Abstract The mathematical theory describing small assemblages of interacting species (community modules or motifs) has proved to be essential in understanding the emergent properties of ecological communities. These models use differential equations to study pairwise interactions between species. However, as community modules become more complex, it is not certain that all potential interactions will be effectively realized. Here, we use community modules to experimentally explore whether the number of trophic links among species scales with community complexity (i.e., by adding species known to feed on each other from pair-wise trials). To investigate this question, we used a simple mite community present in avocado orchards ( Persea americana ), composed of two predators ( Euseius stipulatus and Neoseiulus californicus ), one herbivore as shared prey ( Oligonychus perseae ), and pollen of Carpobrotus edulis as an alternative food resource. These configurations enabled the potential for (intraguild) predation and (apparent) competition to be expressed. Using a series of controls, we assessed whether the presence of one species affected the survival of another, or its conversion of food into offspring). We found that increasing the number of potential interactions did not result in more complex realized community modules. Instead, all communities were reduced to one or two linear trophic chains. Our results show that trophic links assumed to occur when species are assembled in pairs do not necessarily occur when other components of the community are present. Consequently, food-web structure may be unrealistic in theoretical community modules that are parameterized based on pair-wise interactions observed when alternative prey is absent. This further suggests the need for empirical research to work in concert with theoretical approaches to develop more realistic and predictive food-web models.

A bstract Wolbachia are widespread maternally-inherited bacteria suggested to play a role in arthropod host speciation through induction of cytoplasmic incompatibility, but this hypothesis remains controversial. Most studies addressing Wolbachia -induced incompatibilities concern closely-related populations, which are intrinsically compatible. Here, we used three populations of two genetically differentiated colour forms of the haplodiploid spider mite Tetranychus urticae to dissect the interaction between Wolbachia -induced and host-associated incompatibilities, and to assess their relative contribution to post-mating isolation. We found that these two sources of incompatibility act through different mechanisms in an additive fashion. Host-associated incompatibility contributes 1.5 times more than Wolbachia -induced incompatibility in reducing hybrid production, the former through an overproduction of haploid sons at the expense of diploid daugters ( ca . 75% decrease) and the latter by increasing the embryonic mortality of daughters (by ca . 49%). Furthermore, regardless of cross direction, we observed near-complete F1 hybrid sterility and complete F2 hybrid breakdown between populations of the two forms, but that Wolbachia did not contribute to this outcome. This study identifies the mechanistic independence and additive nature of host-intrinsic and Wolbachia -induced sources of isolation. It suggests that Wolbachia could drive reproductive isolation in this system, thereby potentially affecting host differentiation and distribution in the field.

Abstract Endosymbiotic reproductive manipulators are widely studied as sources of post-zygotic isolation in arthropods, but their effect on pre-zygotic isolation between genetically differentiated populations has garnered less attention. We tested this using two partially isolated populations of the red and green colour forms of Tetranychus urticae , either uninfected or infected with a Wolbachia strain inducing or not cytoplasmic incompatibility. We first investigated male and female preferences, and found that, in absence of infection, females were not choosy but all males preferred red-form females. Wolbachia effects were more subtle, with only the CI-inducing strain slightly strengthening colour-form based preferences. We then performed a double-mating experiment to test how incompatible matings affect subsequent mating behaviour and offspring production, as compared to compatible mating. Females mated with an incompatible male (infected and/or heterotypic) were more attractive and/or receptive to subsequent (compatible) matings, although analyses of offspring production revealed no clear benefit for this remating behaviour ( i.e. , apparently unaltered first male sperm precedence). Finally, by computing the relative contributions of each reproductive barrier to total isolation, we showed that pre-mating isolation matches both host-associated and Wolbachia -induced post-mating isolation, suggesting that Wolbachia could assist speciation processes in this system.

Competition for food and negative interspecific sexual interactions (reproductive interference) have been identified as major drivers of species exclusion. These interactions likely do not act independently, as they often involve the same actors and may be modulated by the same underlying traits. However, how they determine competitive dominance when acting in combination has not yet been studied. Here, we address this issue using two closely related species, the spider mites Tetranychus urticae and T. cinnabarinus. First, by measuring species interactions in small-scale experiments, we revealed that the strength and symmetry of reproductive interference between species changed in presence of food competition. Next, using a population model, we showed that such non-additive effects induce significant changes in predicted competitive outcomes, specifically, a change in priority effects from favouring the inferior competitor for food in the sole presence of reproductive interference to favouring the superior competitor instead. Finally, we confirmed the accuracy of the model predictions for short-term population dynamics in a large-scale experiment. Together, these lines of evidence show that food competition and reproductive interference have non-additive rather than independent effects on the population dynamics of interacting species, which highlights the necessity of incorporating both mechanisms to better predict competitive outcomes.

Abstract Co-infections are frequent, with consequences for parasite life-history traits expressed at within- and between-host levels. However, little is known about whether the effect of interspecific competitors on traits are correlated or independent or if they change with intraspecific competition. To address this, we investigated the occurrence of genetic correlations among within- and betweenhost traits at different intra-specific densities of inbred lines of the spider mite, Tetranychus urticae with its competitor T. evansi . First, we found T. evansi presence on a shared host leaf produced a negative (non-genetic) correlation between virulence (leaf damage) and number of daughters (transmitting stages) at intermediate intraspecific densities; this same relationship was not significant without competitors. Second, we show interspecific competitors increases transmission to adjacent leaf discs, measured as movement of adult T. urticae females, but only at low and intermediate intraspecific densities. Finally we tested whether within-host traits (virulence and transmitting stages) were correlated with between-host traits (movement to adjacent patches), with or without competitors, at different conspecific densities. We found traits were mostly independent; interspecific competitors may increase transmission across hosts without affecting virulence (or vice versa). These independent effects on within- and between-host traits indicate competition may impact epidemiology and parasite trait evolution.

Arthropods are often infected with Wolbachia inducing cytoplasmic incompatibility (CI), whereby crosses between uninfected females and infected males yield unviable fertilized offspring. Although uninfected females benefit from avoiding mating with Wolbachia-infected males, this behaviour is not present in all host species. Here we measured the prevalence of this behaviour across populations of the spider mite Tetranychus urticae. Females from five populations originally fully infected with Wolbachia showed no preference, possibly because they did not face the choice between compatible and incompatible mates in their environment. Hence, to determine whether this behaviour could be selected in populations with intermediate Wolbachia infection frequency, we performed 15 generations of experimental evolution of spider-mite populations under i) full Wolbachia infection, ii) no infection, or iii) mixed infection. In the latter selection regime, where uninfected females were exposed to infected and uninfected males at every generation, mating duration increased relative to the uninfected regime, suggesting the presence of genetic variation for mating traits. However, mate choice did not evolve. Together, these results show that CI-inducing Wolbachia alone does not necessarily lead to the evolution of pre-copulatory strategies in uninfected hosts, even at intermediate infection frequency.

Spider mites are severe pests of several annual and perennial crops worldwide, often causing important economic damages. Moreover, rapid evolution of pesticide resistance in this group hampers the efficiency of chemical control. Alternative control strategies, such as the use of entomopathogenic fungi, are thus being developed. However, while several studies have focussed on the evaluation of the control potential of different fungal species and/or isolates as well as their compatibility with other control methods (e.g. predators or chemical pesticides), knowledge on the extent of inter- and intraspecific variation in spider mite susceptibility to fungal infection is as yet incipient. Here, we measured the mortality induced by two generalist fungi, Beauveria bassiana and Metarhizium brunneum, in 12 spider mite populations belonging to different Tetranychus species: T. evansi, T. ludeni, the green form of T. urticae and the red form of T. urticae, within a full factorial experiment. We found that spider mite species differed in their susceptibility to infection to both fungal species. Moreover, we also found important intraspecific variation for this trait. These results draw caution on the development of single strains as biocontrol agents. Indeed, the high level of intraspecific variation suggests that (a) the one-size-fits-all strategy will probably fail to control spider-mite populations and (b) hosts resistance to infection may evolve at a rapid pace. Finally, we propose future directions to better understand this system and improve the long-term success of spider mite control strategies based on entomopathogenic fungi.

Abstract Reproduction is generally more sensitive to high temperatures than survival and arguably a better predictor of the response of populations to climate change than survival estimates. Still, how temperature simultaneously impacts male and female reproductive success, the mating system and the operational sex ratio remains an open question. Here, we addressed how a sublethal high temperature affects the reproductive system of the haplodiploid spider mite Tetranychus urticae . Males and females maintained at 25°C or 36°C during development were paired and the fertility of both sexes, their mating and remating eagerness, and the paternity of the offspring of females with different mating histories were measured. Female and male fertility decreased at 36°C compared to 25°C, resulting in lower offspring production and a more male-biased sex ratio, respectively, because of haplodiploidy. However, when females remated, the pattern of first male sperm precedence typically seen in this species was disrupted, with more than one male contributing to the offspring. This was accompanied by reduced mating eagerness in pairs with partially sterile males and increased remating eagerness in pairs in which at least one sex was partially sterile in the first mating. The observed temperature-induced changes in pre- and post-copulatory traits allowed restoring the offspring sex ratio but did not lead to the recovery of offspring number. Our results show that temperature induces changes in the spider mite mating behaviour and mating system, with potential impact on sexual selection and sexual conflict. However, such changes may not be sufficient to buffer the impact of extreme temperatures on their populations.

Abstract Organisms may respond in different ways to the risk posed by conspecifics, but the cause of such variation remains elusive. Here, we use a half-sib/full-sib design to evaluate the contribution of (indirect) genetic or environmental effects to the behavioral response of the cannibalistic wolf spider Lycosa fasciiventris (Dufour, 1835) towards conspecific cues. Spiders showed variation in relative occupancy time, activity, and velocity on patches with or without conspecific cues, but direct genetic variance was only found for occupancy time. These three traits were correlated and could be lumped in a principal component: spiders spending more time in patches with conspecific cues moved less and at a lower rate in those areas. Genetic and/or environmental components of carapace width and weight loss in the social partner were significantly correlated with the principal component of focal individuals. Variation in these traits may reflect the quality and/or quantity of cues produced by social partners, hence focal individuals were likely behaving along a continuum of strategies in response to the risk posed by social partners. Therefore, environmental and genetic trait variation in the social partners may be key to maintain trait diversity in focal individuals, even in the absence of direct genetic variation.

Many studies have revealed the ability of the endosymbiotic bacteria Wolbachia to protect its arthropod hosts against diverse pathogens. However, as Wolbachia may also increase the susceptibility of its host to infection, predicting the outcome of a particular Wolbachia-host-pathogen interaction remains elusive. Yet, understanding such interactions is crucial for disease and pest control strategies. Tetranychus urticae spider mites are herbivorous crop pests, causing severe damage on numerous economically important crops. Due to the rapid evolution of pesticide resistance, biological control strategies using generalist entomopathogenic are being developed. However, although spider mites are infected with various Wolbachia strains worldwide, whether this endosymbiont protects them from fungi is as yet unknown. Here, we compared the survival of two populations, treated with antibiotics or harbouring different Wolbachia strains, after exposure to the fungal biocontrol agents Metarhizium brunneum and Beauveria bassiana. In one population, Wolbachia affected survival in absence of fungi but not in their presence, whereas in the other population Wolbachia increased the mortality induced by B. bassiana. To control for potential effects of the bacterial community of spider mites, we also compared the susceptibility of two populations naturally uninfected by Wolbachia, treated with antibiotics or not. The antibiotic treatment increased the susceptibility of spider mites to M. brunneum in one naturally Wolbachia-uninfected population, but it had no effect in the other treatments. These results highlight the complexity of within-host pathogens interactions, and the importance of considering the whole bacterial community of arthropods when assessing the effect of Wolbachia in a particular system.