Year-to-year changes in expression of maternal effects in perennial plants

Although there are numerous examples of maternal effects in perennial plant species, studies usually follow the fate of progeny only in their juvenile stages or for one growing season. Here we experimentally demonstrate, for two perennial species, that maternal nutrient environments and disturbance histories affect progeny differently during their first two growing seasons.Whereas progeny of mothers that suffered nutrient insufficiency produced more spikes in the first season, they produced equal spikes in the second season when compared to progeny of mothers from benign conditions. The progeny of mothers that had been grown in nutrient-poor conditions grew longer leaves in their second year, when compared to progeny of mothers from nutrient-poor conditions that experienced severe disturbance (removal of all above-ground biomass) but this was not the case in their first year. Additionally, progeny of mothers that experienced severe disturbance and were grown in nutrient-poor conditions produced longer leaves when compared to progeny of disturbed mothers grown in nutrient-rich conditions in the second year but this pattern was not observed in first year of the study.The changing expression of maternal effects in our study showed the necessity of longer-term studies to identify the effects and to determine their roles in the ecology of perennial species. We also suggest possible mechanisms responsible for the observed patterns.

ZusammenfassungObwohl es zahlreiche Beispiele für maternale Effekte bei perennierenden Pflanzen gibt, folgen die Untersuchungen dem Schicksal der Nachkommen normalerweise nur in den juvenilen Stadien oder über eine Vegetationsperiode. An dieser Stelle demonstrieren wir experimentell, dass bei zwei perennnierenden Arten die maternale Nährstoffumwelt und die Störungsgeschichte die Nachkommen in unterschiedlicher Weise während der ersten zwei Vegetationsperioden beeinflussen. Während die Nachkommen der Mutterpflanzen, die unter einer unzureichenden Nährstoffzufuhr litten, in der ersten Saison mehr Dornen produzierten, so produzierten sie doch in der zweiten Saison gleichartige Dornen im Vergleich zu Nachkommen von Mutterpflanzen, die unter günstigen Bedingungen wuchsen. Die Nachkommen der Mutterpflanzen, die unter nährstoffarmen Bedingungen wuchsen, bekamen im zweiten Jahr längere Blätter im Vergleich zu Nachkommen von Mutterpflanzen aus nährstoffarmen Bedingungen, die eine ernsthafte Störung erlitten hatten (die Entfernung sämtlicher oberirdischer Biomasse). Dies war jedoch im ersten Jahr nicht der Fall. Zusätzlich produzierten Nachkommen von Mutterpflanzen, die eine ernsthafte Störung erlitten hatten und unter nährstoffarmen Bedingungen wuchsen, im zweiten Jahr längere Blätter im Vergleich zu Nachkommen von gestörten Mutterpflanzen, die unter nährstoffreichen Bedingungen wuchsen. Dieses Muster konnte jedoch im ersten Jahr der Untersuchung nicht beobachtet werden.Die veränderliche Expression der maternalen Effekte in unserer Untersuchung zeigt die Notwendigkeit von langfristigen Untersuchungen, um die Auswirkungen zu identifizieren und ihre Rolle in der Ökologie der perennierenden Pflanzen zu bestimmen. Wir schlagen darüber hinaus mögliche Mechanismen vor, die für die beobachteten Muster verantwortlich sind.