，因为全基因组两两遗传距离中值为5.7%，与1001基因组联盟分析的所有遗传材料相当[gydF4y2Ba15.gydF4y2Ba]．这17种载体包括早期和后期开花的摘要（例如，Taylor等人分析的Col-0和Kas-2。[gydF4y2Ba54.gydF4y2Ba])，因此在长日实验室条件下的开花时间为23天(Ws-2 accession)至92天(Br-0 accession) [gydF4y2Ba35.gydF4y2Ba]．为了检验植物生活史特征对昆虫群落组成的影响，我们测量并纳入了植物的大小和花茎的存在(参见下面的“普通花园实验”和“统计分析”)。gydF4y2Ba

以测试其功能优势gydF4y2BaGL1.gydF4y2Ba基因在生产毛状体中，我们加入了两个无毛突变体，gydF4y2Bagl1-1gydF4y2Ba和gydF4y2Bagl1-2gydF4y2Ba，到了一套自然的加入（表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba）.前突变体,gydF4y2Bagl1-1gydF4y2Ba，有l的背景gydF4y2Ba呃gydF4y2Ba由于6.5 kB删除而导致突变的突变gydF4y2BaGL1.gydF4y2Ba并且缺乏叶片表面毛状体。后者，gydF4y2Bagl1-2gydF4y2Ba，具有colaccession背景，x射线辐射导致27个氨基酸缺失，显示叶表面毛状体密度较低的半形突变[gydF4y2Ba38.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba45.gydF4y2Ba]．在17种自然遗传材料中，Br-0和C24由于myb结合域的移码突变和一个氨基酸的改变而没有或很少有毛状体gydF4y2BaGL1.gydF4y2Ba分别为(gydF4y2Ba34.gydF4y2Ba]．我们编制了叶表毛密度(数/cm)的数据gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba）来自GWA-Portal（gydF4y2Bahttps://gwas.gmi.oeaw.ac.at/gydF4y2Ba：[gydF4y2Ba35.gydF4y2Ba]）。gydF4y2Ba

所有的自然含量都包含在GSL的先前定量遗传学研究中。七被用作重组自交系的父母基因型（例如，Col×L.gydF4y2Ba呃gydF4y2Ba和Cvi × LgydF4y2Ba呃gydF4y2Ba［gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba];湾×沙[gydF4y2Ba58.gydF4y2Ba];KAS×TSU [gydF4y2Ba59.gydF4y2Ba[])和其他材料被用于全基因组关联图谱[gydF4y2Ba37.gydF4y2Ba]．为了测试GSL的遗传潜力是否能解释食草率，我们使用了Chan等人的数据[gydF4y2Ba37.gydF4y2Ba]gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba登记入册。他们使用了一种在没有草食的短日实验室条件下生长的植物在萌发后35天的成熟叶片。当他们进行了两次量化GSL的试验时，我们使用了GSL的平均含量(nmol/mg肉重)。我们关注脂肪族GSLs的变异及其链长，因为这些参数在防止地上食草性[gydF4y2Ba48.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba60.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba61.gydF4y2Ba]．关于Chan等人的数据。［gydF4y2Ba37.gydF4y2Ba]，采用主成分分析(PCA)对C3-、C4-、C5-、C7-和C8-脂肪族GSLs进行分析。第一个和第二个主成分分别解释了我们17个样本中GSL分布的44个和33%的差异(附加文件)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba）;因此，这两种组分用于我们的统计分析。gydF4y2Ba

共同的园林实验gydF4y2Ba

我们使用了苏黎世大学伊尔切尔校区(瑞士苏黎世:47°23′N, 8°33′E，约500米)和京都大学生态研究中心(日本大津:35°06′N, 134°56′E，约200米)的实验花园(图。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba）.苏黎世基地靠近落叶林，公共花园的周围覆盖着混凝土瓦，以防止杂草滋生。大津遗址是耕地的郊区，研究地点的地面覆盖着短草。在大津遗址，在实验前，杂草被修剪，周围覆盖了农用床单。没有大gydF4y2Ba芸苔gydF4y2Ba品种在夏初在两个地点生长。苏黎世平均气温和总降水量为19°C和198毫米(2016年7月;MeteoSwiss,gydF4y2Bahttp://www.meteoswiss.admin.ch/home.htmlgydF4y2Ba在Otsu（2016年6月期间，22°C和321毫米;日本气象局，gydF4y2Bahttp://www.jma.go.jp/jma/index.htmlgydF4y2Ba）.gydF4y2Ba

每次试验共准备19份材料，共190株，共10个重复。为了尽量减少由于竞争和由此产生的尺寸偏差造成的不必要的变化，实验植物在同一条件下分别种植在不同的盆栽中，然后将它们暴露在公共花园的野外环境中。我们使用农业堆肥混合土壤种植植物(瑞士Einheitserde Co.的Profi Substrat Classic CL ED73;(日本SunGro Co.的MetroMix 350)和珍珠岩，堆肥与珍珠岩的比例为3:1的垃圾体积。因为农业土壤中含有肥料，所以没有提供额外的肥料。种子播种在土壤上，在4-5°C的空气温度下持续黑暗条件下分层一周。然后在短日照条件下(8 h:16 h光照:黑暗[L:D]， 20℃空气温度，60%相对湿度)种植1个月以防止开花，然后进行田间试验。每周轮换植株位置，以尽量减少光照条件下的生长偏倚。每株植株都被移入一个塑料花盆(在日本，直径为7.5厘米，深度为6.5厘米;(瑞士6.0 × 6.0 × 6.0 cm)，在室外荫凉处驯化3天后进行田间试验。 The potted plants were randomly placed among three blocks in each common garden: 68, 69, and 53 plants were assigned to each block in Zurich; and 76, 76, and 38 plants were assigned to each block in Otsu. The potted plants were set on water-permeable plastic sheets in a checkered manner within the blocks, without being embedded in the ground. The blocks were more than 1.0 m apart. These experiments were conducted from June 18 to July 1, 2016 in Otsu and from July 13 to August 3, 2016 in Zurich. Plants were watered every 3 days in Otsu and every day in Zurich.

每2-3天视觉计数单个植物上的昆虫和食草的密码栓。用放大镜鉴定这些物种。居住痕迹和木乃伊蚜虫也被视为叶片矿工和寄生虫黄蜂数量的代理。鸡蛋，幼虫和成人被所有物种都计数，只要它们可以被肉眼观察到。通过实验期间的累积数量评估每种物种的丰度，以反映植物上的草食载量[gydF4y2Ba62.gydF4y2Ba]．跳蚤甲虫制成的小孔在苏黎世站点计数，并且整个实验中的最大数量被用作跳蚤甲虫的损伤指标;然而，由于锯割的较重和同时侵染，日本难以困难。所有计数都是在白天（08：00-17：00）期间的单个观察者进行的。早期开花的梳理gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba在漫长的野外条件下开始繁殖，并在一个月内终止他们的生命周期。因此，为了避免由于植物衰老而在分析期间的干扰，在现场实验开始后，现场观测的持续时间为3周。我们旋转人口普查植物的顺序，以避免人口普查时间偏差。昆虫监测期间植物的死亡率在苏黎世的中等，4％，ZUTSU为9％。OTSU的田间实验于2016年7月1日结束，因为植物中的三分之一是由于临时的高空气温度于2016年7月2日和3日而死。gydF4y2Ba

我们记录了初始植物大小和开花茎的存在/不存在，以纳入植物寿命史特征对昆虫丰富的影响。初始植物尺寸通过现场实验开始时最大的莲座叶（mm）的长度来评估，因为该参数代表生长阶段的植物尺寸。在移植植物后2周记录开花茎的存在/不存在。无法评估最终的叶子大小，因为在实验结束时，一些大叶片接受了草食损伤或开始干燥;因此，只有初始规模纳入我们的统计分析。gydF4y2Ba

统计分析gydF4y2Ba

响应变量:gydF4y2Ba在以下分析中，以组成种、群落和整个群落三个水平的群落指数作为响应变量。在物种水平上，我们分析了每种草食物种的个体数。我们分析了在每个地点观察到20个以上个体的物种，因为统计检验难以应用于稀有物种。对于苏黎世的数据，我们分析了叶洞的数量作为一个指标的损害蚤甲虫。在行会级别，我们将草食物种划分为以外部叶子组织为食的物种(例如，咀嚼叶的物种)和以内部植物组织为食的物种(包括吸液的物种和吸叶的物种)。我们还将草食种分为十字花科专才(如卷心菜蝶、卷心菜锯蝇和萝卜蚤甲虫)和多植物科通才(部分蚜虫和蓟马)(见表)gydF4y2Ba2gydF4y2Ba;附加文件gydF4y2Ba2gydF4y2Ba）.分析了每个类别的昆虫个体总数作为公会级别统计数据。在整个社区一级，我们计算了物种丰富性（即，物种数量），香农的多样性指数gydF4y2BaH'gydF4y2Ba以及单株植物上昆虫个体的总数。所有响应变量为ln(gydF4y2BaxgydF4y2Ba+ 1)在统计分析前转换以改善正态性。所有统计分析均使用R版本3.2.0进行[gydF4y2Ba63.gydF4y2Ba]．我们利用了这一点gydF4y2BardagydF4y2Ba函数(gydF4y2Ba素食主义者gydF4y2Ba包:[gydF4y2Ba64.gydF4y2Ba)进行冗余分析。我们使用了gydF4y2BaLME.gydF4y2Ba函数(gydF4y2Banlme.gydF4y2Ba包:[gydF4y2Ba65.gydF4y2Ba]）估计遗传性，如下所述。gydF4y2Ba

昆虫对植物种类的影响gydF4y2Ba-为了量化植物资源和研究地点之间昆虫群落的变化，我们进行了冗余分析，将群落组成的变化来源划分为植物资源加入、研究地点和逐点加入效应。首先通过排列检验分析了999次的各位点互作，然后在不考虑互作项的情况下考察了各位点的主效应。然后，估算广义遗传力gydF4y2BaHgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba在焦点反应中，作为植物牧草归因于植入的方差的比例。我们使用了线性混合模型，其中登录ID被分配为随机效果。随机效应的这种方差分量由受限制的最大似然方法估算[gydF4y2Ba66.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba67.gydF4y2Ba]．通过比较有或没有加入遗传ID随机效应的线性模型，采用似然比检验检验遗传度的显著性。对苏黎世和大津的数据分别进行了遗传力估计。gydF4y2BaPgydF4y2Ba- 通过多次测试的虚假发现率（FDR）来纠正 -gydF4y2Ba68.gydF4y2Ba]．估计可遗传性的另一种选择是在基因组 - 宽协会研究中使用的自然摘要中的遗传距离基质[例如，26,27]。但是，很难用相同的方法施加单基因突变体和有限数量的锯齿;因此，我们采用了没有距离矩阵的线性混合模型来估计广义遗传性。gydF4y2Ba

植物性状的影响gydF4y2Ba-为了研究特定的植物性状是否对群落成员和组成有贡献，我们使用了多元回归，考虑了毛状体密度、脂肪族GSLs的PC1和PC2、花茎是否存在和初始植株大小(mm)作为解释变量。没有解释变量相互之间高度相关(|gydF4y2Bar |gydF4y2Ba < 0.6 for all pairs). We considered the difference of experimental block as a covariate. Because trichome density had a highly skewed distribution due to completely glabrous phenotypes, this variable was ln(xgydF4y2Ba + 1)-transformed before the analysis. First, we tested the effects of plant traits on each response variable without the dataset on glabrous mutants. When detecting significant effects of trichomes on a particular herbivore, we then compared the two glabrous mutants and their parental accessions to test how theGL1.gydF4y2Ba基因影响包括焦点食草动物的公会和社区指数。使用线性混合模型的多元回归用于分析毛状体的生产，初始植物尺寸（mm），以及开花茎的存在/不存在作为解释性变量。父母背景的差异（即，lgydF4y2Ba呃gydF4y2Ba-1或Col-0)被认为是随机效应。我们使用了gydF4y2BaLME.gydF4y2Ba函数的最大似然法，这些混合模型。所有的连续响应和解释变量都标准化，遵循零均值和一个方差的正态分布，以使线性模型之间的系数具有可比性。gydF4y2BaPgydF4y2Ba-数值由FDR修正[gydF4y2Ba68.gydF4y2Ba]．gydF4y2Ba

植物资源和研究地点中昆虫的丰度和群落gydF4y2Ba

我们观察到15种昆虫物种，包括跳蚤甲虫，锯齿，蝴蝶，飞蛾，蚜虫和蓟马gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba在两个现场实验中（表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba;无花果。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba）.在这些昆虫中，分别对Otsu和苏黎世位点分别具有三种和三种物种。冗余分析和排列试验证实，工厂加入，研究现场和逐步效应表现出社区组成的重大变异来源（加入，方块的总和（SS）= 0.99，gydF4y2BaFgydF4y2Ba = 1.57,PgydF4y2Ba< 0.001;Site, SS = 1.31，gydF4y2BaFgydF4y2Ba = 36.2,PgydF4y2Ba< 0.001;旁观站点，ss = 0.96，gydF4y2BaFgydF4y2Ba= 1.54,gydF4y2BaPgydF4y2Ba< 0.001, 999个排列;无花果。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba）.基于平方和的冗余分析表明，13%的昆虫群落组成变化可由植物种类和点位效应解释。在物种丰富度、Shannon多样性和昆虫总丰度上均有显著的广义遗传力gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba并且分别在两个研究网站（苏黎世和ototsu的10-11％和15-30％的遗传性10-11％和15-30％之间的幅度：附加文件gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba）.gydF4y2Ba

昆虫丰富和社区的植物特征gydF4y2Ba

我们研究了在自然资源中，毛状体密度、硫代葡萄糖苷和生活史性状是否会影响昆虫的物种、种群和群落结构(图。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba）.在种级和行会级观察到毛状体的显著影响(图。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba;附加文件gydF4y2Ba4gydF4y2Ba）.两个主要的叶片，苏黎世的条纹的跳蚤甲虫和otsu的萝卜锯蝇，比毛发的脱毛较少而不是产生低量滴虫的脱钙（图。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba和gydF4y2Ba5gydF4y2BaB;附加文件gydF4y2Ba4gydF4y2Ba）.苏黎世试验点有毛植株的叶洞数量低于无毛植株(fig .;gydF4y2Ba4gydF4y2Ba和gydF4y2Ba5gydF4y2Ba一种;附加文件gydF4y2Ba4gydF4y2Ba），表明毛状体对跳蚤甲虫具有抗性功能。在OTSU网站，白菜蝴蝶的丰富gydF4y2Ba地区rapaegydF4y2Ba在有毛植物上也较低(图。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba;附加文件gydF4y2Ba4gydF4y2Ba）.在公会级，毛状体对两个位点的叶片具有显着的负面影响（图。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba和gydF4y2Ba5gydF4y2Bac, d;附加文件gydF4y2Ba4gydF4y2Ba）.与毛状体相比，脂肪族GSL对草食性丰富没有任何一致的影响。GSLS的第一个主要成分对苏黎世站点的叶片咀嚼物，专业食草动物，物种丰富度和总丰富的效果产生负面影响，但对OTSU位点的这些指数没有显着影响（图。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba）.GSLS的第二个主要成分与苏黎世位点的OTSU位点和西部花蓟马的萝卜悬浮率的丰度正相关（图。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba：附加文件gydF4y2Ba4gydF4y2Ba）.毛状体和GSLs对昆虫丰富度、Shannon多样性和总丰度的影响在两个站点之间存在差异。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba和gydF4y2Ba5gydF4y2Bae，f;附加文件gydF4y2Ba4gydF4y2Ba）.初始植物尺寸或开花茎的存在显着增加了两个位点的昆虫丰富度，多样性和总丰度（图。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba;附加文件gydF4y2Ba4gydF4y2Ba）.结果，苏黎世中的KAS-2和苏黎世的C24不太可能被叶片占用（图。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba）是由于这些加入的小植物大小（附加文件gydF4y2Ba5gydF4y2Ba）.gydF4y2Ba

比较无毛突变体和父母毛茸茸的玄关gydF4y2Ba

我们检查了单一基因的影响gydF4y2Baglabra1.gydF4y2Ba在草食方面，协会和群落指数包括两种主要的咀嚼叶动物，跳蚤甲虫和锯蝇。在物种水平上，与亲本相比，两个无毛突变体的叶洞明显更多(图2)。gydF4y2Ba5gydF4y2Baa、b;附加文件gydF4y2Ba6gydF4y2Ba）.在行会水平上，两个无毛突变体的啃叶现象比亲本的啃叶现象更常见。gydF4y2Ba5gydF4y2BaC，D），虽然这种差异在苏黎世没有统计学意义（附加文件gydF4y2Ba6gydF4y2Ba）.在社区指数中，在毛茸茸的突变体中，OTSU位点的总丰度显着低于毛茸茸的父母（COEF。±SE = - 0.46±0.16，gydF4y2BaZgydF4y2Ba=−2.86,gydF4y2BaPgydF4y2Ba< 0.01;附加文件gydF4y2Ba6gydF4y2Ba）.gydF4y2Ba

田间昆虫物种多样性gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba

一些研究人员研究了叶草食物[gydF4y2Ba17.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba48.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba60.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba69.gydF4y2Ba，食草动物[gydF4y2Ba19.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba56.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba57.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba70gydF4y2Ba，以及植物的适应性[gydF4y2Ba17.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba48.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba60.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba69.gydF4y2Ba] 在gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba在田间条件下;然而，有关该植物昆虫群落组成的定量证据仍然有限。在本研究中，我们发现15种节肢动物的群落组成存在显著差异gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba在两个遥远的野外地点的资源。与我们在苏黎世的研究结果一致，Harvey等人[gydF4y2Ba57.gydF4y2Ba]发现，夏季的一批gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba遭到了gydF4y2BaPhyllotroeta.gydF4y2Ba在欧洲的一个野生种群中，还栖息着菱形飞蛾和蚜虫。而冬季-一年生被认为是主要的生命周期gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba［gydF4y2Ba56.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba57.gydF4y2Ba，较短的世代时间和种子库可以让它们在野外形成不同的生命周期。在苏黎世基地附近，除了越冬队列，开花和营养植物在7月同时出现，更重要的是，野生植物gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba叶子里有许多洞（图。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba）.我们对夏季队列的证据表明，目前使用各种换乘的现场实验应代表其中一部分gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba在自然界中观察到的-Herbivore相互作用，从而强调进一步需要在多个生命阶段研究昆虫社区gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

植物的外观假设假设抗病性防御中的植物大小和建筑性状的重要性[gydF4y2Ba71.gydF4y2Ba]，这个假设得到了Meta分析的支持[gydF4y2Ba72.gydF4y2Ba，比较研究[gydF4y2Ba73.gydF4y2Ba和全基因组关联图谱[gydF4y2Ba26.gydF4y2Ba]．在群落遗传学背景下，植物构型是多年生草本昆虫群落组成的关键预测因子[gydF4y2Ba6gydF4y2Ba]木质植物[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba]．在本研究中，我们还发现，开花茎的存在和更大的植株尺寸增加了昆虫物种的丰富度和多样性gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba（图。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba;附加文件gydF4y2Ba4gydF4y2Ba）.尽管在两个研究地点之间有相似的花茎(附加文件)gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)，只有在大津遗址，花茎的存在对昆虫物种多样性有贡献。这一结果的部分原因可能是花茎吸引了三种食草动物，卷心菜蝴蝶、桃蚜和西花蓟马。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba）.gydF4y2Ba

毛状体和单基因的影响gydF4y2Baglabra1.gydF4y2Ba关于昆虫丰富gydF4y2Ba

在反向遗传分析中，需要多个表型一致的独立突变体来证明一个特定基因的功能。此外，利用亲本的多个遗传背景也可以对基因功能给出较强的指示。在以前的研究中，单基因在调节食草性中的作用是通过来自单个亲本的突变体来量化的[gydF4y2Ba12.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba13.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba48.gydF4y2Ba]．我们共同的花园实验说明了该功能gydF4y2BaGL1.gydF4y2Ba反对草食病的基因gydF4y2Ba在Natura.gydF4y2Ba使用两条不同的直线LgydF4y2Ba呃gydF4y2Ba（gydF4y2Bagl1-1gydF4y2Ba)及Col (gydF4y2Bagl1-2gydF4y2Ba）.值得注意的是，BR-0和C24 access是每个站点的叶片最易感的摘录（图。gydF4y2Ba5gydF4y2BaC, d)，这两种加入也有破坏性突变gydF4y2BaGL1.gydF4y2Ba［gydF4y2Ba34.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba43.gydF4y2Ba]．这些协会gydF4y2BaGL1.gydF4y2Ba在野外群体中也已经报道了多态性和抗草食性功能gydF4y2Ba答:lyratagydF4y2Ba［gydF4y2Ba9gydF4y2Ba，gydF4y2Ba10.gydF4y2Ba),gydF4y2BaA. Halleri.gydF4y2Ba［gydF4y2Ba11.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba18.gydF4y2Ba]．植物毛状体也能防止锯蝇食草[gydF4y2Ba74.gydF4y2Ba]和跳蚤甲虫[gydF4y2Ba75.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba76.gydF4y2Ba] 在gydF4y2Ba芸苔gydF4y2Ba品种。我们的目前的结果与这些结果一起表明植物毛状体和单一基因，gydF4y2BaGL1.gydF4y2Ba在抵御十字花科喂食者的物理防御中起着关键作用。gydF4y2Ba

单基因突变体的实验室实验和自然含量gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba建议，具有高毛细血管密度密度的植物通过蚜虫抵抗侵扰[gydF4y2Ba25.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba77.gydF4y2Ba]．在两个测试的现场条件下，毛状体对蚜虫的丰度没有显着影响，可能是因为主要发生在开花茎上的蚜虫，其中胎儿的密度低。事实上，开花茎的存在与蚜虫的丰度正相关（附加文件gydF4y2Ba4gydF4y2Ba）.这些结果支持蚜虫丰富与蚜虫之间有限的关联gydF4y2BaGL1.gydF4y2Ba在现场生长的多态性gydF4y2BaA. Halleri.gydF4y2Ba［gydF4y2Ba11.gydF4y2Ba]．此外，我们无法检测毛粒的任何显着影响gydF4y2BaGL1.gydF4y2Ba关于丰富的幼虫gydF4y2BaP. Xylostella.gydF4y2Ba，即使毛状体会阻止成年蛾ovingositinggydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba在实验室条件下[gydF4y2Ba16.gydF4y2Ba]．Handley等人[gydF4y2Ba16.gydF4y2Ba]专注于几个北方北方人gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba，而目前的实验环境涵盖了更广泛的地理范围的自然加入。最近使用350天然加入的基因组 - 范围协会研究也发现没有显着的关联gydF4y2BaGL1.gydF4y2Ba多态而食草gydF4y2BaP. Xylostella.gydF4y2Ba［gydF4y2Ba27.gydF4y2Ba]．结合以前的研究，我们的现场成长结果gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba举例说明测试不同物种和环境条件的重要性。gydF4y2Ba

葡萄糖苷对专家食草动物的不同效果gydF4y2Ba

GSLs的某些成分对特殊食草动物有负面影响，而其他成分对特殊食草动物没有或有正面影响。对于这些不同的效应，一个可能的解释是，由于表型可塑性和GSL对草食的诱导反应，在实验室条件下量化的GSL数据可能不足以反映GSL在野外的积累[gydF4y2Ba23.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba24.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba48.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba78.gydF4y2Ba]．例如，白菜蝴蝶gydF4y2BaP. Rapae.gydF4y2Ba可以修改的表达式级别gydF4y2BaMAM1.gydF4y2Ba基因，涉及脂肪族GSL的链伸长[gydF4y2Ba23.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba24.gydF4y2Ba]．也有可能一些特殊的食草动物克服了GSLs [gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba21.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba61.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba79.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba80gydF4y2Ba[因此掩盖了GSL对社区组成的影响。具体而言，条纹的跳蚤甲虫gydF4y2BaP. Striolata.gydF4y2Ba有效地隔离4-甲基硫代丁基gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba，短链脂肪族GSL [gydF4y2Ba80gydF4y2Ba]．幼虫gydF4y2Ba答:果gydF4y2Ba锯齿也隔离GSL [gydF4y2Ba21.gydF4y2Ba]，而成年人利用异硫氰酸酯，这是脂族GSL的崩溃产品，寻找宿主工厂[gydF4y2Ba79.gydF4y2Ba]．与毛状体的情况不同，需要对GSLs进行现场量化，以解决它们在实地对草食动物数量的影响。gydF4y2Ba

野外调查表明，该昆虫群落的遗传基础较好gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba以及功能等位基因的优点gydF4y2BaGL1.gydF4y2Ba在避免叶片咀嚼。在Brassicaceae植物中，证据累积表明植物物种内的遗传变异改变了昆虫群落组成，而且反过来施加对植物防御的选择[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba，gydF4y2Ba81.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba82.gydF4y2Ba]．在十字花科植物中也观察到毛状体密度的变化[gydF4y2Ba74.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba75.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba76.gydF4y2Ba),gydF4y2BaGL1.gydF4y2Ba矫形症会影响毛状体的密度[gydF4y2Ba83.gydF4y2Ba]．在群落遗传学的背景下，目前的研究gydF4y2BaGL1.gydF4y2Ba提供了影响患有十字花植物昆虫的群落组成的关键基因的证据。未来的研究应评估单一基因的相对重要性和定量遗传变异朝着对昆虫社区组装的植物遗传效应综合了解。gydF4y2Ba

FDR：gydF4y2Ba

假发现率gydF4y2Ba

GL1.gydF4y2Ba：gydF4y2Ba

glabra1.gydF4y2Ba

GSL:gydF4y2Ba

芥子油苷gydF4y2Ba

主成分分析:gydF4y2Ba

主成分分析gydF4y2Ba

RDA:gydF4y2Ba

冗余分析gydF4y2Ba

作者感谢Jordi Bascompte和M​​atthew Barbour的宝贵讨论，Satoshi ODA和Aki Morishima为植物培养和野外工作提供帮助，以及三个匿名评论员对稿件的评论。gydF4y2Ba

资金gydF4y2Ba

本研究由JSPS博士后基金(批准号:16 J30005)和JST PRESTO (JPMJPR17Q4)资助Y.S, JST CREST (JPMJCR15O2)和JSPS KAKENHI (JP16H06171和JP16H01473)资助瑞士国家基金会，苏黎世大学URPP全球变化与生物多样性，JST CREST (JPMJCR16O3)，日本，JST CREST (JPMJCR16O3)资助。日本的野外试验得到了京都大学生态研究中心联合使用/研究基金的资助。资助方不参与研究设计、数据分析或决定发表。gydF4y2Ba

可用性数据和材料gydF4y2Ba

数据和R源代码包含在附加文件中（其他文件gydF4y2Ba5gydF4y2Ba和gydF4y2Ba7gydF4y2Ba）.gydF4y2Ba

从属关系gydF4y2Ba

1. 日本Presto，日本科技机构，Kawaguchi，332-0012，日本gydF4y2Ba

   Yasuhiro佐藤gydF4y2Ba

2. 日本Ryukoku大学食品农业研究所，横谷1-5，濑田大町，志贺520-2194gydF4y2Ba

   Yasuhiro佐藤gydF4y2Ba

3. 苏黎世大学进化生物学与环境研究系，Winterthurerstrasse 190,8057，瑞士苏黎世8057gydF4y2Ba

   Rie Shimizu-Inatsugi，Misako Yamazaki＆Kentaro K. ShimizugydF4y2Ba

4. 横滨市大学Kihara生物学研究所，641-12 Maioka，244-0813 Totsuka-Ward，横滨，日本gydF4y2Ba

   k .清水正孝太郎gydF4y2Ba

5. 植物生命科学系，农业学院，瑞科大学，Yokotani 1-5，Seta Oe-Cho，Oe-Cho，Oe-Cho，Shiga，日本520-2194gydF4y2Ba

   Atsushi j .长野gydF4y2Ba

贡献gydF4y2Ba

YS, RSI和MY。进行了实地实验。YS对数据进行了分析。YS, RSI, KKS和AJN设计了这个项目，并在所有合著者的输入下撰写了手稿。所有作者都已阅读并批准了稿件。gydF4y2Ba

相应的作者gydF4y2Ba

对应于gydF4y2Bak .清水正孝太郎gydF4y2Ba或gydF4y2BaAtsushi j .长野gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

伦理批准和同意参与gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

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不适用。gydF4y2Ba

相互竞争的利益gydF4y2Ba

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重印和权限gydF4y2Ba