Reciprocal interactions between native and introduced populations of common milkweed, Asclepias syriaca, and the specialist aphid, Aphis nerii

Following its introduction into Europe (EU), the common milkweed (Asclepias syriaca) has been free of most specialist herbivores that are present in its native North American (NA) range, except for the oleander aphid Aphis nerii. We compared EU and NA populations of A. nerii on EU and NA milkweed populations to test the hypothesis that plant–insect interactions differ on the two continents. First, we tested if herbivore performance is higher on EU plants than on NA plants, because the former have escaped most of their herbivores and have perhaps been selected for lower defence levels following introduction. Second, we compared two A. nerii lines (one from each continent) to test whether genotypic differences in the herbivore may influence species interactions in plant–herbivore communities in the context of species introductions. The NA population of A. nerii developed faster, had higher fecundity and attained higher population growth rates than the EU population. There was no overall significant continental difference in aphid resistance between the plants. However, milkweed plants from EU supported higher population growth rates and faster development of the NA line of A. nerii than plants from NA. In contrast, EU aphids showed similar (low) performance across plant populations from both continents. In a second experiment, we examined how chewing herbivores indirectly mediate interactions between milkweeds and aphids, and induced A. syriaca plants from each continent by monarch caterpillars (Danaus plexippus) to compare the resulting changes in plant quality on EU aphid performance. As specialist chewing herbivores of A. syriaca are only present in NA, we expected that plants from the two continents may affect aphid growth in different ways when they are challenged by a specialist chewing herbivore. Caterpillar induction decreased aphid developmental times on NA plants, but not on EU plants, whereas fecundity and population growth rates were unaffected by induction on both plant populations. The results show that genetic variation in the plants as well as in the herbivores can determine the outcome of plant–herbivore interactions.

ZusammenfassungNach ihrer Einwanderung nach Europa (EU) war die Seidenpflanze (Asclepias syriaca) frei von den spezialisierten Herbivoren, die in ihrer nordamerikanischen (NA) Heimat vorkommen, mit Ausnahme der Oleanderblattlaus Aphis nerii. Wir verglichen EU und NA Populationen von A. nerii auf EU und NA Seidenpflanzenpopulationen, um die Hypothese zu testen, dass sich die Insekt-Pflanze-Interaktionen zwischen den beiden Kontinenten unterscheiden. Zunächst prüften wir, ob die Performanz des Herbivoren auf den EU Pflanzen besser als auf NA Pflanzen ist, weil erstere den meisten ihrer Herbivoren entkommen sind und nach der Einfuhr Pflanzen mit reduzierter pflanzlicher Abwehr herangezüchtet worden sein könnten. Zum anderen verglichen wir zwei Stämme von A. nerii (einen von jedem Kontinent) um zu prüfen, ob genotypische Unterschiede beim Herbivoren die Interaktionen in Insekt-Pflanze-Systemen im Kontext von Einschleppungen beeinflussen könnten. Die NA Population von A. nerii entwickelte sich schneller, hatte eine höhere Fruchtbarkeit und erreichte höhere Wachstumsraten als die EU Population. Es gab keinen generellen signifikanten Unterschied in der Resistenz gegen Blattläuse zwischen den Pflanzen der beiden Kontinente. Indessen erlaubten Seidenpflanzen aus EU höhere Populationswachstumsraten und schnellere Entwicklung des NA Stammes von A. nerii als Pflanzen aus NA. Im Gegensatz dazu zeigten EU Blattläuse ähnliche (geringe) Performanz für die Pflanzenpopulationen von beiden Kontinenten.In einem zweiten Experiment untersuchten wir, wie beißend-kauende Pflanzenfresser indirekt die Interaktionen zwischen Seidenpflanze und Blattlaus beeinflussen. Hierzu induzierten wir Seidenpflanzen von beiden Kontinenten mit Monarchraupen (Danaus plexippus), um den Effekt der resultierenden Änderungen in der Pflanzenqualität auf die Performanz von EU Blatt-läusen zu erfassen. Da spezialisierte beißend-kauende Herbivore der Seidenpflanze nur in NA vorkommen, erwarteten wir, dass Pflanzen unterschiedlicher Herkunft das Blattlauswachstum unterschiedlich beeinflussen würden, wenn sie von einem solchen Spezialisten angegriffen werden. Die Induktion mit Raupen verringerte die Entwicklungszeiten der Blattläuse auf NA Pflanzen, aber nicht auf EU Pflanzen, während Fruchtbarkeit und die Populationswachstumsraten auf beiden Pflanzenpopulationen nicht beeinflusst wurden. Diese Ergebnisse zeigen, dass genetische Variation sowohl bei den Pflanzen als auch bei den Herbivoren das Ergebnis von Insekt-Pflanze-Interaktionen bestimmen kann.