Optimal Allocation Ratios: A Square Root Relationship between the Ratios of Symbiotic Costs and Benefits
Optimal Allocation Ratios: A Square Root Relationship between the Ratios of Symbiotic Costs and Benefits
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最优分配比率：共生成本与收益比率之间的平方根关系
DOI：
10.1086/716182
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Peay, Kabir G.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Steidinger, Brian S.;Peay, Kabir G.
所有的有机体都在努力理解环境刺激，以便最大限度地适应环境。对于动物来说，单细胞和超级生物对刺激的反应通常与刺激比率成正比，这一现象由韦伯定律描述。然而，韦伯定律还没有被用来预测植物如何对它们的共生伙伴产生的刺激做出反应。在这里，我们开发了一个模型，用于定量预测碳(C)分配给为植物寄主提供养分的共生体的比率。根据韦伯定律，我们的模型表明，分配给效益较低的资源相对于效益较好的共生体的最优比例与两个品系的增长效益之比。随着C分配给共生体的增加，C分配给两个菌株的比率接近共生生长效益比率的平方根(例如，较差的共生体提供的益处是较好的共生体的四分之一)。我们记录了我们的平方根模型预测和关于C分配的实验文献的荟萃分析之间令人信服的对应关系。这种类型的优先分配可以促进更有益和更不有益的共生体之间的共存，为自然界观察到的微生物共生体的高度多样性提供了一种潜在的机制。
All organisms struggle to make sense of environmental stimuli in order to maximize their fitness. For animals, the responses of single cells and superorganisms to stimuli are generally proportional to stimulus ratios, a phenomenon described by Weber’s law. However, Weber’s law has not yet been used to predict how plants respond to stimuli generated from their symbiotic partners. Here we develop a model for quantitatively predicting the ratios of carbon (C) allocation to symbionts that provide nutrients to their plant host. Consistent with Weber’s law, our model demonstrates that the optimal ratio of resources allocated to a less beneficial relative to a more beneficial symbiont scale to the ratio of the growth benefits of the two strains. As C allocation to symbionts increases, the ratio of C allocation to two strains approaches the square root of the ratio of symbiotic growth benefits (e.g., a worse symbiont providing one-fourth the benefits getsthe C of a better symbiont). We document a compelling correspondence between our square root model prediction and a meta-analysis of experimental literature on C allocation. This type of preferential allocation can promote coexistence between more beneficial and less beneficial symbionts, offering a potential mechanism behind the high diversity of microbial symbionts observed in nature.
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