Macro-Climatic Distribution Limits Show Both Niche Expansion and Niche Specialization among C4 Panicoids
Creators
- 1. Instituto de Botanica Darwinion
- 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 3. University of Buenos Aires
- 4. Instituto de Agrobiotecnología del Litoral
Description
Grasses are ancestrally tropical understory species whose current dominance in warm open habitats is linked to the evolution of C4 photosynthesis. C4 grasses maintain high rates of photosynthesis in warm and water stressed environments, and the syndrome is considered to induce niche shifts into these habitats while adaptation to cold ones may be compromised. Global biogeographic analyses of C4 grasses have, however, concentrated on diversity patterns, while paying little attention to distributional limits. Using phylogenetic contrast analyses, we compared macro-climatic distribution limits among ~1300 grasses from the subfamily Panicoideae, which includes 4/5 of the known photosynthetic transitions in grasses. We explored whether evolution of C4 photosynthesis correlates with niche expansions, niche changes, or stasis at subfamily level and within the two tribes Paniceae and Paspaleae. We compared the climatic extremes of growing season temperatures, aridity, and mean temperatures of the coldest months. We found support for all the known biogeographic distribution patterns of C4 species, these patterns were, however, formed both by niche expansion and niche changes. The only ubiquitous response to a change in the photosynthetic pathway within Panicoideae was a niche expansion of the C4 species into regions with higher growing season temperatures, but without a withdrawal from the inherited climate niche. Other patterns varied among the tribes, as macro-climatic niche evolution in the American tribe Paspaleae differed from the pattern supported in the globally distributed tribe Paniceae and at family level.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
الأعشاب هي أنواع استوائية أسلافية تحت الأرض ترتبط هيمنتها الحالية في الموائل المفتوحة الدافئة بتطور التمثيل الضوئي C4. تحافظ أعشاب C4 على معدلات عالية من التمثيل الضوئي في البيئات الدافئة والمجهدة بالماء، وتعتبر المتلازمة محفزًا للتحولات المتخصصة في هذه الموائل بينما قد يتأثر التكيف مع البيئات الباردة. ومع ذلك، ركزت التحليلات الجغرافية الحيوية العالمية لأعشاب C4 على أنماط التنوع، مع إيلاء القليل من الاهتمام لحدود التوزيع. باستخدام تحليلات التباين الوراثي، قارنا حدود التوزيع المناخي الكلي بين حوالي1300 عشب من الفصيلة الفرعية Panicoideae، والتي تتضمن 4/5 من التحولات التركيبية الضوئية المعروفة في الأعشاب. استكشفنا ما إذا كان تطور التمثيل الضوئي C4 يرتبط بالتوسعات المتخصصة أو التغيرات المتخصصة أو الركود على مستوى ما تحت العائلة وداخل القبيلتين Paniceae و Paspaleae. قارنا الظواهر المناخية المتطرفة لدرجات حرارة موسم النمو والجفاف ومتوسط درجات الحرارة في الأشهر الأكثر برودة. لقد وجدنا دعمًا لجميع أنماط التوزيع الجغرافي الحيوي المعروفة لأنواع C4، ومع ذلك، فقد تشكلت هذه الأنماط من خلال التوسع المتخصص والتغيرات المتخصصة. كانت الاستجابة الوحيدة في كل مكان للتغير في مسار التمثيل الضوئي داخل Panicoideae هي التوسع المتخصص لأنواع C4 في المناطق ذات درجات الحرارة المرتفعة في موسم النمو، ولكن دون الانسحاب من مكانة المناخ الموروثة. اختلفت الأنماط الأخرى بين القبائل، حيث اختلف تطور المناخ الكلي في قبيلة باسبالي الأمريكية عن النمط المدعوم في قبيلة بانيسي الموزعة عالميًا وعلى مستوى الأسرة.Translated Description (French)
Les graminées sont des espèces de sous-étage tropicales ancestrales dont la domination actuelle dans les habitats ouverts chauds est liée à l'évolution de la photosynthèse du C4. Les graminées C4 maintiennent des taux élevés de photosynthèse dans les environnements chauds et stressés par l'eau, et le syndrome est considéré comme induisant des déplacements de niche dans ces habitats alors que l'adaptation aux environnements froids peut être compromise. Les analyses biogéographiques mondiales des graminées C4 se sont toutefois concentrées sur les modèles de diversité, tout en accordant peu d'attention aux limites de distribution. En utilisant des analyses de contraste phylogénétiques, nous avons comparé les limites de distribution macro-climatique parmi ~1300 graminées de la sous-famille Panicoideae, qui comprend 4/5 des transitions photosynthétiques connues dans les graminées. Nous avons exploré si l'évolution de la photosynthèse C4 est corrélée avec l'expansion des niches, les changements de niches ou la stase au niveau de la sous-famille et au sein des deux tribus Paniceae et Paspaleae. Nous avons comparé les extrêmes climatiques des températures de la saison de croissance, de l'aridité et des températures moyennes des mois les plus froids. Nous avons trouvé un soutien pour tous les modèles de distribution biogéographique connus des espèces C4, ces modèles ont cependant été formés à la fois par l'expansion des niches et les changements de niches. La seule réponse omniprésente à un changement dans la voie photosynthétique au sein des Panicoideae a été une expansion de niche de l'espèce C4 dans des régions avec des températures de saison de croissance plus élevées, mais sans retrait de la niche climatique héritée. D'autres modèles variaient entre les tribus, car l'évolution de la niche macro-climatique dans la tribu américaine Paspaleae différait du modèle soutenu dans la tribu distribuée mondialement Paniceae et au niveau de la famille.Translated Description (Spanish)
Los pastos son especies de sotobosque ancestralmente tropicales cuyo dominio actual en hábitats abiertos cálidos está vinculado a la evolución de la fotosíntesis de C4. Los pastos C4 mantienen altas tasas de fotosíntesis en ambientes cálidos y estresados por el agua, y se considera que el síndrome induce cambios de nicho en estos hábitats, mientras que la adaptación a los fríos puede verse comprometida. Sin embargo, los análisis biogeográficos globales de los pastos C4 se han concentrado en los patrones de diversidad, prestando poca atención a los límites de distribución. Utilizando análisis de contraste filogenético, comparamos los límites de distribución macroclimática entre ~1300 pastos de la subfamilia Panicoideae, que incluye 4/5 de las transiciones fotosintéticas conocidas en los pastos. Exploramos si la evolución de la fotosíntesis de C4 se correlaciona con expansiones de nicho, cambios de nicho o estasis a nivel de subfamilia y dentro de las dos tribus Paniceae y Paspaleae. Comparamos los extremos climáticos de las temperaturas de la temporada de crecimiento, la aridez y las temperaturas medias de los meses más fríos. Encontramos apoyo para todos los patrones de distribución biogeográfica conocidos de las especies C4, sin embargo, estos patrones se formaron tanto por la expansión del nicho como por los cambios de nicho. La única respuesta ubicua a un cambio en la vía fotosintética dentro de Panicoideae fue una expansión de nicho de las especies C4 en regiones con temperaturas más altas en la temporada de crecimiento, pero sin una retirada del nicho climático heredado. Otros patrones variaron entre las tribus, ya que la evolución del nicho macroclimático en la tribu estadounidense Paspaleae difería del patrón apoyado en la tribu Paniceae distribuida globalmente y a nivel familiar.Files
journal.pone.0151075&type=printable.pdf
Files
(954.6 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:f5e5827055ef1c04e599b7edecfa08b3
|
954.6 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تُظهر حدود التوزيع المناخي الكلي كل من التوسع المتخصص والتخصص المتخصص بين أشباه الذعر C4
- Translated title (French)
- Les limites de distribution macro-climatique montrent à la fois l'expansion de niche et la spécialisation de niche parmi les panicoïdes C4
- Translated title (Spanish)
- Los límites de distribución macroclimática muestran tanto la expansión del nicho como la especialización del nicho entre los panicoides C4
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2295046237
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0151075
References
- https://openalex.org/W1696285795
- https://openalex.org/W1888540468
- https://openalex.org/W1963617394
- https://openalex.org/W1967045870
- https://openalex.org/W1967146432
- https://openalex.org/W1969042907
- https://openalex.org/W1972209934
- https://openalex.org/W1976576704
- https://openalex.org/W1976827596
- https://openalex.org/W1990221500
- https://openalex.org/W1993912940
- https://openalex.org/W2004339261
- https://openalex.org/W2004800037
- https://openalex.org/W2006182442
- https://openalex.org/W2015385415
- https://openalex.org/W2022255579
- https://openalex.org/W2028302194
- https://openalex.org/W2046774883
- https://openalex.org/W2049741317
- https://openalex.org/W2080485717
- https://openalex.org/W2085695104
- https://openalex.org/W2093826686
- https://openalex.org/W2101108516
- https://openalex.org/W2101880235
- https://openalex.org/W2105947757
- https://openalex.org/W2106517151
- https://openalex.org/W2107620525
- https://openalex.org/W2108240161
- https://openalex.org/W210863570
- https://openalex.org/W2110998468
- https://openalex.org/W2111628353
- https://openalex.org/W2112776483
- https://openalex.org/W2114525641
- https://openalex.org/W2117066938
- https://openalex.org/W2119362018
- https://openalex.org/W2126362545
- https://openalex.org/W2133784241
- https://openalex.org/W2137556525
- https://openalex.org/W2140206771
- https://openalex.org/W2141014188
- https://openalex.org/W2141574362
- https://openalex.org/W2141907331
- https://openalex.org/W2143659897
- https://openalex.org/W2145748620
- https://openalex.org/W2147243041
- https://openalex.org/W2148698435
- https://openalex.org/W2150116771
- https://openalex.org/W2151409320
- https://openalex.org/W2151516664
- https://openalex.org/W2151692850
- https://openalex.org/W2151882248
- https://openalex.org/W2152569798
- https://openalex.org/W2153246285
- https://openalex.org/W2154446751
- https://openalex.org/W2155357761
- https://openalex.org/W2163274973
- https://openalex.org/W2166686967
- https://openalex.org/W2169203236
- https://openalex.org/W2170777932
- https://openalex.org/W2172111785
- https://openalex.org/W2240405888
- https://openalex.org/W2304042182
- https://openalex.org/W2473020411
- https://openalex.org/W2494263218
- https://openalex.org/W2754854643
- https://openalex.org/W3023194800
- https://openalex.org/W4235294238
- https://openalex.org/W4399568367