RESUMO
A defining component of agroforestry parklands across Sahelo-Sudanian Africa (SSA), the shea tree (Vitellaria paradoxa) is central to sustaining local livelihoods and the farming environments of rural communities. Despite its economic and cultural value, however, not to mention the ecological roles it plays as a dominant parkland species, shea remains semi-domesticated with virtually no history of systematic genetic improvement. In truth, shea's extended juvenile period makes traditional breeding approaches untenable; but the opportunity for genome-assisted breeding is immense, provided the foundational resources are available. Here we report the development and public release of such resources. Using the FALCON-Phase workflow, 162.6 Gb of long-read PacBio sequence data were assembled into a 658.7 Mbp, chromosome-scale reference genome annotated with 38,505 coding genes. Whole genome duplication (WGD) analysis based on this gene space revealed clear signatures of two ancient WGD events in shea's evolutionary past, one prior to the Astrid-Rosid divergence (116-126 Mya) and the other at the root of the order Ericales (65-90 Mya). In a first genome-wide look at the suite of fatty acid (FA) biosynthesis genes that likely govern stearin content, the primary determinant of shea butter quality, relatively high copy numbers of six key enzymes were found (KASI, KASIII, FATB, FAD2, FAD3, and FAX2), some likely originating in shea's more recent WGD event. To help translate these findings into practical tools for characterization, selection, and genome-wide association studies (GWAS), resequencing data from a shea diversity panel was used to develop a database of more than 3.5 million functionally annotated, physically anchored SNPs. Two smaller, more curated sets of suggested SNPs, one for GWAS (104,211 SNPs) and the other targeting FA biosynthesis genes (90 SNPs), are also presented. With these resources, the hope is to support national programs across the shea belt in the strategic, genome-enabled conservation and long-term improvement of the shea tree for SSA.
RESUMO
Abstract Ecosystems degradation, and consequently biodiversity loss, has severe impacts on people around the world. The Intergovernmental Platform on Biodiversity and Ecosystem Services (IPBES) is one of the international initiatives that have emerged to inform policy makers and aid decisions to prevent further global biodiversity loss, focusing on the interdependence between natural systems and human culture. IPBES promotes the use of scenarios and modelling approaches as a fundamental tool to advance the understanding of the relationships between drivers of change, Nature's Contributions to People (NCP), and social systems. Local-scale case studies with a system approach demonstrating how current knowledge can be used to inform decision-making are still scarce. Here, we present a comprehensive conceptual model and a series of four scenarios under different policies for shea tree species management, as a case-study of applying systems thinking and the NCP concept to a local-scale socio-ecological system. We first characterized the central processes, NCP, drivers and pressures affecting the shea tree system, to investigate the impacts of the multiple uses of the shea tree species on the system as a whole. We then described potential policy options, developed four scenarios, and evaluated them by a Bayesian Belief Network (BBN). We predicted qualitative outcomes of the proposed scenarios: Business-as-usual (BAU), "Conservation and fair trade", "Agroforestry and fair trade" and "Industrial development". We found that the scenarios focussing on conservation, fair trade and agroforestry, can improve the conservation status of shea trees, and enhance wellbeing in the local communities. In this case study, we demonstrate that the development of a comprehensive conceptual model at a local scale can be a useful exercise to identify opportunities for effective policy strategies and social innovation. The shea tree case study can provide an example for modelling non-timber forest products in other regions around the world that face similar drivers and pressures. Species for which this model could be adapted include Central and South American species such as the Brazilian nut (Bertholletia excelsa), cocoa (Theobroma cacao), andiroba (Carapa guianensis), açai (Euterpe oleracea) and the wax palm (Ceroxylon quindiuense). The model and workflow applied here may thus be used to understand similar socio-ecological systems with local and international economic value across the Neotropical region.
Resumo A degradação dos ecossistemas e sua consequente perda de biodiversidade apresentam graves impactos sobre as pessoas em todo o mundo. A Plataforma Intergovernamental de Biodiversidade e Serviços Ecossistêmicos (IPBES) é uma das iniciativas internacionais que surgiram para informar tomadores de decisão e o desenvolvimento de políticas para evitar mais perdas globais de biodiversidade, com foco na interdependência entre sistemas naturais e a cultura humana. O IPBES promove o uso de cenários futuros e abordagens de modelagem como uma ferramenta fundamental para avançar no entendimento das relações entre fatores motivadores de mudança (vetores), as Contribuições da Natureza para as Pessoas (NCP) e sistemas sociais. Estudos de caso em escala local com uma abordagem de sistemas mostrando como o conhecimento atual pode ser usado para informar a tomada de decisão ainda são poucos. Neste trabalho, apresentamos um modelo conceitual abrangente e um conjunto de quatro cenários sob diferentes políticas para o manejo da árvore de karité, como estudo de caso para a aplicação de uma abordagem de sistemas e do conceito de NCP em um sistema socioecológico em escala local. Primeiro nós caracterizamos os processos centrais, os NCP, e os vetores e pressões que afetam o sistema da árvore de karité, para então, investigar os impactos dos múltiplos usos da espécie no sistema como um todo. Em seguida, descrevemos opções de políticas possíveis, a partir das quais desenvolvemos quatro cenários e os avaliamos por Redes Bayesianas baseadas em Crenças (BBN). Nós avaliamos os resultados qualitativos dos quatro cenários de manejo propostos: "business-as-usual" (BAU), "Conservação e Fair Trade", "Agrofloresta e Fair Trade", e "Desenvolvimento Agroindustrial". Verificamos que os cenários que incluíam medidas de conservação e comércio justo, assim como o que previa práticas agroflorestais indicaram potenciais melhorias no status de conservação das árvores de karité e aprimoramento do bem-estar das comunidades locais. Neste estudo de caso, demonstramos que o desenvolvimento de um modelo conceitual mais completo na escala local pode ser útil na identificação de oportunidades para a proposição de estratégias políticas efetivas e inovação social. O estudo de caso da árvore de karité pode fornecer um exemplo de modelagem de produtos florestais não-madeireiros para outras regiões do mundo que enfrentam vetores de mudança e pressões semelhantes. As espécies para as quais esse modelo pode ser adaptado incluem espécies da América Central e do Sul, como a castanha-do-brasil (Bertholletia excelsa), cacau (Theobroma cacao), andiroba (Carapa guianensis), açaí (Euterpe oleracea) e a palma da cera (Ceroxylon quindiuense). O modelo e a proposta de trabalho aplicados aqui podem, portanto, ser usados para entender sistemas socio-ecológicos semelhantes com espécies de valor econômico local e internacional em toda a região neotropical.
