Neuchatel, Switzerland
July 13, 2010
A researcher working at the universities of Neuchâtel and Bern has bred a new line of petunia that produces significantly more seeds and less nectar than normal petunia. The downside of these positive changes is that pollinators spend less time visiting petunias that offer less nectar, which results in a lower seed production. This work*, which was conducted by Anna Brandenburg with the support of the NCCR Plant Survival, showed that the cost-benefit ratio for the plant remains neutral. She will present her results at the International Society of Chemical Ecology (ISCE) congress at the end of July in Tours (France).
In many relationships between plants and pollinators, nectar plays a central role as a reward to the pollinator for its efforts. However, some plant species, such as certain orchid, do not provide nectar in return. With this strategy, the plant saves energy resources that can instead be invested in growth or defence mechanisms. For her PhD thesis Anna Brandenburg tested this nectar reduction hypothesis on cultivated plants with the aim of increasing the plant's reproductive success. Her work was co-supervised by Redouan Bshary (University of Neuchâtel) and Cris Kuhlemeier (University of Bern).
She studied the impact of nectar reduction in petunia on its pollinators. Petunia is an interesting plant from an application perspective since it belongs to the same family, the Solanaceae, as the potato and tomato.
For her research, she first had to develop a new approach to obtain a petunia line that was clearly different in its nectar production than the original species Petunia axillaris. After multiple crosses between P. axillaris and P. integrifolia, the young biologist was able to produce a line that offered one third of the nectar volume of P. axillaris.
With the use of hand pollination, Anna Brandenburg observed two beneficial effects of nectar reduction. The petunias with this characteristic produced 20 to 30% more seeds than P. axillaris. Furthermore, still in comparison with the same species, the new petunia line emitted two times more methylbenzoate, an odorous substance that plays a role in attracting hawkmoth pollinators to the flower. A possible positive effect on pollinator attraction still needs to be verified since odours in greenhouses were saturated.
Everything changes, however, as soon as natural pollinators come into play. The hawkmoth Manduca sexta spends considerably less time feeding on flowers offering a smaller nectar reward, hence diminishing pollen transfer, which consequently results in a significant reduction in the quantity of seeds produced. This study shows that the hawkmoths are able to recognise plants that cheat, an innate ability, as demonstrated in subsequent tests.
*Anna Brandenburg, "The effect of nectar reduction in Petunia axillaris on foraging behaviour of noctural hawkmoths, observed in laboratory and field behavioural assays"; Thèse de doctorat 2121: Université de Neuchâtel, 2009.
Photo: The hawkmoth on a petunia, (c) Alexandre Dell'Olivo (UniBE)
Pétunia à nectar réduit : tricher ne paie pas
Une chercheuse des universités de Neuchâtel et Berne a réussi à cultiver une lignée de pétunias qui produisent nettement moins de nectar et bien plus de semences que les plantes originales. A cet effet positif s'oppose toutefois le fait que les pollinisateurs passent nettement moins de temps à se désaltérer sur des pétunias proposant moins de nectar. Ceci se traduit par une diminution de la production de graines. Le bilan en termes de coûts et bénéfices pour le pétunia reste neutre, estime Anna Brandenburg à l'issue d'une étude soutenue* par le Pôle de recherche national (NCCR) Survie des plantes. Elle présentera ses résultats au congrès annuel de la Société internationale d'écologie chimique (ISCE) fin juillet à Tours (France).
Dans la plupart des relations entre plantes et pollinisateurs, le nectar joue un rôle central comme dédommagement qu'offre la plante à un pollinisateur pour compenser le coût de ce service. Cependant, certaines variétés d'orchidées ne donnent pas de nectar en échange. En renonçant à cela, la plante fait l'économie de ressources énergétiques qu'elle peut utiliser à son propre avantage, pour gagner en vigueur, produire davantage de graines ou améliorer ses défenses contre des ravageurs. Il était donc pertinent de tester cette hypothèse de pollinisation à « prix réduit » sur des plantes cultivées, dans la perspective d'en augmenter à terme le rendement. Cette question constituait la thèse de doctorat d'Anna Brandenburg, co-dirigée par Redouan Bshary (Université de Neuchâtel) et Cris Kuhlemeier (Université de Berne).
Le travail avait pour objectif d'étudier l'impact d'une réduction de la production de nectar chez le pétunia sur ses pollinisateurs. C'est une plante intéressante pour qui envisage des applications maraîchères, car elle appartient à la même famille - celle des Solanacées - que la pomme de terre ou la tomate.
Durant cette recherche, la biologiste a dû tout d'abord développer une nouvelle méthode pour obtenir des plantes adéquates. Il fallait obtenir des variétés affichant une différence très nette dans la production de nectar par rapport à l'espèce d'origine Petunia axillaris. Après de multiples croisements entre celle-ci et P. integrifolia, la jeune biologiste a réussi à cultiver des lignées offrant un volume de nectar trois fois inférieur à celui de P. axillaris.
En pratiquant une pollinisation manuelle, Anna Brandenburg a noté deux effets bénéfiques dus à la réduction de nectar. Les pétunias présentant cette caractéristique produisaient davantage 20 à 30% plus de graines que P. axillaris. De plus, toujours par rapport à la même espèce, la nouvelle lignée de pétunias émettait deux fois plus de benzoate de méthyle, une substance odorante jouant un rôle dans l'orientation des sphinx pollinisateurs vers la fleur. Ce résultat reste à vérifier, car les odeurs sous les serres étaient souvent saturées.
Tout change cependant sitôt que les pollinisateurs naturels entrent en jeu. Les sphinx du tabac (Manduca sexta) passent nettement moins de temps à se désaltérer sur les fleurs leur offrant une moindre récompense, diminuant ainsi leur récolte de pollen, ce qui a pour conséquence de réduire considérablement la quantité de graines produites. Il ressort en outre de ce travail que les sphinx sont capables de reconnaître les plantes qui trichent, une aptitude innée comme l'ont d'ailleurs démontré des tests complémentaires.
* Anna Brandenburg, "The effect of nectar reduction in Petunia axillaris on foraging behaviour of noctural hawkmoths, observed in laboratory and field behavioural assays"; Thèse de doctorat 2121: Université de Neuchâtel, 2009.
Topics
Species
