Abstract Crop tissues harbor microbiomes that can affect host health and yield. However, processes driving microbiome assembly, and resulting effects on ecosystem services, remain poorly understood. This is particularly true of flowering crops that rely on pollinators for yield. We assessed effects of orchard management tactics and landscape context on the flower microbiome in almond, Prunus dulcis . Fourteen orchards (5 conventional, 4 organic, 5 habitat augmentation) were sampled at two bloom stages to characterize bacterial and fungal communities associated with floral tissues. The surveys were complemented by in vitro experiments to assess effects of arrival order and fungicides on nectar microbial communities, and effects of fungicides and microbes on honey bee foraging. Finally, a field trial was conducted to test effects of fungicides and microbes on pollination. As bloom progressed, bacterial and fungal abundance and diversity increased, across all floral tissue types and management strategies. The magnitude by which microbial abundance and diversity were affected varied, with host proximity to apiaries and orchard management having notable effects on bacteria and fungi, respectively. Experiments showed immigration history and fungicides affected the composition of nectar microbial communities, but only fungicides affected pollinator foraging through reduced nectar removal. Neither treatment affected pollination services. Synthesis and applications . Our results shed light on routes through which management practices can shape microbiota associated with flowers of a pollinator-dependent crop. With growing appreciation for the role of floral-associated microbes in affecting biotic interactions at the floral interface, understanding such drivers can potentially inform microbial-derived ecosystem services in agricultural landscapes, including pollination and biocontrol.

Canada thistle (Cirsium arvense (L.) Scop., CT) is one of the worst weeds threatening temperate regions of the world. A host-specific rust fungus, Puccinia punctiformis (F. Strauss) Rohl., is known to cause systemic disease of CT, ultimately killing individuals and reducing stand densities. In 2013, it was demonstrated that fall inoculation of rosettes with coarsely ground leaves bearing P. punctiformis telia can successfully initiate epiphytotics. In the same year, a cooperative project between the Colorado Department of Agriculture and United States Department of Agriculture was initiated, in which CT patches across the state of Colorado (USA) were inoculated and tracked over subsequent years for changes in stem density. Here, we report our findings from 8 years (2014-2021) of monitoring effort. At most sites (N = 87), CT stem densities declined, from a mean (+/- SE) of 87.9 (+/- 6.5) stems to 44.7 (+/- 4.2). These declines however were spatially-autocorrelated, and likely attributable to local growing conditions, as mean annual daily maximum temperature and standard deviation of elevation, as well as climatic conditions around the times of both treatment and monitoring, were found to be important predictors of CT decline. Further, we observed that the amount of inoculum deployed, timing since last release, and method in which it was spread locally at a site were also associated with the magnitude of CT stem decline. These results are indicative of the value of P. punctiformis as a CT biological control agent. The name Cirsium arvense dieback (CADB) is proposed herein to describe the agriculturally important decline in CT stem densities attributable to this previously un-named systemic disease.

Animals such as bumble bees use chemosensory cues to localize and evaluate essential resources. Increasingly, it is recognized that microbes can alter the quality of foraged resources and produce metabolites that act as foraging cues. The distinct nature of these sensory cues however and their use in animal foraging remain poorly understood. Here, we test the hypothesis that species of nectar-inhabiting microbes differentially influence pollinator attraction and feeding via microbial metabolites in nectar. We examined electrophysiological potential of bumble bee antennae to respond to volatile microbial metabolites, followed by behavioral responses using choice assays. We assessed gustatory responses through both no-choice and choice feeding assays. Antennae responded to some microbial volatiles, and bees chose Asaia bacterial solutions compared to Metschnikowia yeast based on volatiles alone. However, B. impatiens consumed significantly more Metschnikowia-inoculated nectar, suggesting distinct roles for volatile and non-volatile microbial metabolites in mediating feeding decisions, with potential to affect associative learning and future foraging. Our results suggest that microbial metabolites may represent non-reinforcing cues with potential consequences for forager learning, economics and floral host reproduction.

Abstract Climate change is rapidly warming thermal environments, an important abiotic stimulus governing bee development and species interactions. Increasing evidence suggests that solitary bees rely upon pollen provision microbes for successful development. The effects of heat stress on provision microbiota and resulting consequences for larval health and development, however, remain to be examined. We performed an in vitro study to investigate the effects of thermal environment on provision microbiome composition and measured fitness outcomes for Osmia lignaria larvae. Elevated temperatures moderately increased the mean rank relative abundance of Arsenophonus , a putative son-killing symbiont. While pollen sterilization removed Arsenophonus from microbe-rich provisions, larval survivorship did not significantly differ between bees reared on microbe-rich and sterile diets. In contrast to previous research in solitary bees, larvae reared on sterile provisions weighed more and had higher total fat contents, with temperature moderating the degree of difference. As anticipated, we observed a negative relationship between the duration of larval development and temperature. Our results indicated that an intact provision microbiota may not always improve bee fitness, and that bee-microbe interactions during larval development may contribute to the size-shrinking effect observed for cavity-nesting bees under warming conditions.

Fire blight is a devastating disease affecting pome fruit trees that is caused by Erwinia amylovora and leads to substantial annual losses worldwide. While antibiotic-based management approaches like streptomycin can be effective, there are concerns over evolved resistance of the pathogen and non-target effects on beneficial microbes and insects. Using microbial biological control agents (mBCAs) to combat fire blight has promise, but variable performance necessitates the discovery of more effective solutions. Here we used a niche-based predictive framework to assess the strength of priority effects exerted by prospective mBCAs, and the mechanisms behind growth suppression in floral nectar. Through in vitro and in vivo assays, we show that antagonist impacts on nectar pH and sucrose concentration were the primary predictors of priority effects. Surprisingly, overlap in amino acid use, and the degree of phylogenetic relatedness between mBCA and Erwinia did not significantly predict pathogen suppression in vitro, suggesting that competition for limited shared resources played a lesser role than alterations in the chemical environment created by the initial colonizing species. We also failed to detect an association between our measures of in vitro and in vivo Erwinia suppression, suggesting other mechanisms may dictate mBCA establishment and efficacy in flowers, including priming of host defenses.

ABSTRACT Crop-associated microbiota are key factors affecting host health and productivity. Most crops are grown within heterogeneous landscapes, and interactions between management practices and landscape context often affect plant and animal biodiversity in agroecosystems. However, whether these same factors typically affect crop-associated microbiota is less clear. Here, we assessed whether orchard management strategies and landscape context affected bacterial and fungal communities in pear ( Pyrus communis ) flowers. We found that bacteria and fungi responded differently to management schemes. Organically-certified orchards had higher fungal diversity in flowers than conventional or bio-based integrated pest management (IPM) orchards, but organic orchards had the lowest bacterial diversity. Orchard management scheme also best predicted the distribution of several important bacterial and fungal genera that either cause or suppress disease, with organic and bio-based IPM best explaining the distributions of bacterial and fungal genera, respectively. Moreover, patterns of bacterial and fungal diversity were affected by interactions between management, landscape context, and climate. When examining the similarity of bacterial and fungal communities across sites, both abundance- and taxa-related turnover were mediated primarily by orchard management scheme and landscape context, and specifically the amount of land in cultivation. Our study reveals local- and landscape-level drivers of floral microbiome structure in a major fruit crop, providing insights that can inform microbiome management to promote host health and high-yielding quality fruit. IMPORTANCE In tree fruits, proper crop management during bloom is essential for producing disease-free fruit. Tree fruits are often grown in heterogeneous landscapes; however, few studies have assessed whether landscape context and crop management affect the floral microbiome, which plays a critical role in shaping plant health and disease tolerance. Such work is key for identification of tactics and/or contexts where beneficial microbes proliferate, and pathogenic microbes are limited. Here, we characterize the floral microbiome of pear crops in Washington State, USA, where major production occurs in inter-mountain valleys and basins with variable elevation and microclimates. Our results show that both local (crop management) and landscape (habitat types and climate) level factors affect floral microbiota, but in disparate ways for each kingdom, suggesting a need for unique management strategies for each group. More broadly, these findings can potentially inform microbiome management in orchards for promotion of host health and high-quality yields.