Potential of Volatile Organic Compounds to Induce Defense in Forest Trees
Tomika Hagiwara / Kyushu University / Graduate School of Science / Japan / tomika.hagiwara@gmail.com
(Desplazar hacia abajo para ver el resumen en español)
Plants emit volatile organic compounds (VOCs) in response to herbivore and pathogen attack, which can trigger defense responses in neighboring plants – a phenomenon known as plant communication. While this has been reported across species in herbaceous plants, it remains underexplored in trees. We found that Fagus crenata exhibits such behavior in natural forests. Although previous studies have focused on intraspecific communication, interspecific communication may also be present. Fagus spp., grow with many trees from different genera including Quercus and Acer. For example, Q. crispula (QC), A. japonicum (AJ), and A. sieboldianum (AS) coexist with Fagus, whereas, Q.serrata (QS) does not. Leaf expansion in Fagus occurs earlier than in Quercus, exposing oak buds and new leaves to VOCs. We hypothesized that tree species living with Fagus may exhibit induced defense responses triggered by VOCs whereas those that do not would not. To test this hypothesis, we conducted a manipulation experiment to quantify leaf damage by herbivores and pathogens at varying distances from the VOC source. Our results showed that leaf damage did not change with distance in QC, AJ, or AS, while QS, growing near the VOC source, exhibited significantly greater damage, indicating no defense response. While this study inferred defense responses from leaf damage measured in autumn, future research should incorporate chemical analyses, such as measuring the effect of insect-repelling compounds. Although intraspecific communication is not always detectable in natural forests, further investigation into interspecific communication is essential to advance empirical understanding.
Versión en español
Potencial de los compuestos orgánicos volátiles para inducir defensa en árboles forestales
Tomika Hagiwara / Universidad de Kyushu / Escuela de Posgrado en Ciencias / Japón / tomika.hagiwara@gmail.com
Las plantas emiten compuestos orgánicos volátiles (COVs) en respuesta al ataque de herbívoros o patógenos, los cuales pueden activar respuestas de defensa en plantas vecinas, en un fenómeno conocido como comunicación vegetal. Aunque este fenómeno ha sido ampliamente documentado en plantas herbáceas, sigue siendo poco explorado en árboles. Encontramos que Fagus crenata muestra este tipo de comportamiento en bosques naturales. Aunque los estudios previos se han centrado en la comunicación intraespecífica, también podría existir comunicación interespecífica. Las especies de Fagus crecen junto a muchos otros árboles de diferentes géneros, incluidos Quercus y Acer. Por ejemplo, Q. crispula (QC), A. japonicum (AJ) y A. sieboldianum (AS) coexisten con Fagus, mientras que Q. serrata (QS) no. La expansión foliar de Fagus ocurre antes que en Quercus, lo que expone las yemas y hojas nuevas de roble a los COVs. Hipotetizamos que las especies arbóreas que conviven con Fagus podrían mostrar respuestas de defensa inducidas por los COVs, mientras que aquellas que no coexisten con Fagus no lo harían. Para probar esta hipótesis, realizamos un experimento de manipulación para cuantificar el daño foliar causado por herbívoros y patógenos a diferentes distancias de la fuente de COVs. Nuestros resultados mostraron que el daño foliar no varió con la distancia en QC, AJ o AS, mientras que QS, al crecer cerca de la fuente de COVs, presentó un daño significativamente mayor, lo cual indica ausencia de respuesta defensiva. Aunque este estudio infirió respuestas de defensa a partir del daño foliar medido en otoño, futuras investigaciones deberían incorporar análisis químicos, como la medición de compuestos con efecto repelente para insectos. Aunque la comunicación intraespecífica no siempre es detectable en bosques naturales, es esencial seguir explorando la comunicación interespecífica para avanzar en la comprensión empírica del fenómeno.
