Undersøgelse identificerer sandsynlige scenarier for global spredning af ødelæggende afgrødesygdomme

stilk rust, opkaldt efter de sorte pustler, der inficerer plantestængler, forårsaget ødelæggende afgrødeepidemier og hungersnød i århundreder, før de blev tæmmet af fungicider og resistensgener.

Siden århundredskiftet har imidlertid, aggressive nye stammer er dukket op - såsom 'Ug99', første gang opdaget i Uganda i 1999 - som inficerer vidt dyrkede hvedesorter. Disse sygdomme truer med at sprede billioner af patogene svampesporer på vinde på tværs af lande og kontinenter. Det nuværende globale økonomiske tab fra hvedestammerust er cirka 1 milliard USD om året.

Frygten er, at disse luftbårne og meget virulente stammer kan spredes fra kendte steder til nogle af verdens vigtigste 'brødkurv'-regioner, såsom Punjab i Sydasien, hvor disse stammer endnu ikke er blevet påvist.

Nu, et team af videnskabsmænd fra University of Cambridge, UK Met Office og CIMMYT (International Maize and Wheat Improvement Centre) har tilpasset modelleringssystemer, der tidligere er blevet brugt til at forudsige, askespredning fra vulkaner i udbrud og stråling fra atomulykker (NAVN), at forudsige hvornår og hvordan Ug99 og andre sådanne stammer med størst sandsynlighed vil sprede sig.

Forskningen, offentliggjort i dag i tidsskriftet Natur Planter , kvantificerer for første gang omstændighederne - ruter, tidspunkter og udbrudsstørrelser - under hvilke farlige stammer af stilkrust udgør en trussel fra langdistancespredning ud af Østafrika til de store hvedeproducerende områder i Indien og Pakistan.

Resultaterne fremhæver Yemens rolle som en potentiel 'springbræt' for overførsel af sygdommen mellem kontinenter. Det centrale scenarie for spredning af sygdomme er fra Yemen direkte til Pakistan eller Indien. I tilfælde af et stort udbrud i det østlige Yemen indikerer resultaterne en 30% chance for, at smitte sker.

Et andet vigtigt scenarie for spredning af hvederust er fra Yemen gennem mellemøstlige lande, især Iran, til Central- og Sydasien. Hvis Iran skulle lide et moderat udbrud af Ug99 - mere end 1000 hektar - ville sporer sandsynligvis spredt sig til Afghanistan, og derfra potentielt videre til Pakistans og Indiens nordlige sletter. Imidlertid, transmission langs denne rute er begrænset til et relativt kort tidsvindue i marts og april, før hvede typisk høstes i Sydasien.

"Nye racer af hvederust truer hvede verden over, og vi har brug for at vide, hvilke områder der er i fare, " sagde seniorforfatter prof Chris Gilligan, fra Cambridge's Department of Plant Sciences.

"Fra vores arbejde, Vi mener nu, at hvis vi begynder at se Ug99 eller andre nye hvederust-stammer tage fat i Yemen i det tidlige forår, så skal der straks sættes ind for at mindske risikoen for yderligere spredning."

Imidlertid, modelarbejdet giver også nogle opmuntrende nyheder:luftbåren overførsel af sygdommen fra østafrikanske lande direkte til Sydasien er meget usandsynlig, med overførselshændelser kun mulig på mindre end en dag om året.

Det videnskabelige hold brugte feltsygdomsundersøgelser fra International Maize and Wheat Improvement Center og vejrdata fra UK Met Office som nøgleinput til modelleringsrammen.

"Denne forskning har gjort det muligt for os at opnå de første kvantitative estimater af langsigtede luftbårne sporetransmissionsfrekvenser for forskellige udbrudsscenarier. Vi har udarbejdet risikovurderinger for patogenspredning fra centrale sygdomssteder til vigtige hvedeproducerende lande. Disse vurderinger kan effektivt informere overvågning og kontrolstrategier, " sagde Cambridges Marcel Meyer, undersøgelsens første forfatter.

Holdet siger deres arbejde, inklusive 3D-sporespredningsanimationer og et katalog over spredningstendenser (der angiver sandsynlige retninger, frekvenser, patogenbelastninger), giver nye måder at øge bevidstheden på, kommunikere risici, og informere landbrugets interessenter.

Deres modelleringsramme kan anvendes som et værktøj til at analysere risici, hvis nye sygdomsstammer skulle blive afsløret i andre geografiske områder. Dette har allerede hjulpet med at estimere spredningsrisici fra steder med andre sygdomme i Europa og Sibirien. I det løbende arbejde udvikler holdet et tidligt varslingssystem, der forudsiger rustrisiko i Etiopien, Østafrikas største hvedeproducerende land.

"Den kombinerede ekspertise fra plantevidenskab og atmosfærisk spredningsvidenskab har leveret banebrydende værktøjer, der fremhæver risici, og støtte håndteringen af ​​disse sygdommes ødelæggende potentiale, " sagde Dr Matthew Hort, medforfatter fra det britiske Met Office.