Appendix 7: List of species with their distribution ranges restricted to the corresponding phytogeographical region

Understanding species distribution patterns and the corresponding environmental determinants is a crucial step in the development of effective strategies for the conservation and management of plant communities and ecosystems. Therefore, a central prerequisite is the biogeographical and macroecological analysis of factors and processes that determine contemporary, potential, as well as future geographic distribution of species. This thesis has been conducted in the framework of the BIOMAPS-BIOTA project at the Nees Institute of Biodiversity of Plants, which was funded by the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF). The study investigated patterns of plants species richness and phytogeographic regions under contemporary environmental conditions and forecasted future climate change in the area of West Africa covering five countries: Benin, Burkina Faso, Côte d'Ivoire, Ghana and Togo. Firstly, geographic patterns of vascular plant species richness have been depicted at a relatively fine spatial resolution based on the potential distribution of 3,393 species. Species richness is closely related to the steep climatic gradient existing in the region with a high concentration of species in the most humid areas in the south and decreases towards the northern drier areas. The investigation of the effectiveness of the existing network of protected areas shows an overall good coverage of species in the study area. However, the proportion of covered species is considerably lower at national extent for some countries, thus calling for more protected areas in order to cover adequately a maximum number of plants species in these countries. Secondly, based on the potential distribution range of vascular plant species, seven phytogeographic regions have been delineated that broadly reflect the vegetation zones as defined by White (1983). However notable differences to the delineation of White (1983) occur at the margins of some regions. Corresponding to a general southward shifted of all regions. And expansion of the Sahel vegetation zone is observed in the north, while the rainforest zone is decreased in the very south.This is alarming since the rainforest shelters a high number of species and a high proportion of range-restricted or endemic species, despite their relatively small extent compared to the other regions. Finally, the evaluation of the potential impact of climate change on plant species richness in the study area, results in a severe loss of future suitable habitat for up to 50% of species per grid cell, particularly in the rainforest region. Moreover, the analysis of the possible shift of phytogeographic regions shows in general a strong deterioration of the West African rainforest. In contrast the drier areas are expanding continuously, although a slight gain in species number can be observed in some particular regions. The overall lesson to retain from the results of this study is that the West African rainforest should be fixed as a high priority area for the conservation of biodiversity of plants, since it is subject to severe contemporary and projected future threats.

On the spatial distribution of woody plant species in a tropical montane cloud forest

Abstract The cloud forest is a special type of forest ecosystem that depends on suitable conditions of humidity and temperature to exist; hence, it is a very fragile ecosystem. The cloud forest is also one of the richest ecosystems in terms of species diversity and rate of endemism. However, today, it is one of the most threatened ecosystems in the world. Little is known about tree species distribution and coexistence among cloud forest trees. Trees are essential to understanding ecosystem functioning and maintenance because they support the ecosystem in important ways. For this dissertation, an analysis of woody plant species distribution at a small scale in a north-Peruvian Andean cloud forest was performed, and some of the factors implicated in the observed patterns were identified. Towards that end, different natural factors acting on species distribution within the forest were investigated: (i) intra-specific arrangements, (ii) heterospecific spatial relationships and (iii) relationships with external environmental factors. These analyses were conducted first on standing woody plants and then on seedlings. The woody plants were found to be clumped in the forest, either considering all the species together or each species separately. However, each species presented a specific pattern and specific spatial relationship among different-age individuals. Dispersal mode, growth form and shade tolerance played roles in the final distribution of the species. Furthermore, spatial associations among species, either positive or negative, were observed. These associations were more numerous when considering individuals of the interacting species at different developmental stages, i.e., younger individuals from one species and older individuals from another. Accordingly, competition and facilitation are asymmetric processes and vary throughout the life of an individual. Moreover, some species appear to prefer certain habitat conditions and avoid other habitats. The habitat definition that best explains species distribution is that which includes both environmental and stand characteristics; thus, a combination of these factors is necessary to understanding species' niche preferences. Seedling distribution was also associated with habitat conditions, but these conditions explained less than the 30% of the spatial variation. The position of conspecific adult individuals also affected seedling distribution; although the seedlings of many tree species avoid the vicinity of conspecifics, a few species appeared to prefer the formation of cohorts around their parent trees. The importance of habitat conditions and distance dependence with conspecifics varied among regions within the forest as well as on the developmental stage of the stand. The results from this thesis suggest that different species can coexist within a given space, forming a “puzzle” of species as a result of the intra- and interspecific spatial relationships along with niche preferences and adaptations that operate at different scales. These factors not only affect each species in a different way, but specific preferences also vary throughout species' lifespans. Resumen Resumen El bosque de niebla es uno de los ecosistemas más amenazados del mundo además de ser uno de los más frágiles. Son formaciones azonales que dependen de la existencia de unas condiciones de humedad y temperatura que permitan la formación de nubes que cubran el bosque; lo que dificulta en gran medida su conservación. También es uno de los ecosistemas con mayor riqueza de especies además de tener uno de los mayores porcentajes de endemismos. Uno de los aspectos más importantes para entender el ecosistema, es identificar y entender los elementos que lo componen y los mecanismos que regulan las relaciones entre ellos. Los árboles son el soporte del ecosistema. Sin embargo, apenas hay información sobre la distribución y coexistencia de los árboles en los bosques de niebla. Esta tesis presenta un análisis de la distribución a pequeña escala de las plantas leñosas en un bosque de niebla situado en la cordillera andina del norte de Perú; así como el análisis de algunos de los factores que pueden estar implicados en que se origine la distribución observada. Para este propósito se estudia cómo influyen factores de diferente naturaleza en la distribución de las especies (i) organización intra-específica (ii) relaciones espaciales heterospecíficas y (iii) relación con factores ambientales externos. En estos análisis se estudiaron primero las plantas jóvenes y las adultas, y después las plántulas. Los árboles aparecieron agregados en el bosque, tanto considerando todos a la vez como cuando se estudió cada especie por separado. Sin embargo, cada especie mostró un patrón distinto así como una particular relación espacial entre individuos jóvenes y adultos. El modo de dispersión, la forma de vida y la tolerancia de la especies estuvieron relacionados con el patrón general observado. Se vio también que ciertas especies aparecían relacionadas con otras, tanto de forma positiva (compartiendo zonas) como negativa (apareciendo en áreas distintas). Las asociaciones fueron mucho más numerosas cuando se consideraron los pares de especies en diferente estado de desarrollo, es decir, individuos jóvenes de una especie e individuos mayores de la otra. Eso indicaría que los procesos de competencia y facilitación son asimétricos y además varían durante la vida de la planta. Por otro lado, algunas especies aparecen preferentemente bajo ciertas condiciones de hábitat y evitan otras. La definición de hábitat a la que mejor responden las especies es cuando se incluyen tanto variables ambientales como de masa; así que ambos tipos de variables son necesarias para entender la preferencia de las especies por ciertos nichos. La distribución de las plántulas también estuvo relacionada con condiciones de hábitat, pero eso sólo llegaba a explicar hasta un 30% de la variabilidad espacial. La posición de los adultos de la misma especie también afectó a la distribución de las plántulas. En bastantes especies las plántulas evitan la cercanía de adultos de su misma especie, padres potenciales, aunque algunas especies aisladas mostraron el patrón contrario y aparecieron preferentemente en las mismas áreas que sus padres. La importancia de las condiciones de hábitat y posición de los adultos en la disposición de las plántulas varía de una zona a otra del bosque y además también varía según el estado de desarrollo de la masa.

Drought and grazing combined: Contrasting shifts in plant interactions at species pair and community level

The combined effects of drought stress and grazing pressure on shaping plant–plant interactions are still poorly understood, while this combination is common in arid ecosystems. In this study we assessed the relative effect of grazing pressure and slope aspect (drought stress) on vegetation cover and soil functioning in semi-arid Mediterranean grassland–shrublands in southeastern Spain. Moreover, we linked these two stress factors to plant co-occurrence patterns at species-pair and community levels, by performing C-score analyses. Vegetation cover and soil functioning decreased with higher grazing pressure and more south-facing (drier) slopes. At the community level, plants at south-facing slopes were negatively associated at no grazing but positively associated at low grazing pressure and randomly associated at high grazing pressure. At north-facing slopes, grazing did not result in a shift in the direction of the association. In contrast, analysis of pairwise species co-occurrence patterns showed that the dominant species Stipa tenacissima and Anthyllis cytisoides shifted from excluding each other to co-occurring with increasing grazing pressure at north-facing slopes. Our findings highlight that for improved understanding of plant interactions along stress gradients, interactions between species pairs and interactions at the community level should be assessed, as these may reveal contrasting results.

Saproxylic Beetle Assemblage Selection as Determining Factor of Species Distributional Patterns: Implications for Conservation

The knowledge of the distributional patterns of saproxylic beetles is essential for conservation biology due to the relevance of this fauna in the maintenance of ecological processes and the endangerment of species. The complex community of saproxylic beetles is shaped by different assemblages that are composed of species linked by the microhabitats they use. We evaluate how different the species distribution patterns that are obtained can be, depending on the analyzed assemblage and to what extent these can affect conservation decisions. Beetles were sampled using hollow emergence and window traps in three protected areas of the Iberian Peninsula. Species richness, composition, and diversity turnover were analyzed for each sampling method and showed high variation depending on the analyzed assemblage. Beta diversity was clearly higher among forests for the assemblage captured using window traps. This method collects flying insects from different tree microhabitats and its captures are influenced by the forest structuring. Within forests, the assemblages captured by hollow emergence traps, which collect the fauna linked to tree hollows, showed the largest turnover of species, as they are influenced by the characteristics of each cavity. Moreover, the selection of the forest showing the highest species richness strongly depended on the studied assemblage. This study demonstrates that differences in the studied assemblages (group of species co-occurring in the same habitat) can also lead to significant differences in the identified patterns of species distribution and diversity turnover. This fact will be necessary to take into consideration when making decisions about conservation and management.

La face cachée de la dune : communautés fongiques du sol: dynamique, succession et interactions avec la végétation d’un écosystème dunaire côtier aux Îles de la Madeleine, Qc

Les écosystèmes dunaires remplissent plusieurs fonctions écologiques essentielles comme celle de protéger le littoral grâce à leur capacité d’amortissement face aux vents et vagues des tempêtes. Les dunes jouent aussi un rôle dans la filtration de l’eau, la recharge de la nappe phréatique, le maintien de la biodiversité, en plus de présenter un attrait culturel, récréatif et touristique. Les milieux dunaires sont très dynamiques et incluent plusieurs stades de succession végétale, passant de la plage de sable nu à la dune bordière stabilisée par l’ammophile à ligule courte, laquelle permet aussi l’établissement d’autres herbacées, d’arbustes et, éventuellement, d’arbres. Or, la survie de ces végétaux est intimement liée aux microorganismes du sol. Les champignons du sol interagissent intimement avec les racines des plantes, modifient la structure des sols, et contribuent à la décomposition de la matière organique et à la disponibilité des nutriments. Ils sont donc des acteurs clés de l’écologie des sols et contribuent à la stabilisation des dunes. Malgré cela, la diversité et la structure des communautés fongiques, ainsi que les mécanismes influençant leur dynamique écologique, demeurent relativement méconnus. Le travail présenté dans cette thèse explore la diversité des communautés fongiques à travers le gradient de succession et de conditions édaphiques d’un écosystème dunaire côtier afin d’améliorer la compréhension de la dynamique des sols en milieux dunaires. Une vaste collecte de données sur le terrain a été réalisée sur une plaine de dunes reliques se trouvant aux Îles de la Madeleine, Qc. J’ai échantillonné plus de 80 sites répartis sur l’ensemble de ce système dunaire et caractérisé les champignons du sol grâce au séquençage à haut débit. Dans un premier temps, j’ai dressé un portait d’ensemble des communautés fongiques du sol à travers les différentes zones des dunes. En plus d’une description taxonomique, les modes de vie fongiques ont été prédits afin de mieux comprendre comment les variations au niveau des communautés de champignons du sol peuvent se traduire en changements fonctionnels. J’ai observé un niveau de diversité fongique élevé (plus de 3400 unités taxonomiques opérationnelles au total) et des communautés taxonomiquement et fonctionnellement distinctes à travers un gradient de succession et de conditions édaphiques. Ces résultats ont aussi indiqué que toutes les zones des dunes, incluant la zone pionière, supportent des communautés fongiques diversifiées. Ensuite, le lien entre les communautés végétales et fongiques a été étudié à travers l’ensemble de la séquence dunaire. Ces résultats ont montré une augmentation claire de la richesse spécifique végétale, ainsi qu’une augmentation de la diversité des stratégies d’acquisition de nutriments (traits souterrains lié à la nutrition des plantes, soit mycorhizien à arbuscule, ectomycorhizien, mycorhizien éricoide, fixateur d’azote ou non spécialisé). J’ai aussi pu établir une forte corrélation entre les champignons du sol et la végétation, qui semblent tous deux réagir de façon similaire aux conditions physicochimiques du sol. Le pH du sol influençait fortement les communautés végétales et fongiques. Le lien observé entre les communautés végétales et fongiques met l’emphase sur l’importance des interactions biotiques positives au fil de la succession dans les environnements pauvres en nutriments. Finalement, j’ai comparé les communautés de champignons ectomycorhiziens associées aux principales espèces arborescentes dans les forêts dunaires. J’ai observé une richesse importante, avec un total de 200 unités taxonomiques opérationnelles ectomycorhiziennes, appartenant principalement aux Agaricomycètes. Une analyse de réseaux n’a pas permis de détecter de modules (c'est-à-dire des sous-groupes d’espèces en interaction), ce qui indique un faible niveau de spécificité des associations ectomycorhiziennes. De plus, je n’ai pas observé de différences en termes de richesse ou de structure des communautés entre les quatre espèces hôtes. En conclusion, j’ai pu observer à travers la succession dunaire des communautés diversifiées et des structures distinctes selon la zone de la dune, tant chez les champignons que chez les plantes. La succession semble toutefois moins marquée au niveau des communautés fongiques, par rapport aux patrons observés chez les plantes. Ces résultats ont alimenté une réflexion sur le potentiel et les perspectives, mais aussi sur les limitations des approches reposant sur le séquençage à haut-débit en écologie microbienne.

Salicaceae Endophytes: Growth Promotion Potential in Rice (Oryza sativa L.) and Maize (Zea mays L.) and Bio-Control of Plant Pathogen

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

High diversity of skin-associated bacterial communities of marine fishes is promoted by their high variability among body parts, individuals and species

Animal-associated microbiotas form complex communities, which are suspected to play crucial functions for their host fitness. However, the biodiversity of these communities, including their differences between host species and individuals, has been scarcely studied, especially in case of skin-associated communities. In addition, the intraindividual variability (i.e. between body parts) has never been assessed to date. The objective of this study was to characterize skin bacterial communities of two teleostean fish species, namely the European seabass (Dicentrarchus labrax) and gilthead seabream (Sparus aurata), using a high-throughput DNA sequencing method. In order to focus on intrinsic factors of host-associated bacterial community variability, individuals of the two species were raised in controlled conditions. Bacterial diversity was assessed using a set of four complementary indices, describing the taxonomic and phylogenetic facets of biodiversity and their respective composition (based on presence/absence data) and structure (based on species relative abundances) components. Variability of bacterial diversity was quantified at the interspecific, interindividual and intraindividual scales. We demonstrated that fish surfaces host highly diverse bacterial communities, whose composition was very different from that of surrounding bacterioplankton. This high total biodiversity of skin-associated communities was supported by the important variability, between host species, individuals and the different body parts (dorsal, anal, pectoral and caudal fins).

Analyses of the community compositions of root rot pathogenic fungi in the soybean rhizosphere soil

Soybean ( Glycine max [L.] Merr.) root rot is an important disease of soybean under continuous cropping, and root rot is widely distributed throughout the world. This disease is extremely harmful, and it is difficult to prevent and control. The study aimed to elucidate the composition of root rot pathogenic fungal communities in the continuous cropping of soybean. In this study, we employed PCRDGGE technology to analyze the communities of root rot pathogenic fungi in soybean rhizosphere soil subjected to continuous cropping during a season with a high incidence of root rot in Heilongjiang province, China, the main soybean producing area in China. The results of 13 DGGE bands were analyzed by phylogenetic revealed that the predominant root rot pathogenic fungi in rhizosphere soil in the test area were Pythium ultimum and Fusarium species. The results of cluster analysis showed that the duration of continuous cropping, the soybean variety and the plant growth stage all had significant effects on the diversity of root rot pathogenic fungi in rhizosphere soil.

La face cachée de la dune : communautés fongiques du sol: dynamique, succession et interactions avec la végétation d’un écosystème dunaire côtier aux Îles de la Madeleine, Qc

Les écosystèmes dunaires remplissent plusieurs fonctions écologiques essentielles comme celle de protéger le littoral grâce à leur capacité d’amortissement face aux vents et vagues des tempêtes. Les dunes jouent aussi un rôle dans la filtration de l’eau, la recharge de la nappe phréatique, le maintien de la biodiversité, en plus de présenter un attrait culturel, récréatif et touristique. Les milieux dunaires sont très dynamiques et incluent plusieurs stades de succession végétale, passant de la plage de sable nu à la dune bordière stabilisée par l’ammophile à ligule courte, laquelle permet aussi l’établissement d’autres herbacées, d’arbustes et, éventuellement, d’arbres. Or, la survie de ces végétaux est intimement liée aux microorganismes du sol. Les champignons du sol interagissent intimement avec les racines des plantes, modifient la structure des sols, et contribuent à la décomposition de la matière organique et à la disponibilité des nutriments. Ils sont donc des acteurs clés de l’écologie des sols et contribuent à la stabilisation des dunes. Malgré cela, la diversité et la structure des communautés fongiques, ainsi que les mécanismes influençant leur dynamique écologique, demeurent relativement méconnus. Le travail présenté dans cette thèse explore la diversité des communautés fongiques à travers le gradient de succession et de conditions édaphiques d’un écosystème dunaire côtier afin d’améliorer la compréhension de la dynamique des sols en milieux dunaires. Une vaste collecte de données sur le terrain a été réalisée sur une plaine de dunes reliques se trouvant aux Îles de la Madeleine, Qc. J’ai échantillonné plus de 80 sites répartis sur l’ensemble de ce système dunaire et caractérisé les champignons du sol grâce au séquençage à haut débit. Dans un premier temps, j’ai dressé un portait d’ensemble des communautés fongiques du sol à travers les différentes zones des dunes. En plus d’une description taxonomique, les modes de vie fongiques ont été prédits afin de mieux comprendre comment les variations au niveau des communautés de champignons du sol peuvent se traduire en changements fonctionnels. J’ai observé un niveau de diversité fongique élevé (plus de 3400 unités taxonomiques opérationnelles au total) et des communautés taxonomiquement et fonctionnellement distinctes à travers un gradient de succession et de conditions édaphiques. Ces résultats ont aussi indiqué que toutes les zones des dunes, incluant la zone pionière, supportent des communautés fongiques diversifiées. Ensuite, le lien entre les communautés végétales et fongiques a été étudié à travers l’ensemble de la séquence dunaire. Ces résultats ont montré une augmentation claire de la richesse spécifique végétale, ainsi qu’une augmentation de la diversité des stratégies d’acquisition de nutriments (traits souterrains lié à la nutrition des plantes, soit mycorhizien à arbuscule, ectomycorhizien, mycorhizien éricoide, fixateur d’azote ou non spécialisé). J’ai aussi pu établir une forte corrélation entre les champignons du sol et la végétation, qui semblent tous deux réagir de façon similaire aux conditions physicochimiques du sol. Le pH du sol influençait fortement les communautés végétales et fongiques. Le lien observé entre les communautés végétales et fongiques met l’emphase sur l’importance des interactions biotiques positives au fil de la succession dans les environnements pauvres en nutriments. Finalement, j’ai comparé les communautés de champignons ectomycorhiziens associées aux principales espèces arborescentes dans les forêts dunaires. J’ai observé une richesse importante, avec un total de 200 unités taxonomiques opérationnelles ectomycorhiziennes, appartenant principalement aux Agaricomycètes. Une analyse de réseaux n’a pas permis de détecter de modules (c'est-à-dire des sous-groupes d’espèces en interaction), ce qui indique un faible niveau de spécificité des associations ectomycorhiziennes. De plus, je n’ai pas observé de différences en termes de richesse ou de structure des communautés entre les quatre espèces hôtes. En conclusion, j’ai pu observer à travers la succession dunaire des communautés diversifiées et des structures distinctes selon la zone de la dune, tant chez les champignons que chez les plantes. La succession semble toutefois moins marquée au niveau des communautés fongiques, par rapport aux patrons observés chez les plantes. Ces résultats ont alimenté une réflexion sur le potentiel et les perspectives, mais aussi sur les limitations des approches reposant sur le séquençage à haut-débit en écologie microbienne.

Plant Genes Related to Gibberellin Biosynthesis and Signaling Are Differentially Regulated during the Early Stages of AM Fungal Interactions

Dear Editor, Phytohormones are essential regulators of plant development, but their role in the signaling processes between plants and fungi during arbuscular mycorrhizal (AM) establishment is far from being understood (Ludwig-Müller, 2010). AM colonization leads to extensive effects on host metabolism, as revealed by transcriptome studies of AM plants (Hogekamp et al., 2011). Some genes have been specified as an AM core set, since they are mycorrhizal-responsive, irrespective of the identity of the plant, of the fungus, and of the investigated organ. These data support the idea that, on colonization, plants activate a wide reprogramming of their major regulatory networks and argue that mobile factors of fungal or plant origin are involved in such generalized metabolic changes. In this context, hormones may be good candidates (Bonfante and Genre, 2010). However, the emerging picture of the interaction between phytohormones and AMs is very patchy, and information on gibberellin (GA) involvement is still more limited (García-Garrido et al., 2010). The role of GA during nodulation is instead known to control the nodulation signaling pathway (Ferguson et al., 2011).

Oviposition by a moth suppresses constitutive and herbivore-induced plant volatiles in maize

Plant volatiles function as important signals for herbivores, parasitoids, predators, and neighboring plants. Herbivore attack can dramatically increase plant volatile emissions in many species. However, plants do not only react to herbivore-inflicted damage, but also already start adjusting their metabolism upon egg deposition by insects. Several studies have found evidence that egg deposition itself can induce the release of volatiles, but little is known about the effects of oviposition on the volatiles released in response to subsequent herbivory. To study this we measured the effect of oviposition by Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae) moths on constitutive and herbivore-induced volatiles in maize (Zea mays L.). Results demonstrate that egg deposition reduces the constitutive emission of volatiles and suppresses the typical burst of inducible volatiles following mechanical damage and application of caterpillar regurgitant, a treatment that mimics herbivory. We discuss the possible mechanisms responsible for reducing the plant`s signaling capacity triggered by S. frugiperda oviposition and how suppression of volatile organic compounds can influence the interaction between the plant, the herbivore, and other organisms in its environment. Future studies should consider oviposition as a potential modulator of plant responses to insect herbivores.

Nutrient dynamics in Queensland savannas: Implications for the sustainability of land clearing for pasture production

Eucalyptus savannas on low nutrient soils are being extensively cleared in Queensland. In this paper we provide background information relevant to understanding nutrient (particularly nitrogen) dynamics in sub/tropical savanna, and review the available evidence relevant to understanding the potential impact of clearing Eucalyptus savanna on nutrient relations. The limited evidence presently available can be used to argue for the extreme positions that: (i) woody vegetation competes with grasses Cor resources. and tree/shrub clearing improves pasture production, (ii) woody vegetation benefits pasture production. At present, the lack of fundamental knowledge about Australian savanna nutrient relations makes accurate predictions about medium- and long-term effects of clearing on nutrient relations in low nutrient savannas difficult. The future of cleared savannas will differ if herbaceous species maintain all functions that woody vegetation has previously held, or if woody species have functions distinct from those of herbaceous vegetation. Research suggests that savanna soils are susceptible to nitrate leaching, and that trees improve the nutrient status of savanna soils in some situations. The nitrogen capital of cleared savanna is at risk if mobile ions are not captured efficiently by the vegetation. and nitrogen input via N-2 fixation from vegetation and microbiotic crusts is reduced. In order to predict clearing effects on savanna nutrient relations, research should be directed to answering (i) how open or closed nutrient cycles are in natural and cleared savanna, (ii) which functions are performed by savanna constituents such as woody and herbaceous vegetation, native and exotic plant species. termites, and microbiotic 7 crusts in relation to nutrient cycles. In the absence of detailed knowledge about savanna functioning, clearing carries the risk of promoting continuous nutrient depiction.

Evidence of long-term changes in the distribution of key intertidal species

World Congress of Malacology, Ponta Delgada, July 22-28, 2013.