活的植物病原体可以在尘埃上穿越海洋

植物病原体可以搭上灰尘的便车并保持活力，有可能穿越地球感染遥远的地区，这一发现对全球粮食安全和预测未来的疫情具有重要意义。

9月25日发表在《环境研究快报》杂志上的一项名为“评估土源植物病原体的长距离大气迁移”的研究首次提供了计算机建模证据，以支持大规模沙尘暴可以跨大陆和海洋运输活病原孢子的观点。

地球系统模型模拟了一场绰号为“哥斯拉”的大沙尘暴，该沙尘暴于 2022 年夏季将大约 2400 万吨尘埃从北非穿过大西洋带到加勒比海和美国东南部。

研究人员发现，致命的真菌植物病原体尖孢镰刀菌（F. oxy）的活孢子可以跨洋运输，并可能沉积在包括农业生产区在内的一系列地区，最重要的是路易斯安那州东南部，墨西哥，海地和多米尼加共和国，古巴的风险特别高。

“我们发现这次哥斯拉尘埃事件可能带来了超过13,000个活孢子，这不是很多，但以前从未以任何方式证明可行的土壤传播病原体可以与灰尘一起跨洋运输，”该研究的共同作者，康奈尔农业技术植物病理学助理教授Kaitlin Gold说。

建模工作包括先前对F. oxy生存能力的研究，表明由于紫外线辐射暴露，99%的孢子在空气中传播后三天内被杀死，这一因素与可变的孢子大小，重量和密度一起包含在模型中。

“对于长距离运输，当我们只看总孢子时，包括那些在大气中可能失活的孢子，我们看到有很多孢子正在长距离传播，”该论文的第一作者Hannah Brodsky’22说，他在Natalie Mahowald的实验室进行这项工作，Natalie Mahowald是该研究的资深作者，也是康奈尔大学地球与大气科学系的Irving Porter Church工程学教授。工程。

“真正限制通过长途运输传播的潜在疾病是它们在农业地区降落时是否仍然可行，”布罗茨基说。

研究人员还研究了洲际运输，靠近源头的区域 – 孢子可能在空气中传播的时间更短 – 可能接收了大部分可行的孢子沉积。

“全球某些地区更有可能发生活孢子的运输，例如在欧洲，亚洲和北非之间，”布罗茨基说。

戈尔德说，这些地区承担的风险最大，因为农民有可能在灰尘和病原体来源的地方附近种植普通作物。

土壤适应性的F. oxy在所有六个作物生产大陆都存在，可以感染100多种作物和其他植物，导致高达60%的作物损失，在某些地区造成数亿美元的损失。

因此，了解真菌病害如何传播并确定活孢子可能沉积的农业区域对于确保全球粮食安全至关重要。

虽然F. oxy是土壤适应的，并且在空气中传播时不能很好地生存，但研究人员发现病原体附着在尘埃云中的土壤颗粒上。

在这项研究中，研究人员对不同物种的1,100多个参考文献进行了详尽的文献搜索，以创建一个交互式网络地图，显示土壤中不同的孢子浓度。与早期版本中使用的孢子均匀分布相比，这些数据将模型结果的准确性提高了一个数量级。

研究人员发现，撒哈拉以南非洲是所有活孢子的53%和横跨大西洋的14%活孢子的来源。

“这是应该成为解决这种疾病的目标的地区，”戈尔德说。

研究人员指出，这项研究是初步的，未来的工作重点是收集观测数据以证实模型的结果 – 包括创建沙尘暴的遥感图和尘埃源和疾病爆发区域之间F. oxy的基因组比较。

宾夕法尼亚州立大学植物病理学家Sharifa Crandall和NASA喷气推进实验室的研究技术专家Ryan Pavlick是合著者。布罗茨基目前是科罗拉多州戈尔登国家可再生能源实验室的研究员。

该研究由美国宇航局资助。