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湿度和高温对于预测全球真菌病的爆发很重要,New Phytologist

花匠小妙招
2024-11-18 03:47

湿度和高温对于预测全球真菌病的爆发很重要
New Phytologist ( IF 8.3 ) Pub Date : 2021-03-13 , DOI: 10.1111/nph.17340
Ferran Romero 1 , Sabrina Cazzato 1 , Florian Walder 1 , Susanne Vogelgsang 2 , S Franz Bender 1, 3 , Marcel G A van der Heijden 1, 3

真菌病原体在世界上的许多作物中造成重大的产量损失。考虑到气候变化，了解哪些气候因素驱动病原体的发生也很重要。在这里，我们使用全球新兴疾病爆发电子报告系统 (ProMED) 来评估预测真菌病爆发的因素。我们基于 ProMED 数据库的结果表明，高温是病原体发病率的重要驱动因素。我们进一步证明，在预测真菌植物病害爆发方面，湿度的重要性大约是高温的两倍。我们在此强调，为了预测疾病发病率，扩增子测序数据应辅以实际疾病爆发的报告，并且应使用物种特异性标记物确认特定病原体物种的流行。

气候变化预计将对全球农业生产产生不利影响，因为它会在空间和时间尺度上影响植物病害的发生和严重程度（Howden等， 2007 年）。此外，气候变化还通过减少水的可用性和其他非生物胁迫因素影响植物生长。最近的研究表明，气候变量（例如湿度、温度）是解释潜在致病性土传微生物全球分布的重要驱动因素（Větrovský等人， 2019 年；Delgado-Baquerizo等人， 2020 年））。这些研究对于了解真菌植物病原体对陆地生态系统的全球发病率和潜在影响至关重要。然而，人们仍然知之甚少，土壤病原体的流行程度以及影响它们的因素在多大程度上转化为疾病暴发的发病率。为了提供经验证据，我们使用 ProMED 数据库 (www.promed-mail.org) 分析了全球报告的实际疾病发病率。ProMED 是国际传染病学会 (www.isid.org) 提出的新发疾病暴发的全球电子报告系统，过去已被用于解决不同因素对新发植物疾病的相对贡献（Anderson等等， 2004）。ProMED 数据库基于当局、利益相关者和个人提交给审核数据质量并发布仅包含可靠数据的帖子的审核小组的爆发报告（Yu & Madoff，2004 年）。

在 ProMED 数据库中，我们审查了 264 篇关于真菌疾病的帖子，涵盖 2014-2019 年期间和所有大陆（参见支持信息图 S1）。对于每篇文章，我们检索了档案编号、日期、疾病、位置、宿主、病原体和出现的驱动因素（参见数据集 S1）。我们的研究结果表明，气候变量是病原体发病率的重要驱动因素，并突出了湿度作为实际真菌植物病害爆发的驱动因素的主要作用。

对于 2014-2019 年期间报告真菌爆发的所有帖子，36.4% 的人表示相对湿度的增加可能引发或促进了爆发（图 1）。高温（17.7%）和低温（9.9%）在少数情况下预测疾病。我们的研究结果进一步表明，主要定殖于地上植物器官的病原体，包括真菌属锈菌属和镰刀菌属中的大多数物种，以及真菌样（即卵菌）疫霉属最常被报道为植物病害的病原体（图2). 如果只关注栖息在土壤中的病原真菌，那么主要占据这些生态位的真菌可能会被低估。

图。1

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ProMED 数据库中报告的暴发百分比（2014-2019 年期间；n = 264）确定了疾病暴发开始的主要潜在驱动因素中的给定因素。一些研究报告了疾病爆发，但没有确定疾病的原因（例如“未指定”）。有关更多详细信息，请参阅支持信息数据集 S1。

图 2

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(a) 2014-2019 年期间 ProMED 数据库中报告的主要病原体分布。请注意，真菌不同生殖阶段的分类群名称（例如有形和无性形）被合并并且只报告一次（例如，赤霉属被报告为镰刀菌属）。(b) 根据 ProMED 数据库中报告的信息，四种最相关的植物病原体疾病爆发的主要驱动因素（作为确定给定因素的帖子的百分比）。

土壤传播的潜在植物病原体在全球自然生态系统的土壤中可能相对丰富。最近的一项全球研究表明，在给定采样点，平均 14.4% 的内部转录间隔区 (ITS) 序列被归类为潜在的致病系统型，其中链格孢属、镰刀菌属、文丘里属和Phoma是最丰富的 (Delgado-Baquerizo等人) ., 2020 年）。根据 ProMED 数据库（2014-2019）报告的信息，镰刀菌属（14.0%）、锈菌属（ 12.9%）和疫霉属（ 12.9% ）是最常被检测为植物病害爆发的病原体的属（图2）。在数据库中报告的主要致病菌种中，镰刀菌是唯一在土壤中广泛检测到的菌种。当前研究与 Delgado-Baquerizo等人的研究之间的差异。( 2020 ) 也可以用研究中的生态系统来解释：例如，ProMED 数据库主要关注农业系统，而 Delgado-Baquerizo等人。（2020 年）在分析中包括了许多自然生态系统。此外，在 Delgado-Baquerizo等人中使用的引物对。（2020 年）（针对 ITS 基因）与卵菌不匹配，例如Phytophthora等这些序列没有被检测到。这使得对两项研究的直接比较要谨慎。

报告土壤中病原体分布的研究通常依赖于从下一代测序获得的相对丰度数据（NGS；Riddell等人，2019 年；Ruiz Gómez等人， 2019 年；Větrovský等人， 2019 年；Delgado-Baquerizo等人， 2020 年）。尽管扩增子测序提供了有关微生物分布的重要信息，但测序研究的相对丰度输出无法量化宿主的实际暴露量（Knight等人， 2018) 以及由此产生的疾病严重程度。不幸的是，无法使用统计方法从成分数据中推断出绝对丰度，但最近的研究表明，微生物类群的绝对丰度具有生物学意义（Vandeputte等人， 2017 年）。此外，基于 ITS 的 NGS 数据的分类学分辨率通常保持在属水平，尽管给定分类单元的致病性在同一属内对于一系列物种（包括有益、腐生性、坏死性和致病性物种）可能有很大差异（Walder等人， 2017）。因此，更高的分类分辨率，例如由精确序列变体 (ESV) 结合更长的测序读数和不同的靶基因提供的分类分辨率，可能有助于识别致病性热点 (Knight et al., 2018 )。进一步的工具，包括定量物种特异性 PCR 和/或组学方法，应用于评估真菌病原体的丰度，正如已经对空气和残留物传播的真菌所做的那样（Dannemiller等人， 2014 年）。

根据 Delgado-Baquerizo等人的说法。（2020 年），与海拔、纬度、经度、植被类型或土壤特征相比，气候变量对土壤中真菌病原体的相对丰度的贡献不成比例。与此一致，最近对 3084 个土壤样本的荟萃分析表明，土壤真菌成分的 38.7% 的变异可以用温度变化来解释（Větrovský等， 2019）。我们使用 ProMED 数据库的分析证实，气候变量确实是最有可能解释疾病出现的因素。然而，在详细分析气候变量时，来自 ProMED 数据库的数据表明湿度而非温度是主要因素（图 1）。与此一致，其他作者也指出，年平均降水量是最能预测真菌全球多样性的气候因素（Tedersoo et al., 2014）。湿度主要增加了被诸如高度有毒的真菌属镰刀菌以及卵菌属疫霉属等生物体感染的风险. 根据从 ProMED 检索到的信息，2014-2019 年期间报告的暴发中有 12.9% 是由疫霉属物种引起的（图 2）；大多数这些暴发的湿度增加被确定为出现的可能驱动因素。

我们在此强调将卵菌（例如疫霉）纳入未来全球调查的重要性，因为它们包括重要的植物病原体，预计这些病原体的发病率会因农业集约化和气候变化而增加（Corredor-Moreno 和 Saunders，2020 年）。此外，在气候变化背景下，真菌与卵菌植物病原体对植物病害爆发的相对贡献仍然知之甚少。此外，除了对植物的影响外，真菌病原体还可以作为关键类群，对微生物群落的功能和结构产生重大影响（Banerjee等人， 2018 年）。

总之，我们的工作表明，气候变量（相对湿度、高温和低温）是解释疾病暴发发生的关键因素。因此，我们对新兴植物病害的 ProMED 数据库的分析以及先前对潜在土壤病原体分布的研究强调了农业适应气候变化的必要性（Anderson等， 2020）。我们的分析强调，使用高通量测序预测疾病爆发的研究受益于用有关疾病爆发和严重程度的实际信息补充这些分子数据。最后，更高分辨率的物种水平以及阐明气候变化对病原体的间接影响，例如改良的耕作方式（如轮作、耕作等），值得进一步研究。

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