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Photosynthesis and Leaf Structure in Domesticated Cassava (Euphorbiaceae) and a Close Wild Relative: Have Leaf Photosynthetic Parameters Evolved Under Domestication?

Authors

  • Benoît Pujol,

    Corresponding author
    1. Department of Population Biology, CEFE UMR 5175/CNRS, 1919, route de Mende, 34293 Montpellier Cedex 5, France
    2. Department of Plant Sciences, University of Oxford, South Parks Road, Oxford, OX1 3RB, UK
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  • Jean-Louis Salager,

    1. Department of Ecosystem Functioning, CEFE UMR 5175/CNRS, 1919, route de Mende, 34293 Montpellier Cedex 5, France
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  • Michèle Beltran,

    1. Department of Population Biology, CEFE UMR 5175/CNRS, 1919, route de Mende, 34293 Montpellier Cedex 5, France
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  • Sandie Bousquet,

    1. Laboratory of Biogeochemistry and Ecology of Continental Environments, UMR 7618, Ecole Normale Supérieure, 46, rue d'Ulm, 75230 Paris Cedex 05, France
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  • Doyle McKey

    1. Department of Population Biology, CEFE UMR 5175/CNRS, 1919, route de Mende, 34293 Montpellier Cedex 5, France
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5 Corresponding author; e-mail: benoit.pujol@plants.ox.ac.uk

ABSTRACT

Broad patterns across wild plant species show that leaf composition and morphology vary predictably among habitats, richer habitats favoring resource-acquisition strategies and poorer habitats favoring resource-conservation strategies. Domestication is often accompanied by a shift to richer habitats, and might thus be expected to lead to a shift in leaf composition and morphology and hence in photosynthetic parameters. We compared leaf photosynthetic parameters in domesticated cassava (Manihot esculenta) and a close wild relative, using greenhouse-grown plants. In domesticated cassava, CO2 exchange rate expressed per unit mass and specific leaf area (SLA, m2/kg dry mass) were greater than in the wild relative, whereas leaf dry matter content (LDMC, dry mass/fresh mass) was lower in the domesticate. These results suggest that SLA and net photosynthetic rates may both have increased in the evolution of cassava under domestication, enabling more rapid growth in relatively resource-rich and protected agricultural habitats. Previous comparisons of photosynthetic rates in domesticated plants and wild relatives have usually considered only leaf area-based measures. Here, we discuss the interest of using mass-based rates to study the evolution of ecological strategies under domestication.

RÉSUMÉ

Il est commun chez les plantes sauvages d'observer que la composition et la morphologie des feuilles varient de façon prédictible entre différents environnements, les habitats riches favorisent l'adoption d'une stratégie d'acquisition de ressources alors que les habitats pauvres favorisent une stratégie de conservation des ressources. La domestication s'accompagne souvent par une transition vers un habitat plus riche, et devrait donc entraîner des changements dans la composition et la morphologie des feuilles, et donc dans les paramètres photosynthétiques. Nous avons comparé la composition des feuilles et un ensemble de traits photosynthétiques entre le manioc domestiqué (Manihot esculenta) et un proche parent sauvage, en utilisant des plantes cultivées en serre. Pour le manioc domestiqué, le taux d’échange de CO2 exprimé par unité de masse et la surface spécifique foliaire (SLA) étaient plus élevés que chez son apparenté sauvage, alors que la teneur en matière sèche des feuilles (LDMC) était inférieure chez le domestiqué. Ces résultats chez le manioc suggèrent que le SLA et le taux net de photosynthèse pourraient bien avoir augmenté lors de l’évolution des plantes sous pression de domestication, permettant une croissance plus rapide dans l'habitat agricole plus riche en ressources et protégé. Les comparaisons précédentes entre taux de photosynthèse des espèces domestiquées et de leurs apparentés sauvages ont généralement considérés des mesures basées sur unités d'aire. Ici, nous discutons de l'intérêt d'utiliser des mesures basées sur unités de masse pour étudier l’évolution de la stratégie écologique sous pression de domestication.

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