A bias-controlled statistical procedure to highlight host-plant preferences and the resulting prevalences in phytophagous insects: illustrative case study with leaf-miners on Lamiaceae

Abstract

Summary. Quantitative, rigorously derived and statistically validated information regarding the relative preferences/relative prevalences of phytophagous insects for/upon their different host plant species is too rarely made available in the literature, at least for wild host plant species, which are usually lacking economic interest. This seems likely to be due (i) in part to the usual lack of field samplings sufficiently wide (both numerically and spatially) to ensure the statistical significance of results; and (ii) to the current unavailability of a dedicated procedure for appropriately dealing with the unavoidable sources of biases affecting raw field data. Accordingly, a new methodological approach is proposed to overcome both kinds of difficulties, involving in particular:

1. a procedure of evaluation of the relative preferences for hosts and relative prevalences on hosts, making them insensitive to the biases inevitably linked to the unavoidable large disparities among the respective abundances of the focused phytophagous insects on the one hand, and to the hardly controllable heterogeneities in sampling intensities of the different host plant species, on the other hand;

2. an appropriately modified version of the standard Chi-2 testing procedure, applied to control the degree of statistical significance of the estimations of relative preferences and prevalences.

The practical implementation of this newly derived approach is illustrated with a case study, dealing with leaf-mining insects upon host plant species belonging to Lamiaceae. From a purely descriptive point of view, more or less strong discrepancies turn out to single out the relative preference profiles, as well as the relative prevalence profiles of 10 leaf miners for four host-plant species (despite the relative phenotypic homogeneity of hosts within Lamiaceae). Highlighted, at a more speculative level, is the significant role played by phylogenetic affinities (between the exploiting species as well as between the exploited species) upon the arrangement of the food web that connects them.

Résumé

Estimation des préférences et prévalences des insectes phytophages vis-à-vis de leurs diverses plantes-hôtes : proposition d’une procédure statistique à biais contrôlé et illustration d’application avec la faune mineuse sur Lamiacées. La littérature fournit généralement peu d’informations quantitatives, rigoureusement établies et statistiquement validées, concernant les préférences et/ou les prévalences relatives, chez les insectes phytophages, vis-à-vis de leurs différentes espèces végétales hôtes – du moins pour ce qui concerne les espèces-hôtes sauvages, généralement dépourvues d'intérêt économique. Cela apparaît dû, à la fois, (i) au manque habituel d'échantillonnages suffisamment amples (à la fois numériquement et spatialement) propres à assurer la signification statistique des résultats et (ii) à l'absence d'une procédure dédiée pour traiter de manière appropriée les inévitables sources de biais affectant les données brutes acquises sur le terrain. Dans cette perspective, une nouvelle approche méthodologique est proposée, comportant notamment :

1. une procédure d'évaluation des préférences et prévalences relatives corrigées des biais liés, d’une part, à l’inévitable disparité des abondances respectives entre les insectes phytophages considérés et, d’autre part, aux hétérogénéités d'intensité d'échantillonnage (malaisément contrôlables sur le terrain) entre les différentes espèces végétales hôtes ;

2. une version spécifiquement modifiée de la procédure standard de test Chi-2 pour contrôler le degré de signification statistique des estimations des préférences et prévalences relatives.

La mise en œuvre de cette nouvelle approche méthodologique est illustrée, en pratique, par une étude de cas appliquée à dix espèces d'insectes minant les feuilles de quatre espèces de plantes-hôtes sauvages appartenant aux Lamiacées. D'un point de vue purement descriptif (et bien que cette famille botanique soit considérée comme relativement homogène), des écarts plus ou moins importants s'avèrent singulariser aussi bien les profils de préférences relatives que les profils de prévalences relatives de chacune des dix espèces mineuses vis-à-vis de chacune des quatre espèces de plantes-hôtes. À un niveau plus spéculatif, on met en évidence le rôle important joué par les affinités phylogénétiques – aussi bien entre espèces exploitantes qu’entre les espèces exploitées – sur l'agencement du réseau trophique qui les relie.

Keywords:

• Plant–insect relationship
• trophic interaction
• phylogeny
• Amauromyza
• Liriomyza
• Phytomyza
• Apteropeda
• Coleophora

Acknowledgements

The author wishes to express his sincere thanks to anonymous reviewers whose suggestions have considerably improved the original manuscript.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author.