Växtsjukdomars spridningsvägar kartläggs med nya matematiska modeller

Analys av mjöldaggsparasitens spridningsprocess banar väg för nytt sätt att kartlägga växtsjukdomars spridningsvägar.

Forskare vid Helsingfors universitet har kombinerat data om växtsjukdomen mjöldagg med uppgifter om vägnät och växtbestånd för att kartlägga hur mjöldaggens sporer sprider sig i naturen.

 

Resultatet visar att de mjöldaggsepidemier som får sin början vid vägkanter är större och mer långvariga än de epidemier som brutit ut på en äng eller vid ett annat ställe på längre avstånd från trafikleder. Det här beror på att trafiken virvlar upp sporerna kring vägkanten.

– Spridningsprocessen avgör var sjukdomen dyker upp och hur stor epidemin blir. Medan sjukdomar hos människor sprids via sociala nätverk, sprids växtsjukdomar t.ex. längs vattendrag och flodstränder, via flyttfåglars rutter och flygtrafikleder eller, som i mjöldaggens fall, med luftströmmar. Kunskap om dessa processer hjälper oss att förstå växtsjukdomarnas förekomst och biologi, säger forskardoktor Elina Numminen vid Helsingfors universitet.

Mjöldagg är en ofta förekommande växtsjukdom som angriper blad, stjälkar och frukter med en vit mjöllik beläggning. Sjukdomen kan orsaka omfattande skador på bl.a. fruktträd och stråsädesslag.  För att få fram dess spridningsmönster kombinerade forskarna data om växtsjukdomen med uppgifter om vägnät och växtbestånd.

– Att kombinera de stora mängderna data var en utmaning. Det krävde både nya statistiska modeller och räknekraft som vi inte hade tillgång till för tio år sedan.

Resultatet är en exaktare bild av mjöldaggens spridningsmönster och en metod som även kan användas t.ex. för att studera nytillkomna, invasiva eller utrotningshotade arter.

–  I nuläget baserar sig många bedömningar av t.ex. utrotningshotade arter på enkla statistiska analyser. Genom att införa ekologisk realism som återspeglar verkligheten i naturen i de statistiska modellerna får vi en mer tillförlitlig analys. Det är viktigt när vi försöker förutspå framtida miljöförändringar.

Rumsintegrationsanalys (eng. closeness centrality)

Rumsintegrationsanalys (eng. closeness centrality) av svartkämpepopulationerna på Åland som beskriver en populations avstånd till alla andra populationer (enligt färdväg, inte fågelväg). Ju varmare färg en population har (lila)  desto kortare färdavstånd till de övriga. Figur: Numminen & Laine (2020) 

Genhetsanalys (eng. betweeness centrality

Genhetsanalys (eng. betweeness centrality) av svartkämpepopulationerna på Åland. De färgade cirklarna visar hur central plats i det åländska vägnätet svartkämpepopulationen växer på. Stora röda cirklar innebär att populationen ligger centralt mellan många start- och målpunkter, d.v.s. vid större och mer trafikerade vägar. Figur: Numminen & Laine (2020) 

Undersökningen presenteras i en vetenskaplig artikel i tidskriften PLOS Computational Biology .

Numminen E, Laine A-L (2020) The spread of a wild plant pathogen is driven by the road network. PLoS Comput Biol 16(3): e1007703. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007703

Mer information:

EN
Elina
Numminen
forskardoktor
Avdelningen för matematik och statistik
Vetenskapsgren Ekologi, evolutionsbiologi, Statistik