Warming can enhance the detrimental effect of pathogens on a host plant, Miscanthus sinensis, in a cool-temperate montane grassland in Nagano, Japan

ABSTRACT

This study investigated the effects of two fungal pathogens, the smut fungus Sporisorium kusanoi and the discomycete Naemacyclus culmigenus, on the Japanese pampas grass Miscanthus sinensis, under experimental warming. In a cool-temperate grassland in a montane region, a field experiment was conducted with two treatments: 1) warming plots in open-top chambers (OTC); and 2) control plots with ambient temperature. Mean air temperature was 1.1°C higher in OTC than control. The fate, length, number of leaves, and aboveground biomass of uninfected and infected shoots of M. sinensis naturally established within the plots were recorded during the 2014 growing season. Disease symptoms emerged earlier in OTC. Infected shoots were shorter and had fewer leaves in OTC, whereas uninfected shoots were similar between OTC and control. Shoot biomass tended to be higher for uninfected shoots than infected shoots, but similar between OTC and control. Finally, shoot survival tended to be lower in OTC than control, as well as in infected than uninfected shoots. These results indicated that survival and growth of M. sinensis shoots were reduced following pathogen infection and that the detrimental effects of pathogens were more apparent under the warming condition.

RÉSUMÉ

Cette étude s’est intéressée aux effets de deux pathogènes, Sporisorium kusanoi et Naemacyclus culmigenus, sur Miscanthus sinensis, sous réchauffement expérimental. Dans une prairie tempérée fraîche d’une région montagneuse, une expérimentation a été réalisée selon deux traitements: (i) des parcelles réchauffées dans des chambres à toit ouvert (OTC) et (ii) des témoins à température ambiante. La température moyenne de l’air était de 1,1°C supérieure dans les OTC que dans les témoins. La survie, la longueur, le nombre de feuilles et la biomasse aérienne de tiges infectées et non-infectées de M. sinensis établies naturellement dans les parcelles ont été mesurés durant la saison de croissance 2014. Les symptômes de maladie ont émergé plus tôt dans les OTC. Les tiges infectées étaient plus petites et avaient moins de feuilles dans les OTC, tandis que les tiges non-infectées étaient similaires dans les OTC et les témoins. La biomasse des tiges était plus élevée pour les tiges non-infectées que pour les tiges infectées, mais similaire dans les OTC et dans les témoins. Finalement, le taux de survie des tiges était plus faible dans les OTC et pour les tiges infectées. Ces résultats montrent que la survie et la croissance des tiges de M. sinensis ont été réduites suite à l’infection par des pathogènes et que les effets négatifs des pathogènes étaient plus marqués sous conditions de réchauffement.

KEYWORDS:

• Experimental warming
• Miscanthus sinensis
• pathogens
• growth
• montane grassland
• survival

MOTS CLÉS:

• Réchauffement expérimental
• Miscanthus sinensis
• pathogènes
• croissance
• prairie de montagne
• survie

Acknowledgments

We acknowledge the Sugadaira Montane Research Center (SMRC), University of Tsukuba, for permission to conduct research within the site. We also thank Mariko Katsuyama, Miyuki Sato, Ryuji Kanai, and Daisuke Masaki for their research assistance, and Leanne Kay Faulks whose helpful comments significantly improved this manuscript, and a member of the SMRC for valuable advice regarding the field research.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the authors.

Additional information

Funding

This study was supported by Research and Education Funding for Japanese Alps Inter-Universities Cooperative Project, MEXT, Japan.