基于GIS的生态位建模技术能够实现针对水稻细菌性枯萎病的细菌生物防治剂的精准施用

《Journal of Plant Pathology》：GIS-based ecological niche modeling enables precision deployment of bacterial biocontrol agents against rice bacterial blight

水稻细菌叶枯病可持续防控研究基于生态位建模与微生物群落分析，利用16S rRNA测序和MaxEnt模型解析旁遮普省四科细菌（芽孢杆菌科、假单胞菌科、分枝杆菌科、黄单胞菌科）的地理分布与环境驱动机制，发现年降水量和降水季节性显著影响菌群分布，空间适宜区呈现高度分化，为区域化生物防治提供依据。

　　

摘要

由Xanthomonas oryzae pv. oryzae引起的细菌性叶枯病（BLB）在亚洲水稻生产中导致10–70%的产量损失，鉴于病原体抗性的不断增加以及环境问题的日益严重，迫切需要寻找可持续的化学控制替代方案。我们结合基于GIS的生态位建模与微生物生态学，预测了四个细菌科（Bacillaceae、Burkholderiaceae、Mycobacteriaceae和Xanthomonadaceae）在巴基斯坦旁遮普省（一个主要的水稻种植区）的空间分布和栖息地适宜性。这些细菌的数据（n = 60个采样点，分布在10个地区）是通过高通量16 S rRNA测序水稻根际和叶际群落获得的，并与19个生物气候变量相结合，用于开发MaxEnt物种分布模型。模型的预测性能良好至优秀：Burkholderiaceae（训练AUC = 0.979，测试AUC = 0.967）、Xanthomonadaceae（0.933，0.801）、Mycobacteriaceae（0.897，0.625）和Bacillaceae（0.830，0.688）。对于Bacillaceae、Mycobacteriaceae和Xanthomonadaceae而言，降水量季节性（Bio15）是主要的预测因子；而对于Burkholderiaceae，则是年降水量（Bio12），这反映了它们不同的生理适应特性。空间分析显示出了明显的生态位分化：Bacillaceae主要分布在旁遮普省的中南部（半干旱地区，降水量季节性高）；Burkholderiaceae主要分布在东北部降雨量较大的区域（>1000毫米）；Mycobacteriaceae在中西部地区形成连续带状分布；而Xanthomonadaceae在东北东部地区的分布最为广泛。高适宜性区域之间的空间重叠最小，表明这些细菌具有不同的环境生态位，这对区域性的生物控制措施部署具有指导意义。本研究首次提供了针对水稻BLB管理中拮抗细菌群落的明确空间框架，确定了生物控制剂应用和本土微生物保护的优先区域。结合相关的生物测定验证，为气候适应性强的水稻生产系统中的精准农业应用奠定了坚实的基础。

由Xanthomonas oryzae pv. oryzae引起的细菌性叶枯病（BLB）在亚洲水稻生产中导致10–70%的产量损失，鉴于病原体抗性的不断增加以及环境问题的日益严重，迫切需要寻找可持续的化学控制替代方案。我们结合基于GIS的生态位建模与微生物生态学，预测了四个细菌科（Bacillaceae、Burkholderiaceae、Mycobacteriaceae和Xanthomonadaceae）在巴基斯坦旁遮普省（一个主要的水稻种植区）的空间分布和栖息地适宜性。这些细菌的数据（n = 60个采样点，分布在10个地区）是通过高通量16 S rRNA测序水稻根际和叶际群落获得的，并与19个生物气候变量相结合，用于开发MaxEnt物种分布模型。模型的预测性能良好至优秀：Burkholderiaceae（训练AUC = 0.979，测试AUC = 0.967）、Xanthomonadaceae（0.933，0.801）、Mycobacteriaceae（0.897，0.625）和Bacillaceae（0.830，0.688）。对于Bacillaceae、Mycobacteriaceae和Xanthomonadaceae而言，降水量季节性（Bio15）是主要的预测因子；而对于Burkholderiaceae，则是年降水量（Bio12），这反映了它们不同的生理适应特性。空间分析显示出了明显的生态位分化：Bacillaceae主要分布在旁遮普省的中南部（半干旱地区，降水量季节性高）；Burkholderiaceae主要分布在降雨量较大的东北部区域（>1000毫米）；Mycobacteriaceae在中西部地区形成连续带状分布；而Xanthomonadaceae在东北东部地区的分布最为广泛。高适宜性区域之间的空间重叠最小，表明这些细菌具有不同的环境生态位，这对区域性的生物控制措施部署具有指导意义。本研究首次提供了针对水稻BLB管理中拮抗细菌群落的明确空间框架，确定了生物控制剂应用和本土微生物保护的优先区域。结合相关的生物测定验证，为气候适应性强的水稻生产系统中的精准农业应用奠定了坚实的基础。