Nature子刊 | 加州大学伯克利分校揭示气候变化引起植物锈病的非线性变化！

传染性植物病害正在重塑生态系统，扰乱全球粮食供应，并威胁人类健康。例如，玉米致死型坏死病 (MLN) 的范围扩大威胁着全球玉米生产，而荷兰榆树病和板栗疫病从根本上改变了北美的森林。实验和实地研究表明，传染病可以对温度和湿度条件的变化高度敏感，许多研究预测气候变化下传染性植物病害的范围将扩大（Nature Climate Change | 英国埃克塞特大学揭示气候变化通过植物病害影响作物产量！Nature Communications | 农作物病原菌表现出显著的适应性）。然而，令人惊讶的是，几乎没有证据将气候变化与植物病害范围扩大直接联系起来。这可能是由于数据限制和混杂因素（例如土地利用变化和物种易位）的存在，这些因素通常会混淆气候信号。

随着传染病因气候变化而扩展到其范围的前缘之外，在条件变得过于炎热和干燥的后缘也可能发生收缩。传染病有高温和低温的耐受性和湿度要求。这种非线性的、驼峰状的关系表明，气候变化可以改变空间中气候最优的位置，导致整个地理范围内病害流行的增加和减少（图 1a、a.1）。最近的研究表明气候变化引起的病害增加使用的观测数据仅涵盖气候范围的一小部分。虽然这些地区的气候-病害关系更可能是单调的，但在未来的气候变化情景下，这种关系可能会变得非线性，导致某些地区的病害减少。尽管长期以来一直预测到非线性病害范围变化（即，病原体范围内流行率的增加和减少），但很少有研究在原位确定这种关系。

图 1：当疱锈病因气候变化而移动到更高海拔时，可以与疱锈病相互作用的生物-非生物因素的概念图

2021年8月24日，国际权威学术期刊Nature Communications发表了美国加州大学伯克利分校John J. Battles团队的最新相关研究成果，题为Nonlinear shifts in infectious rust disease due to climate change的研究论文。

在气候变化下，预计传染性植物病害的范围会发生变化。随着植物病害的移动，预计出现的非生物-生物相互作用会改变它们的分布，从而导致病害风险的意外变化。然而，气候变化导致的这些复杂范围变化的证据仍然主要是推测性的。本研究将对传染性树木病害、白松疱锈病的长期研究与对内华达山脉南部干旱-病害相互作用的六年实地评估相结合。结果发现1996年至2016年间的气候变化将病害的最佳气候移至更高的海拔。非线性气候变化-病害关系导致干旱地区疾病流行率估计下降5.5(4.4-6.6) 个百分点 (p.p.)，寒冷地区估计增加6.8(5.8-7.9) 个百分点 (p.p.)。尽管气候变化可能将疱锈病的适宜区域扩大了777.9(1.0-1392.9) 平方公里，进入以前不适宜居住的地区，但宿主-病原体和干旱-病害相互作用的结合导致两次调查之间的平均病害流行率大幅下降 (32.79%) 。具体来说，即使气候条件变得更合适，替代宿主丰度的下降抑制了高海拔地区的感染概率。此外，干旱-病害相互作用在干旱梯度上的强度和方向各不相同——可能会降低低海拔的感染风险，同时增加高海拔的感染风险。这些结果突出了干旱在改变宿主-病原体-干旱相互作用中的关键作用。跨地形梯度的干旱变化可以强烈地调节植物病害范围的变化以响应气候变化。

图 2：样点描述

图 3：疱锈与VPD之间的非线性关系

图 4：气候变化对SEKI疱锈病的影响

图 5：受感染和未受感染的宿主对干旱的不同反应

图 6：空间变化的非生物-生物相互作用可能改变了疱锈病范围的变化

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