COSST: A tool to facilitate seed provenancing for climate-smart ecosystem restoration

Author(s)

Silva, Mateus C. ; Moonlight, Peter ; Oliveira, Rafael S. ; Rowland, Lucy ; Pennington, R. Toby

• Document type: Journal article
• Source: JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY; v. N/A, p. 12-pg., 2025-01-21.

Abstract

Selecting the best seed sources is a key step in ecological restoration planning especially under climate change. Seed-provenancing strategies include composite, aiming to reproduce natural gene flow; predictive, focusing on future climate adaptation; and climate-adjusted, a combination of composite and predictive. Yet, implementing different seed-provenancing principles remains a challenge. To fill this methodological gap, we developed the Climate-Oriented Seed-Sourcing Tool (COSST), a tool built in R capable of suggesting priority areas for seed sourcing according to composite, predictive, or climate-adjusted strategies, as well as the restoration site and focal species. The tool derives its inputs from species distribution models, which require occurrence and climate data only. COSST accommodates multiple climatic variables, weights the variables according to species-specific sensitivities, and accounts for uncertainties between climate forecasts. We demonstrated the flexibility of COSST using Caryocar brasiliense (pequi), a tree native to the Brazilian Cerrado, as a case study. The tool identified optimal areas for collecting C. brasiliense seeds and estimated the proportion of seeds to be sourced from various suppliers. We made available an R code for running COSST along with a Shiny application for data visualization. Synthesis and applications. Our tool can guide where to source seeds for species lacking range-wide information on genetic structure, which is the case for a substantial proportion of the tropical flora, where ecosystem restoration is of paramount importance. Selecionar as melhores matrizes de sementes & eacute; uma etapa fundamental no planejamento da restaura & ccedil;& atilde;o ecol & oacute;gica, especialmente frente & agrave;s mudan & ccedil;as clim & aacute;ticas. As estrat & eacute;gias de proveni & ecirc;ncia de sementes incluem: composta, visando reproduzir o fluxo g & ecirc;nico natural; preditiva, focada na adapta & ccedil;& atilde;o ao clima futuro; e ajustada ao clima, que combina as abordagens composta e preditiva. No entanto, implementar diferentes princ & iacute;pios de proveni & ecirc;ncia de sementes continua sendo um desafio. Para preencher essa lacuna metodol & oacute;gica, desenvolvemos a Ferramenta de Fornecimento de Sementes Orientada pelo Clima (COSST, na sigla em ingl & ecirc;s), uma ferramenta constru & iacute;da no R capaz de sugerir & aacute;reas priorit & aacute;rias para coleta de sementes de acordo com estrat & eacute;gias composta, preditiva ou ajustada ao clima, al & eacute;m de considerar o local de restaura & ccedil;& atilde;o e as esp & eacute;cies-alvo. A ferramenta utiliza como dado de entrada Modelos de Distribui & ccedil;& atilde;o de Esp & eacute;cies (SDMs, na sigla em ingl & ecirc;s), que requerem apenas dados de ocorr & ecirc;ncia e clim & aacute;ticos. O COSST acomoda m & uacute;ltiplas vari & aacute;veis clim & aacute;ticas, atribui pesos & agrave;s vari & aacute;veis conforme as sensibilidades espec & iacute;ficas de cada esp & eacute;cie e considera as incertezas entre diferentes proje & ccedil;& otilde;es clim & aacute;ticas. Demonstramos a flexibilidade do COSST usando a esp & eacute;cie Caryocar brasiliense (pequi), uma & aacute;rvore nativa do Cerrado brasileiro, como estudo de caso. A ferramenta identificou & aacute;reas ideais para a coleta de sementes de C. brasiliense e estimou a propor & ccedil;& atilde;o de sementes a ser obtida de diferentes fornecedores. Disponibilizamos o c & oacute;digo em R para rodar o COSST, juntamente com uma aplica & ccedil;& atilde;o Shiny para visualiza & ccedil;& atilde;o dos dados. S & iacute;ntese e aplica & ccedil;& otilde;es. Nossa ferramenta pode orientar onde obter sementes para esp & eacute;cies que carecem de informa & ccedil;& otilde;es abrangentes sobre sua estrutura gen & eacute;tica, uma realidade para uma propor & ccedil;& atilde;o substancial da flora tropical, onde a restaura & ccedil;& atilde;o de ecossistemas & eacute; de import & acirc;ncia crucial. La selecci & oacute;n de las mejores fuentes semilleras es un paso clave en la planificaci & oacute;n de la restauraci & oacute;n ecol & oacute;gica, especialmente bajo el cambio clim & aacute;tico. Las estrategias de procedencia de semillas incluyen la procedencia compuesta, que busca reproducir el flujo gen & eacute;tico natural; la predictiva, enfocada en la adaptaci & oacute;n al clima futuro; y la ajustada al clima, que combina las estrategias compuesta y predictiva. Sin embargo, implementar diferentes principios de procedencia de semillas sigue siendo un desaf & iacute;o. Para llenar este vac & iacute;o metodol & oacute;gico, desarrollamos la Herramienta para la Selecci & oacute;n de Semillas Orientada al Clima (COSST, por sus siglas en ingl & eacute;s), una herramienta desarrollada en R capaz de sugerir & aacute;reas prioritarias para la selecci & oacute;n de semillas seg & uacute;n las estrategias compuesta, predictiva o ajustada al clima, as & iacute; como el sitio de restauraci & oacute;n y las especies objetivo. La herramienta utiliza como insumo Modelos de Distribuci & oacute;n de Especies (SDMs, por sus siglas en ingl & eacute;s), que solo requieren datos de ocurrencia y clima. COSST acomoda m & uacute;ltiples variables clim & aacute;ticas, pondera estas variables seg & uacute;n las sensibilidades espec & iacute;ficas de las especies y considera las incertidumbres entre pron & oacute;sticos clim & aacute;ticos. Demostramos la flexibilidad de COSST utilizando a Caryocar brasiliense (pequi), un & aacute;rbol nativo del Cerrado brasile & ntilde;o, como caso de estudio. La herramienta identific & oacute; & aacute;reas & oacute;ptimas para la recolecci & oacute;n de semillas de C. brasiliense y estim & oacute; la proporci & oacute;n de semillas a obtener de diversos proveedores. Tambi & eacute;n proporcionamos un c & oacute;digo en R para ejecutar COSST junto con una aplicaci & oacute;n Shiny para la visualizaci & oacute;n de datos. S & iacute;ntesis y aplicaciones. Nuestra herramienta puede orientar sobre d & oacute;nde obtener semillas para especies que carecen de informaci & oacute;n gen & eacute;tica a nivel de distribuci & oacute;n, lo cual es el caso para una proporci & oacute;n sustancial de la flora tropical, donde la restauraci & oacute;n de ecosistemas es de vital importancia. (AU)

• FAPESP's process: 19/07773-1 - Restoring neo-tropical dry ecosystems - is plant functional composition the key to success?
• Grantee: Rafael Silva Oliveira
• Support Opportunities: Research Projects - Thematic Grants