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Variation in natural plant products and the attraction of bodyguards involved in indirect plant defense

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Abstract:

Plants can respond to feeding or egg deposition by herbivorous arthropods by changing the volatile blend that they emit. These herbivore-induced plant volatiles (HIPVs) can attract carnivorous natural enemies of the herbivores, such as parasitoids and predators, a phenomenon that is called indirect plant defense. The volatile blends of infested plants can be very complex, sometimes consisting of hundreds of compounds. Most HIPVs can be classified as terpenoids (e.g., (E)--ocimene, (E,E)-α-farnesene, (E)-4,8-dimethyl-1,3,7-nonatriene), green leaf volatiles (e.g., hexanal, (Z)-3-hexen-1-ol, (Z)-3-hexenyl acetate), phenylpropanoids (e.g., methyl salicylate, indole), and sulphur- or nitrogen-containing compounds (e.g., isothiocyanates or nitriles, respectively). One highly intriguing question has been which volatiles out of the complex blend are the most important ones for the carnivorous natural enemies to locate “suitable host plants. Here, we review the methods and techniques that have been used to elucidate the carnivore-attracting compounds. Electrophysiological methods such as electroantennography have been used with parasitoids to elucidate which compounds can be perceived by the antennae. Different types of elicitors and inhibitors have widely been applied to manipulate plant volatile blends. Furthermore, transgenic plants that were genetically modified in specific steps in one of the signal transduction pathways or biosynthetic routes have been used to find steps in HIPV emission crucial for indirect plant defense. Furthermore, we provide an overview on biotic and abiotic factors that influence the emission of HIPVs and how this can affect the interactions between members of different trophic levels. Consequently, we review the progress that has been made in this exciting research field during the past 30 years since the first studies on HIPVs emerged and we highlight important issues to be addressed in the future.

Les plantes peuvent réagir à l’alimentation ou la ponte d’œufs par les arthropodes herbivores en modifiant le mélange de composés volatils qu’elles émettent. Ces composés volatils induits par les herbivores chez les plantes (HIPV) peuvent attirer des carnivores ennemis naturels des herbivores, tels que des parasitoïdes et des prédateurs, un phénomène connu sous le nom de défense indirecte des plantes. Le mélange de composés volatils des plantes infestées peut être très complexe, comprenant quelquefois des centaines de produits. La plupart des HIPV peuvent se classifier en terpénoïdes (par ex., (E)--ocimène, (E,E)-α-farnésène, (E)-4,8-diméthyl-1,3,7-nonatriène), en composés volatils des feuilles vertes (par ex., hexanal, (Z)-3-hexén-1-ol, acétate de (Z)-3-hexényle), en phénylpropanoïdes (par ex., salicylate de méthyle, indole) et en composés contenant du soufre ou de l’azote (par ex., les isothyocyanates ou les nitriles, respectivement). Une question particulièrement intrigante est de savoir lesquels des composés volatils du mélange complexe sont les plus importants pour permettre aux ennemis naturels carnivores de trouver les plantes hôtes convenables. Nous passons en revue les méthodes et les techniques utilisées pour mettre en évidence les composés qui attirent les carnivores. Les méthodes électrophysiologiques, comme l’électroantennographie, servent chez les parasitoïdes à déceler les composés perceptibles par les antennes. Divers types d’éliciteurs et d’inhibiteurs sont couramment utilisés pour manipuler les mélanges de composés volatils de plantes. De plus, des plantes transgéniques modifiées génétiquement à des étapes spécifiques de l’une des voies de transduction des signaux ou des voies de biosynthèse permettent de découvrir les étapes dans l’émission des HIPV essentielles pour la défense indirecte des plantes. Nous présentons aussi une revue synthétique des facteurs biotiques et abiotiques qui influencent les émissions de HIPV; nous examinons comment cela peut affecter les interactions entre les membres de différents niveaux trophiques. En définitive, nous passons en revue les progrès accomplis dans cet excitant champ de recherche au cours des 30 dernières années depuis les premières études sur les HIPV et nous soulignons les questions importantes à étudier dans l’avenir.

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2010

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