Vete infekterat med stamrost. Kredit:CIMMYT
stam rost, uppkallad efter de svärtande pustlarna som infekterar växtstammar, orsakade förödande skördeepidemier och svält i århundraden innan de tämjdes av fungicider och resistensgener.
Sedan sekelskiftet, dock, aggressiva nya stammar har dykt upp – som "Ug99", upptäcktes först i Uganda 1999 – som infekterar vitt odlade vetesorter. Dessa sjukdomar hotar att sprida biljoner patogena svampsporer på vindar över länder och kontinenter. Den nuvarande globala ekonomiska förlusten från vetestamrost är cirka 1 miljard USD per år.
Rädslan är att dessa luftburna och mycket virulenta stammar kan spridas från kända platser till några av världens viktigaste "brödkorg"-regioner, såsom Punjab i södra Asien, där dessa stammar ännu inte har upptäckts.
Nu, ett team av forskare från University of Cambridge, UK Met Office och CIMMYT (International Maize and Wheat Improvement Centre) har anpassat modellsystem som tidigare använts för att prognostisera, askspridning från vulkanutbrott och strålning från kärnkraftsolyckor (NAME), för att förutsäga när och hur Ug99 och andra sådana stammar mest sannolikt kommer att spridas.
Forskningen, publiceras idag i tidskriften Natur Växter , kvantifierar för första gången omständigheterna – rutter, tidpunkter och utbrottsstorlekar – under vilka farliga stammar av stamrost utgör ett hot från långväga spridning från Östafrika till de stora veteproducerande områdena i Indien och Pakistan.
Resultaten lyfter fram Jemens roll som en potentiell "språngbräda" för överföring av sjukdomen mellan kontinenter. Nyckelscenariot för sjukdomsspridning är från Jemen direkt till Pakistan eller Indien. I händelse av ett stort utbrott i östra Jemen tyder resultaten på en 30% risk för överföring.
Ett annat viktigt scenario för spridning av veterost är från Jemen genom länder i Mellanöstern, särskilt Iran, till Central- och Sydasien. Om Iran skulle drabbas av ett måttligt utbrott av Ug99 – mer än 1000 hektar – så skulle sporer sannolikt spridas till Afghanistan, och därifrån potentiellt vidare till Pakistans och Indiens norra slätter. Dock, överföring längs denna rutt är begränsad till ett relativt kort tidsfönster i mars och april, innan vete skördas vanligtvis i södra Asien.
(A) Detta är ett spridningsnätverk av sporer på långa avstånd mellan alla större veteproducerande länder i södra/östra Afrika, Mellanöstern och Central/Sydasien. Noder representerar länder; samhällen av samma färg indikerar regioner med hög luftburen anslutning; storleken på noderna indikerar nodstyrka; cirkeldiagram visar andelen utstyrka till total nodstyrka (som indikerar givar- och receptorländer). (B) Sporöverföringsfrekvenser längs huvudsakliga migrationsvägar i Rift Valley-zonen för scenariot med stora utbrott. Kredit:Matthew Hort
"Nya raser av veterost hotar vete över hela världen, och vi behöver veta vilka områden som är i riskzonen, " sa seniorförfattaren prof Chris Gilligan, från Cambridges institution för växtvetenskaper.
"Från vårt arbete, vi tror nu att om vi börjar se Ug99 eller andra nya veteroststammar få fäste i Jemen tidigt på våren så måste åtgärder vidtas omedelbart för att minska risken för ytterligare spridning."
Dock, modelleringsarbetet erbjuder också några uppmuntrande nyheter:luftburen överföring av sjukdomen från östafrikanska länder direkt till Sydasien är högst osannolik, med sändningshändelser endast möjliga på mindre än en dag om året.
Det vetenskapliga teamet använde fältsjukdomsundersökningar från International Maize and Wheat Improvement Center och väderdata från UK Met Office som nyckeldata för modelleringsramverket.
"Denna forskning har gjort det möjligt för oss att erhålla de första kvantitativa uppskattningarna av långvariga luftburna sporers överföringsfrekvenser för olika utbrottsscenarier. Vi har sammanställt riskbedömningar för patogenspridning från viktiga sjukdomsplatser till viktiga veteproducerande länder. Dessa bedömningar kan effektivt informera övervakning och kontrollstrategier, " sa Cambridges Marcel Meyer, studiens första författare.
Teamet säger att deras arbete, inklusive animationer för spridning av 3D-sporer och en katalog över spridningstrender (som indikerar troliga riktningar, frekvenser, patogenbelastningar), ger nya sätt att öka medvetenheten, kommunicera risker, och informera jordbrukets intressenter.
Deras modelleringsramverk kan användas som ett verktyg för att analysera risker om nya sjukdomsstammar skulle upptäckas i andra geografiska områden. Detta har redan hjälpt till att uppskatta spridningsrisker från platser för andra sjukdomar i Europa och Sibirien. I det pågående arbetet utvecklar teamet ett tidig varningssystem som förutsäger rostrisk i Etiopien, Östafrikas största veteproducerande land.
"Den kombinerade expertis från växtvetenskap och atmosfärisk spridningsvetenskap har levererat banbrytande verktyg som lyfter fram riskerna, och stödja hanteringen av den förödande potentialen hos dessa sjukdomar, sa Dr Matthew Hort, medförfattare från Storbritanniens Met Office.
