Stam roest, genoemd naar de zwart wordende puisten die plantenstengels infecteren, veroorzaakte eeuwenlang verwoestende gewasepidemieën en hongersnood voordat ze werden getemd door fungiciden en resistentiegenen.

Sinds de eeuwwisseling echter, agressieve nieuwe soorten zijn ontstaan, zoals 'Ug99', voor het eerst ontdekt in Oeganda in 1999, die veel geteelde tarwevariëteiten infecteren. Deze ziekten dreigen biljoenen pathogene schimmelsporen op winden over landen en continenten te verspreiden. Het huidige wereldwijde economische verlies door roest van tarwestengels bedraagt ​​ongeveer US $ 1 miljard per jaar.

De angst is dat deze in de lucht verspreide en zeer virulente soorten zich zouden kunnen verspreiden van bekende locaties naar enkele van 's werelds belangrijkste 'graanschuren'-regio's, zoals de Punjab in Zuid-Azië, waar deze stammen nog niet zijn gedetecteerd.

Nutsvoorzieningen, een team van wetenschappers van de Universiteit van Cambridge, het UK Met Office en CIMMYT (International Maize and Wheat Improvement Centre) hebben modelleringssystemen aangepast die eerder werden gebruikt om te voorspellen, asverspreiding van uitbarstende vulkanen en straling van nucleaire ongevallen (NAAM), om te voorspellen wanneer en hoe Ug99 en andere soortgelijke stammen zich het meest waarschijnlijk verspreiden.

Het onderzoek, vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Planten , kwantificeert voor het eerst de omstandigheden - routes, tijdstippen en uitbraakgroottes - waaronder gevaarlijke stammen roest een bedreiging vormen van verspreiding over lange afstand vanuit Oost-Afrika naar de grote tarweproducerende gebieden in India en Pakistan.

De resultaten benadrukken de rol van Jemen als een potentiële 'opstap' voor de overdracht van de ziekte tussen continenten. Het belangrijkste scenario voor de verspreiding van ziekten is van Jemen rechtstreeks naar Pakistan of India. In het geval van een grote uitbraak in Oost-Jemen wijzen de resultaten op een kans van 30% op overdracht.

Een ander belangrijk scenario voor verspreiding van tarweroest is van Jemen via landen in het Midden-Oosten, in het bijzonder Iran, naar Centraal- en Zuid-Azië. Als Iran een matige uitbraak van Ug99 zou krijgen - meer dan 1000 hectare - dan zouden de sporen zich waarschijnlijk naar Afghanistan verspreiden, en van daaruit mogelijk verder naar de noordelijke vlakten van Pakistan en India. Echter, transmissie langs deze route is beperkt tot een relatief korte tijdspanne in maart en april, voordat tarwe typisch wordt geoogst in Zuid-Azië.

"Nieuwe rassen van tarweroest bedreigen tarwe wereldwijd, en we moeten weten welke gebieden gevaar lopen, " zei senior auteur prof. Chris Gilligan, van Cambridge's Department of Plant Sciences.

"Van ons werk we zijn nu van mening dat als we in het vroege voorjaar Ug99 of andere nieuwe tarweroestsoorten in Jemen beginnen op te treden, er onmiddellijk actie moet worden ondernomen om het risico van verdere verspreiding te verkleinen."

Echter, het modelleringswerk biedt ook bemoedigend nieuws:de overdracht van de ziekte via de lucht van Oost-Afrikaanse landen rechtstreeks naar Zuid-Azië is hoogst onwaarschijnlijk, met transmissiegebeurtenissen die slechts op minder dan één dag per jaar mogelijk zijn.

Het wetenschappelijke team gebruikte veldziekteonderzoeken van het International Maize and Wheat Improvement Centre en weergegevens van het UK Met Office als belangrijke input voor het modelleringskader.

"Dit onderzoek heeft ons in staat gesteld de eerste kwantitatieve schattingen te verkrijgen van de transmissiefrequenties van sporen via de lucht op lange termijn voor verschillende uitbraakscenario's. We hebben risicobeoordelingen samengesteld voor de verspreiding van ziekteverwekkers van belangrijke ziektelocaties naar belangrijke tarweproducerende landen. Deze beoordelingen kunnen bewaking en controle strategieën, " zei Cambridge's Marcel Meyer, de eerste auteur van de studie.

Het team zegt hun werk, inclusief 3-D sporenverspreidingsanimaties en een catalogus van verspreidingstrends (met indicatie van waarschijnlijke richtingen, frequenties, ziekteverwekkers), biedt nieuwe manieren om het bewustzijn te vergroten, risico's communiceren, en informeren van agrarische belanghebbenden.

Hun modelleringskader kan worden toegepast als een hulpmiddel om risico's te analyseren voor het geval er nieuwe ziektestammen worden ontdekt in andere geografische gebieden. Dit heeft al geholpen bij het inschatten van verspreidingsrisico's van locaties met andere ziekten in Europa en Siberië. In lopende werkzaamheden ontwikkelt het team een ​​Early Warning System dat het roestrisico in Ethiopië voorspelt, Het grootste tarweproducerende land van Oost-Afrika.

"De gecombineerde expertise van plantenwetenschappen en atmosferische dispersiewetenschappen heeft baanbrekende tools opgeleverd die de risico's benadrukken, en het beheer van het verwoestende potentieel van deze ziekten ondersteunen, " zei Dr Matthew Hort, co-auteur van het Britse Met Office.