基于MaxEnt模型绘制阿洛岛野生小果野蕉栖息地适宜性图：迈向香蕉保护与气候韧性

《Ecological Frontiers》：Mapping habitat suitability of wild Musa acuminata on Alor Island using MaxEnt: Toward conservation and climate-resilient bananas

　　摘要要点：- MaxEnt模型预测了半干旱阿洛岛的M. acuminata栖息地。- 阿洛岛41.07%的区域被鉴定为野生M. acuminata的适宜栖息地。- NDMI、坡度、海拔、地表温度（LST）和降水季节性塑造了其分布。- 适宜栖息地与温暖的低地、中度水分胁迫区域相关联。- 研究结果支持对耐旱野生香蕉的保护。引言香蕉（Musa spp.）是全球最重要的水果作物之一，全球年产量超过1.39亿吨，种植面积达590万公顷[1]。印度尼西亚是全球第三大香蕉生产国，仅次于印度和中国，2023年估计产量为930万吨[1]。在全国层面，香蕉占水果商品总产量的33%以上，凸显了其对粮食安全和农业经济的战略重要性[2]。尽管香蕉具有重要地位，其种植极易受到非生物胁迫的影响，尤其是干旱。香蕉主要在小型农户系统中种植，需要充足且分布均匀的降雨（通常为1100–2690毫米/年）才能实现最佳生长和产量[3]、[4]。年降雨量每减少100毫米，某些品种的产量可下降9–15%[4]。水资源匮乏会对香蕉植株造成生理胁迫，导致枯萎、果穗重量和果实大小减少、生长受阻、根系死亡，以及对病虫害易感性增加[5]、[6]、[7]。干旱还可能诱发品种特异性症状，包括果穗抽出受阻、花序败育、假茎鞘呈莲座状簇生和假茎解体[8]。在全球气候变化背景下，这些问题预计将加剧，因为气温升高会增加蒸散量并降低土壤水分。气候预测表明，到2050年，主要产区香蕉产量可能因气候变化而下降多达50%[9]。全球范围内已开展大量研究工作，以筛选具有抗旱性的香蕉基因型。例如，印度国家香蕉研究中心（NRCB）已在田间条件下评估了数百个香蕉基因型对干旱的响应[10]。Vanhove等人[11]开发了基于蛋白质组学分析来检测< />多样性抗旱性的体外筛选方法[11]。van Wesemael等人[12]将PEG诱导的水培干旱试验应用于32份香蕉种质，发现ABB基因组组表现出节水型蒸腾行为[12]。通过转录组学分析以及对候选胁迫响应基因的功能表征，已取得相当大的进展。这些方法已应用于代表不同基因组组成的多种品种，包括宫蕉（AA）[13]、[14]、大麦克（AAA）[15]、[16]、嘉万（AAA）[17]、[18]、萨巴（ABB）[15]、[16]、皮桑阿瓦克（ABB）[17]、[19]和拉斯塔利（AAB）[20]、[21]、[22]、[23]、[24]、[25]。然而，其范围主要局限于栽培杂交种质。大多数栽培香蕉源自两个有籽野生祖先，Musa acuminata（A基因组）和M. balbisiana（B基因组），二者的杂交及后续驯化产生了无性结实、不育和多倍体品种[26]。这些现代品种依赖无性繁殖，严重限制了遗传多样性并加速了遗传侵蚀，增加了对生物和非生物胁迫的易感性[27]。相比之下，野生香蕉物种构成适应性状遗传库，可被利用以增强对气候变化、病虫害的抗性[27]。虽然B基因组与改善的抗旱性相关，但特定的M. acuminata亚种中也观察到抗旱表型[28]、[29]、[30]。然而，对更广泛的野生Musa物种多样性的抗旱响应特征表征仍然有限。印度尼西亚群岛是马来亚植物区的一部分，是M. acuminata的主要起源地和多样性中心，保存着约15个野生变种[31]。它还包括华莱士区生物地理区（涵盖苏拉威西、马鲁古和努沙登加拉），该区域以高特有种率和由地质及生物地理历史形成的独特生物多样性为特征[32]。与印度尼西亚以湿润热带地区为主的格局不同，东努沙登加拉省经历半干旱条件，年降雨量低于1000毫米，旱季长达十个月[33]、[34]。在这种干燥环境下进化的作物种质及其野生近缘种可能是抗旱性状的重要来源[35]、[36]、[37]。民族植物学报告和地方农民知识进一步表明该地区存在抗旱香蕉基因型[38]、[39]。尽管具有这种潜力，M. acuminata作为作物野生近缘种在香蕉育种中的利用仍然有限，部分原因是由于在代表性不足的区域中探索和种质收集不足。这一差距在东努沙登加拉省阿洛岛尤为明显，该岛的野生香蕉分布和多样性植物学记录几乎空白。弥补这一知识空白对于生物多样性保护和鉴定与抗旱相关的适应性状都至关重要。因此，本研究旨在利用最大熵（MaxEnt）物种分布模型预测阿洛岛上M. acuminata的潜在分布，并识别塑造栖息地适宜性的关键环境和生物气候因素。节选片段研究地点本研究在印度尼西亚东努沙登加拉省阿洛岛开展（图1）。阿洛是小巽他群岛的主要岛屿之一。该岛年平均气温为25.26°C，年降水量在1102至1503毫米之间[40]。气候被归类为热带草原气候（Aw），具有明显的旱季和半干旱特征[41]、[42]、[43]。根据奥尔登农业气候分类法，阿洛属于D4类别，野生M. acuminata标本从印度尼西亚阿洛岛收集的M. acuminata种质分布于跨越六个县的十个不同采集地点：Teluk Mutiara、Alor Barat Laut、Kabola、Alor Timur、Alor Timur Laut和Lembur。不同种质采集的植物材料类型有所差异，相关民族植物学信息总结于表2。总体而言，该物种的传统用途记录较少；然而，当地社区报告称其果实讨论基于MaxEnt的物种分布模型已被广泛用于绘制香蕉及其野生近缘种的栖息地适宜性图。MaxEnt模型预测表明，气候变化正在通过气温上升、降水改变和水分亏缺增加重塑栽培香蕉的栖息地适宜性[70]、[71]。对野生Musa和Ensete物种的MaxEnt分析显示温度和降水具有强烈的气候控制作用。这些研究预测未来栖息地收缩或结论本研究揭示了野生M. acuminata在印度尼西亚较干燥气候区之一——阿洛的潜在分布。适宜栖息地的特征为低海拔、平缓至中等坡度、中度水分胁迫、温暖的地表温度以及显著的降水季节性。这些区域应优先进行进一步调查。后续研究应包括对预测地点的详细野外探索和调查，以及整合额外的环境生成式AI及AI辅助技术在稿件撰写过程中的声明在本工作的准备过程中，作者使用ChatGPT（https://chatgpt.com/）辅助写作、语言编辑、提升语法准确性和可读性，以及优化稿件结构。作者对输出内容进行了审核和编辑，并对已发表文章的内容承担全部责任。CRediT作者贡献声明La Ode Muhammad Muchdar Davis：写作–审阅与编辑，写作–初稿，可视化，验证，监督，资源，项目管理，方法论，调查，资金获取，形式化分析，数据整理，概念化。Fadlan Pramatana：写作–审阅与编辑，写作–初稿，可视化，验证，资源，方法论，调查，形式化分析，数据整理，概念化。Eva Erdayani：写作–审阅与编辑，资金本工作由印度尼西亚教育基金局（LPDP）的"研究与创新促进先进印尼（RIIM）–远征第一批"资助（合同编号B-1116/II.7.5/FR.06/3/2024和B-949/III.5/FR.06.00/3/2024）。利益冲突声明无利益冲突需声明。致谢我们衷心感谢Karel Buling和Doni Mulyana在野外工作中提供的 invaluable 协助。感谢Yayan Wahyu C. Kusuma博士和Fajarudin Ahmad博士富有洞察力的讨论为本文增色。La Ode Muhammad Muchdar Davis | Fadlan Pramatana | Eva Erdayani | Apriliana Dyah Prawestri | Erwin Fajar Hasrianda | Sunardi | Agusdin Dharma Fefirenta