Introgression potential of downy mildew resistance from lettuce to Lactuca serriola and its relevance for plant fitness

SummaryHybridization between plant species may cause ecological changes in species, enhancing their potential to become invasive. Increasing evidence suggests that the expanding distribution of Lactuca serriola could (partly) be caused by hybridization with its closest relative, the crop plant L. sativa (lettuce). Fitness advantages in hybrids may result from heterosis and epistasis but single added traits may enhance hybrid fitness as well. Here, we study the potential for introgression of an important crop trait, downy mildew (Bremia lactucae) resistance, into L. serriola hybrids. We monitored the abundance of B. lactucae on wild L. serriola in The Netherlands to test its impact potential. We found that B. lactucae is common in The Netherlands: B. lactucae occurred in 33 of the 35 surveyed populations of L. serriola. Subsequently, under regulated conditions, using two physiotypes of B. lactucae (BL-16 and BL-18), we recorded (i) quantitative conidiophore and (ii) haustoria development in seedlings. Furthermore, we explored its effects on plant fitness. Based on the (non-) occurrence of conidiophores, genomic segments from L. sativa that include Bremia resistance are present and expressing in these hybrids for at least two hybrid generations. However, haustoria density was lower in all hybrids, irrespective of physiotype or siring cultivar. We attributed this to heterosis. Furthermore, all plants shed infected leaves, but we observed no effects of infection on reproductive fitness. We therefore suggest that when L. serriola gains resistance to B. lactucae, the fitness effects are low. The hypothesis that the gain of B. lactucae resistance is causally related to the recent spread of L. serriola has become less likely. If hybridization is connected to this at all, it seems through heterosis. We conclude that it is important to study fitness impacts of introgressed traits along with other ecological factors.

ZusammenfassungDie Hybridisierung zwischen Pflanzenarten kann ökologische Veränderungen der Arten verursachen, die ihr Potenzial invasiv zu werden vergrößern. Zunehmende Hinweise lassen vermuten, dass die expandierende Verbreitung von Lactuca serriola (teilweise) durch die Hybridisierung mit dem nächsten Verwandten, L. sativa (Kopfsalat), verursacht sein könnte. Die Fitness-Vorteile der Hybriden kann das Ergebnis von Heterosis oder Epistasis sein, aber es könnten auch einzelne zusätzliche Merkmale die Hybridenfitness erhöhen. An dieser Stelle untersuchen wir das Potenzial für die Introgression eines wichtigen Feldfruchtmerkmals, der Resistenz gegen Mehltau (Bremia lactucae), in die L. serriola Hybriden. Wir erfassten die Abundanz von B. lactucae auf wildem L. serriola in den Niederlanden um das Einflusspotenzial zu testen. Wir fanden, dass B. lactucae in den Niederlanden weitverbreitet ist: B. lactucae kam in 33 von 35 untersuchten Populationen von L. serriola vor. Anschließend erfassten wir unter Verwendung von zwei Physiotypen von B. lactucae (BL-16 und BL-18) unter kontrollierten Bedingungen (i) quantitativ die Conidiophoren und (ii) die Entwicklung von Haustorien bei Setzlingen. Darüber hinaus untersuchten wir die Effekte auf die Pflanzenfitness. Basierend auf dem (fehlenden) Vorkommen von Conidiophoren waren in diesen Hybriden seid mindestens zwei Hybridengenerationen genetische Segmente von L. sativa vorhanden und exprimiert, die Bremia Resistenz einschließen. Die Haustoriendichte war jedoch bei allen Hybriden geringer, unabhängig von Physiotyp oder Herkunftssorte. Wir führten dies auf Heterosis zurück. Darüber hinaus verloren alle infizierten Pflanzen Blätter, aber wir konnten keinen Effekt der Infektion auf die Fitness feststellen. Deshalb schlossen wir daraus, dass, wenn L. serriola die Resistenz gegen B. lactucae erhält, die Fitnesseffekte gering sind. Die Hypothese, dass der Erwerb einer B. lactucae. Resistenz ursächlich mit der derzeitigen Ausbreitung von L. serriola in Beziehung steht, ist damit unwahrscheinlicher geworden. Wenn die Hybridisierung überhaupt mit all diesem verbunden ist, dann über Heterosiseffekte. Wir schließen daraus, dass es wichtig ist, die Wirkung von introgressierten Merkmalen auf die Fitness zusammen mit anderen ökologischen Faktoren zu untersuchen.