Влияние изменения климата на патогены растений, продовольственную безопасность и пути вперед

Nature Reviews Microbiology (2023) Цитировать эту статью

15 тысяч доступов

10 цитат

191 Альтметрика

Подробности о метриках

Вспышки болезней растений создают значительные риски для глобальной продовольственной безопасности и экологической устойчивости во всем мире и приводят к потере первичной продуктивности и биоразнообразия, что отрицательно влияет на экологические и социально-экономические условия пострадавших регионов. Изменение климата еще больше увеличивает риски вспышек, изменяя эволюцию патогенов и взаимодействие между хозяином и патогеном, а также способствуя появлению новых патогенных штаммов. Ассортимент патогенов может измениться, что приведет к увеличению распространения болезней растений на новые территории. В этом обзоре мы исследуем, как давление болезней растений может измениться при будущих климатических сценариях и как эти изменения будут связаны с продуктивностью растений в природных и сельскохозяйственных экосистемах. Мы изучаем текущие и будущие последствия изменения климата на биогеографию патогенов, заболеваемость и тяжесть заболеваний, а также их влияние на природные экосистемы, сельское хозяйство и производство продуктов питания. Мы предполагаем, что внесение изменений в нынешнюю концептуальную основу и включение экоэволюционных теорий в исследования могут улучшить наше механистическое понимание и прогнозирование распространения патогенов в будущих климатических условиях, чтобы смягчить будущий риск вспышек заболеваний. Мы подчеркиваем необходимость взаимодействия науки и политики, которое тесно сотрудничает с соответствующими межправительственными организациями для обеспечения эффективного мониторинга и борьбы с болезнями растений в соответствии с будущими климатическими сценариями, для обеспечения долгосрочной продовольственной и питательной безопасности, а также устойчивости природных экосистем.

Рост заболеваемости и серьезности вспышек болезней растений создает значительные и растущие риски для первичной продуктивности, глобальной продовольственной безопасности и утраты биоразнообразия для многих уязвимых регионов мира1,2,3,4,5,6,7. Эти вспышки болезней приводят к урожаю и экологическим потерям. Например, ежегодные потери урожая, вызванные патогенами (микроорганизмами, которые вызывают болезни и ограничивают здоровье и продуктивность хозяина) и вредителями, оцениваются в 220 миллиардов долларов США3,4,5,6, что напрямую влияет на продовольственную безопасность, региональную экономику и другие связанные социальные проблемы. -экономические аспекты. Ситуация усугубляется послеуборочными потерями, вызванными патогенными микроорганизмами, такими как Penicillium spp. и Xanthomonas euvesicatoria1. Кроме того, изменение климата создает повышенный риск усиления заболеваний растений, ставя под угрозу мировые запасы продовольствия и естественное биоразнообразие растений7,8,9. Предполагается, что любой потенциальный прирост урожайности в следующие пять десятилетий будет нивелирован изменением климата, вызванным распространением болезней, вызванных известными и новыми патогенами10. Аналогичным образом, распространение патогенов, связанное с изменением климата, считается одной из основных угроз здоровью лесов во всем мире11. Таким образом, для развития климатически устойчивых сельскохозяйственных и природных экосистем необходимо улучшить знания о влиянии изменения климата на молекулярные, эпидемиологические и экологические взаимодействия между патогенами, растениями и связанными с ними микробными сообществами4,6.

Растения заражаются разнообразным спектром патогенов, включая бактерии, грибы, оомицеты, вирусы и нематоды, которые различаются по образу жизни (биотрофы, получающие питательные вещества из живых клеток, до некротрофов, получающие питательные вещества из мертвых клеток), стратегиями заражения (внутриклеточными или внеклеточные) и целевые ткани растений (например, ксилема, флоэма, корни или листья) (дополнительная таблица 1). Ключевой задачей прогнозирования болезней растений в пространстве и времени является понимание того, как эти различные патогены взаимодействуют и реагируют на многочисленные факторы, вызывающие заболевания (например, другие патогены, хозяева/переносчики, комменсальные микроорганизмы и окружающую среду), и как они совместно реагировать на изменение климата. Теоретически изменение климата может способствовать заражению растений разными способами, в том числе путем изменения эволюции патогенов, изменения взаимодействия хозяин-патоген и физиологии переносчиков, а также содействия появлению новых штаммов патогенов, которые, в свою очередь, могут снизить устойчивость растения-хозяина7,12,13 . Изменение климата также может привести к изменению ареала патогенов и хозяев, что приведет к увеличению распространения болезней растений на новые территории8,10,14,15. Тем не менее, мы обладаем ограниченными знаниями о том, как различные компоненты изменения климата (например, колебания температуры и количества осадков) и их взаимодействие с антропогенной деятельностью влияют на патогены растений как в сельскохозяйственных, так и в природных экосистемах. Например, при прогнозируемых сценариях изменения климата численность грибковых почвенных патогенов растений, вероятно, увеличится в большинстве природных экосистем, что будет иметь значительные, но не поддающиеся количественной оценке последствия для первичной продуктивности во всем мире14. Аналогичным образом, изменение относительной влажности влияет на численность и инфекционность патогенов16.