研究确定了毁灭性作物病的全球传播的可能情景

以生物植物和抗性基因驯服为主的干燥锈病，以感染植物茎的黑色脓疱命名，造成破坏性的作物流行和饥荒几个世纪。然而，自世纪之交以来，出现了积极的新菌株 - 例如1999年在乌干达首次发现的'Ug99'，它感染了广泛种植的小麦品种。这些疾病有可能将数万亿的病原真菌孢子分散到各个国家和大陆的风中。目前全球小麦茎锈病造成的经济损失约为每年10亿美元。

令人担心的是，这些空气传播的高毒力菌株可能会从已知地点扩散到世界上一些最重要的“粮仓”地区，例如南亚的旁遮普省，这些地区尚未被发现。

现在，剑桥大学，英国气象局和CIMMYT(国际玉米和小麦改良中心)的科学家团队已经调整了以前用于预测的模拟系统，从火山喷发的火山灰和核辐射的辐射(NAME)到预测Ug99和其他此类菌株何时以及如何最有可能传播。

今天发表在“自然植物”杂志上的这项研究首次量化了环境，时间和爆发大小 - 在这些情况下，严重的茎锈病菌株对东非长距离扩散到大麦的威胁构成威胁 -印度和巴基斯坦的产区。

结果突出了也门作为大陆之间传播疾病的潜在“垫脚石”的作用。疾病传播的关键方案是从也门直接到巴基斯坦或印度。如果东部也门发生大规模爆发，结果表明发生传播的几率为30%。

小麦锈病蔓延的另一个重要方案是从也门到中东国家，特别是伊朗，到中亚和南亚。如果伊朗遭受Ug99(超过1000公顷)的温和爆发，那么孢子可能会扩散到阿富汗，并可能从那里进一步蔓延到巴基斯坦和印度的北部平原。然而，沿着这条路线的传播仅限于3月和4月相对较短的时间窗口，而小麦通常在南亚收获。

“新的小麦锈病种族正威胁着全世界的小麦，我们需要知道哪些地区面临风险，”资深作者，剑桥大学植物科学系的Chris Gilligan教授说。

“从我们的工作来看，我们现在相信，如果我们在早春开始看到Ug99或其他新的小麦锈菌菌株在也门停留，那么必须立即采取行动以减少进一步传播的风险。”

然而，模拟工作也提供了一些令人鼓舞的消息：从东非国家直接向南亚空气传播疾病的可能性极小，每年只有不到一天的传播事件。

科学团队利用国际玉米和小麦改良中心的田间疾病调查和英国气象局的气象数据作为建模框架的关键输入。

“这项研究使我们能够获得针对不同爆发情景的长期空气传播孢子传播频率的第一次定量估计。我们编制了从关键疾病地点向重要小麦生产国传播病原体的风险评估。这些评估可以有效地为监测和控制策略，“该研究的第一作者剑桥的Marcel Meyer说。

该团队表示，他们的工作，包括三维孢子散布动画和一个分散趋势目录(指示可能的方向，频率，病原体负荷)，提供了提高认识，沟通风险和告知农业利益相关者的新方法。

他们的建模框架可以作为分析风险的工具，以防在其他地理区域发现新的疾病菌株。这已经有助于估算欧洲和西伯利亚其他疾病的传播风险。在正在进行的工作中，该团队正在开发预警系统，预测东非最大的小麦生产国埃塞俄比亚的锈病风险。

“来自植物科学和大气弥散科学的综合专业知识提供了突破性工具，突出了风险，并支持管理这些疾病的破坏性潜力，”英国气象局的合着者Matthew Hort博士说。