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作者：李乐，南京农业大学在读博士研究生，主要开展草地土壤有益微生物研究。 周刊主要展示LorMe团队成员优秀周报，每周定期为您奉上学术盛宴！本周期刊为您介绍气候变化对植物病原体、粮食安全的影响和展望，原文于2023年发表在《Nature Reviews Microbiology》（Web of Science高被引论文），悉尼大学霍克斯伯里环境研究所的Brajesh K. Singh教授为论文通讯作者，刘洪伟研究员，西班牙国家研究委员会自然资源和农业生物研究所Manuel Delgado-Baquerizo博士和美国科学院院士Jan E Leach等参与了该项研究。
植物病害暴发对全球粮食安全和全世界环境可持续性构成重大风险，对社会经济条件产生不利影响。气候变化通过改变病原体的进化和宿主-病原体的相互作用并促进新的致病菌株的出现以及病原菌位置的改变，进一步增加了暴发及传播风险。在这篇综述中，作者研究了植物病害压力在未来气候情景下可能发生的变化，以及这些变化将如何与自然和农业生态系统中的植物生产力相关。作者探讨了气候变化对病原体生物地理、疾病发生率和严重程度的当前和未来影响，以及它们对自然生态系统、农业和粮食生产的影响。作者认为，修正目前的概念框架，并将生态进化理论纳入研究，可以提高我们对病原体在未来气候中传播的机制的理解和预测，以降低未来疾病暴发的风险。作者强调需要与相关政府间组织密切合作的科学-政策接口，以便在未来气候情景下对植物疾病进行有效监测和管理，以确保长期的粮食和营养安全以及自然生态系统的可持续性。预测气候变化对植物病害的影响是复杂而具有挑战性的，因为涉及植物、病原体和环境的多个方面。气候变化可以通过改变植物宿主和/或病原体的生化、生理、生态和进化过程来间接影响植物与病原体的相互作用（图1）。有限但越来越多的证据表明气候变化（高温、CO2升高、水资源供应，以及综合影响）对病原体毒力和病害发展有直接影响。另外，多种环境因素与土壤传播的病原体相互作用，解释了这些微生物在全球范围内分布的复杂模式（图1、2）。病原体分布的全球变化令人担忧，病原体在新入侵地区和新宿主中造成的损害比在其原生地区和宿主中造成的损害更大。
图1：疾病三角范式中的一个新视角，认为植物微生物组是影响植物病害的关键因素。环境变化和人类活动，如全球贸易和气候变化，加剧了农作物疾病的风险。现代农业中单一作物种植和高密度种植使得强毒性病原体更容易出现，同时过度使用农药也导致新的病原体快速发展。国际贸易等活动可使病原体传播到新区域，通过基因交换适应当地宿主。自然资源的减少降低了农业生态系统的多样性。研究表明，土壤和植物微生物群能影响疾病的发生，通过支持或抑制病原体、影响植物的生理和免疫反应来保护植物。了解微生物群的作用有助于更好地预测、监控和管理疾病。改善土地管理可以增强土壤健康，通过微生物群落的多样性和功能来抑制作物病害。 
图2：土壤传播病原体的相对丰度从当前气候到未来气候的预测变化。目前土壤中常见的植物病原体Phytophthora spp.、Pythium spp.（图a）和Penicillium sp.（图b）的数量。在预测的2050年未来气候下，这些病原体数量的预计变化：Phytophthora spp. 和 Pythium spp.（图c）以及 Penicillium sp.（图d）。 2. 气候变化、植物微生物组和病害 植物微生物组对气候变化的反应也会间接影响疾病的发生率。植物微生物组可能受到气候变化的影响，包括来自土体或根际土壤的起始接种物的改变以及宿主反应，包括宿主生理、形态、根系分泌物和免疫反应的变化（图3）。
图3：植物微生物组对新气候的响应及其对疾病发生的影响。面对气候变化，作者提出了四种植物微生物群的反应情景：a, 在气候变化前，植物依靠复杂的机制（如免疫反应、根系分泌和激素平衡）与土壤中的微生物群共存，尤其是根际微生物群为植物提供了抵御病原体的第一道防线。气候变化可能改变这种微生物群的结构，影响植物的免疫力和根际微生物群的组成，减弱对病原体的防御。b, 植物通过复杂的免疫系统维持与自身相关微生物群的平衡。气候变化可能改变植物生理和免疫反应，限制植物吸引和组装有益微生物的能力，导致微生物群失衡和疾病发生。c, 植物迁移到新地点可能打乱其免疫系统和与土壤微生物的共生关系，增加对本地病原体的敏感性，但也可能使某些植物逃避病原体。d, 植物在受到病原体攻击时会招募有益微生物的策略，在气候变化下也可能改变，可能影响植物产生吸引有益微生物信号分子的能力或对这些信号的反应。气候变化也可能通过丰富有益微生物或增强植物免疫反应来减轻病原体攻击的影响。 （1）可持续土地管理的现代农业、病原体和未来缓解战略（2）在全球变化下监测、管理和减轻疾病风险的技术创新为了有效地管理植物病害，我们建议建立一个知识中心和科学-政策接口网络。知识中心可以帮助收集、分析和存储数据，并为监测和预测疾病进展和风险提供证据和工具。为了高效，诸如全球监测系统之类的网络需要建立在地方、区域和全球范围内运作的科学-政策-社会接口。当前的研究缺乏一些关键的基础知识，无法利用新兴工具来管理疾病风险。一个整体的解决方案将需要我们现有的知识在疾病监测和化学控制之外进行重大扩展。我们需要提高对病原体、媒介和宿主对气候变化的生物、生态和进化反应的理解。论文信息 原名：Climate change impacts on plant pathogens, food security and paths forward 译名：气候变化对植物病原体、粮食安全的影响和展望 期刊：Nature Reviews Microbiology IF2023：88.1
DOI：10.1038/s41579-023-00900-7 发表时间：2023年10月 通讯作者：Brajesh K. Singh 通讯作者单位：悉尼大学霍克斯伯里环境研究所
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