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Science文章提議:建立作物病害全球監測系統
來源:基因農業網 發布時間:2019-07-08

6月28日,science發表《全球農作物病害監測系統》(A global surveillance system for crop diseases)。文章提出建立一個全球監測系統(GSS),可以將已建立的生物安全實踐和網絡設施惠及到低收入國家,使各國和各地區能夠迅速應對新出現的疾病暴發,以穩定糧食供應,加強全球食品保護。

為了滿足日益增長的糧食需求,全球農業生產必須在2050年之前增加70%。然而,作物病蟲害加劇了全球糧食供應的風險。

在世界范圍內,由病蟲害引起的小麥平均產量損失估計為21.5%、大米為30.0%、玉米為22.6%、馬鈴薯為17.2%、大豆為21.4%。

這些作物為全球人口提供了一半的卡路里。氣候變化和全球貿易進一步加大了植物病害的擴散、宿主范圍和影響,其中許多病害在受到控制一段時間后還能繼續傳播或復發。雖然許多國家級和區域級的植物保護組織(NPPO和RPPO)致力于監測和控制作物病害的爆發,但在許多國家中,特別是低收入國家(LIC),由于沒有有效的信息交換,對于防止疾病形成和傳播的協調反應有延遲。

為了改善對意外作物病害蔓延的反應機制,我們提出了一個全球監測系統(GSS),將已建立的生物安全實踐和網絡設施擴展和整合到低收入國家,使各國和各地區能夠迅速應對新出現的爆發性病害,以穩定糧食供應,加強全球食品保護。

全球網絡改善了人類的健康狀況,加快了對人類傳染病爆發的全球反應。世界衛生組織(WHO)和美國疾病控制和預防中心(CDC)開發和維護這些擁有完善的網絡實驗室的監測系統,用于診斷和促進爆發期間共享數據和信息的規范,并由此更有效、更迅速地解決公共衛生問題。

本著類似的精神,聯合國大會宣布2020年為國際植物健康年,以提高公眾和政策制定者對植物健康重要性的認識,我們預計GSS將有大量機會幫助政府為植物病害爆發事件提供更有針對性和更具成本效益的應對措施。

1951年通過的“國際植物保護公約”(IPPC)為參與國家級和區域級的植物保護組織的國家之間合作提供了基礎,以提高對限定有害生物和病原體的進入和傳播對農業威脅的認識。這一由183個國家級植物保護組織和10個區域級的植物保護組織組成、與國際植保公約秘書處和植物檢疫措施委員會合作的系統面臨著許多挑戰,有大量受監管的有害生物(僅在歐洲就有約400種)需要關注,而該系統的資源卻十分有限。

目前,一個國家的作物病害監測能力取決于兩種類型的基礎設施:特定/靶向性監測,常規/被動監測。

特定/靶向性的監測基礎設施包括入境口岸和貿易點、海關和邊境巡邏、種子檢查和植物檢疫服務的實驗室,并包括旨在防止特定病蟲害的引入和轉移的協調農業有害生物調查?!皣H植保公約”和國家級植物保護組織的大多數政策努力都與靶向性監測有關,這需要受過培訓的人員來識別受監管的有害生物和致病菌,并為滿足貿易和檢疫目的建立一個特定有害生物或疾病的“隔離區”。盡管有大量的全球靶向性監測基礎設施,但進入一個國家的貨物中只有約2%至6%可以接受有效的篩查;因此,潛在的生物入侵物種通過官方入境點的轉移實質上幾乎不設限。

常規/被動監測旨在檢測和診斷所有的有害生物和作物疾病,而不僅僅是那些受到監管的疾病。被動監測人員或是在實地調查期間發現作物疾病,或是將樣本帶到分布在整個國家或地區的實驗室。這些活動幾乎總是病情爆發時的第一探測器,通常消息來源于非緊密互聯的民眾、科學家和訓練有素的農學家、大學植物病理學實驗室、支持種植業的按服務收費的診所、CGIAR植物病理學實驗室、國家網絡互聯實驗室如美國國家植物診斷網(NPDN)、國家推廣服務人員、私營作物顧問,以及農藥銷售人員和施藥人員。

為使該基礎設施有效,必須很好地協調第一探測器和下游響應器之間的連接。但是,大多數地區在診斷能力、信息共享和通信協議方面的建設匱乏或不完善。我們從多次疾病爆發中得出的反思是,無論是在高收入國家(HIC)還是低收入國家中,被動監測基礎設施所擁有的現場監測和訓練有素的眼睛最多,而從地方到全球的協調程度最低。這就是我們建議為GSS建立互聯機制的部分,特別是將低收入國家包括在內,其風險評估、診斷能力、數據共享和通信協議等均需要加強。

GSS的組成部分

GSS的模型借鑒了先前病情爆發的經驗教訓,建立和協調的區域植物保護工作,以及在高收入國家應用的最佳實踐,如歐洲植物保護組織(EPPO)、美國國家植物診斷網(NPDN)、歐盟參考物質實驗室,以及由世衛組織協調的全球流感監測和應對系統(GISRS)。

回顧以前的病情爆發事件有助于找出需要加強的薄弱環節,以及在其他地區可以利用的經驗。一個例子是最近在東南亞發生的木薯花葉?。–MD)爆發事件。CMD是一種病毒性疾病,在非洲、印度和斯里蘭卡造成巨大的產量損失,并且極大地阻礙了營養性繁殖作物的種植材料貿易。

2015年5月,一位大學植物病理學家首次報告在柬埔寨的新發事件,不過,這些結果直到2016年5月才在科學期刊上發表。在這一地區內,人們意識到疾病存在會對經濟產生影響,這種擔憂進一步導致了區域性警報發布的延誤,結果造成CMD傳播到鄰近地區和國家。主要的制約因素在于,在受病毒影響國家如柬埔寨和越南,受過培訓的人員以及對病毒的診斷能力相對匱乏,有關新疾病爆發的區域級信息交流不足。如果區域級診斷中心、數據管理、風險評估和通信協議能夠得到加強,應該有助于大大降低CMD在東南亞的傳播速度?,F在,利益相關方團體已經明確認識到這一點,并積極籌備CMD在東南亞地區的緩解戰略(Global Cassava Partnership for the 21st Century (GCP21), 2018)。

另一個例子是2016年孟加拉國八個地區中麥瘟病的爆發,蔓延至約15,000公頃,所到之處,最壞可導致絕收。在當地,染病樣本經過協調快速收集,生成病原體序列信息,同時招募了幾名自愿通過開放式科學網絡平臺(OpenWheatBlast)分享未發表數據的植物病理學家,結果發現這種真菌與南美小麥病原體密切相關,最有可能是從南美洲引入孟加拉國的。沒有麥瘟病爆發史的十個國家還在繼續從這些地區進口受感染的小麥。他們沒有關于病原體在來源國流行程度的信息,而這類信息將有助于制定關于檢疫或更換進口來源的決策。

在歐洲,葉緣焦枯病菌(Xylella fastidiosa)的爆發對意大利的橄欖樹產生了影響。自2013年第一次正式報告以來,一些區域性的舉措已經加強了國家診斷實驗室的能力,促進了專家之間的溝通,并提高了未感染國家對此細菌的準備程度。EPPO秘書處組織了溝通交流活動,以提高對有害生物構成威脅的警覺。EPPO還協調了一個國際專家組來分享診斷規程的信息,為該地區的最佳測試提供指導。歐洲食品安全局開展了有害生物風險分析,并啟動了若干研究項目,以提供證據來支持政策的制定。所有這些舉措都是建立在歐洲、巴西和美國專家的合作基礎之上,并通過合作制定國際IPPC標準來診斷葉緣焦枯病菌。

GSS將包括世界范圍內現有的監測系統,但需要審慎地協調人員安排、數據匯編和疾病診斷數據模式的分析,以及在全球范圍內改進風險管理的前瞻性目標。它將在各國的一般監測實體和特定監測實體之間建立聯系,以加強對嚴重后果型疾病檢測的協調,從而優化早期響應和控制。它將通過五個互連的網絡發揮作用:(i)診斷實驗室,(ii)風險評估建模團隊,(iii)數據標準化和管理專家,(iv)定期的專家交流,以及(v)分布式運營管理系統,所有這些互聯網絡共享跨領域的能力發展部分。試運行階段將重點關注高風險作物病害,這類疾病會對低收入國家的一些全球最重要的作物(玉米、馬鈴薯、木薯、大米、豆類和小麥)造成嚴重的經濟影響。這將增強現有網絡的能力并將其關鍵組成部分聯系起來,以更好地應對高風險病害。

在過去十年中,疾病診斷方面取得了重大進展,特別是通過基因組測序技術的診斷;基于CRISPR的診斷;用于基因組流行病學、基因組預測數據挖掘數據分析和建模的生物信息學工具;以及用于信息共享的社交媒體平臺的擴展。這些技術的進步和發展將徹底改變疾病爆發期間信息收集的速度、準確性和豐富程度。最近的一個例子是用于小麥黃銹病的基于基因組學的近實時現場診斷平臺:

移動和實時植物病害(MARPLE)診斷平臺,該平臺已被整合到埃塞俄比亞現有的小麥銹病早期預警系統中,可直接通報疾病風險的預測。然而,更快、更準確的檢測和診斷技術的好處尚未廣泛地應用于低收入國家,而那些地方新出現的疾病可能特別具有破壞性。必須同時努力利用和部署新興技術,用于低收入國家的疾病監測和管理,以有效減少當地作物病害和全球疾病傳播的影響。

診斷實驗室網絡將推廣標準協議,包括國際植物保護公約已經提出的標準協議,采用先進技術,以實現更快、更準確的分析結果和標準化的信息管理和報告。它將由“區域中心”進行協調,支持區域內“輻射”診斷實驗室,專門針對低收入國家的診斷實驗室和推廣服務,其方法類似于美國NPDN及其五個區域診斷網絡。大多數低收入國家的植物保護服務資源不足,因此GSS將通過培訓、區域連接和資源來加強實驗室能力建設。區域中心將通過擴展代理、植物育種者和基于遙感的平臺,連接和支持國家級植物保護組織目前的能力和基礎設施,用于實驗室診斷和現場監測。區域中心將與“輻射”團隊合作,根據當地優先事項確定高風險作物和病原體。區域中心與區域級植物保護組織和國際植保公約合作,將努力促進與區域合作伙伴的共識,更新和協調現有的診斷、抽樣方法和監測方法的標準操作程序。這些能力將與風險評估和通信網絡相結合,以支持每個地區的早期現場檢測、診斷確認、及時報告和管理建議。

現行針對檢疫性有害生物風險分析的標準是由國際植物保護公約于2001年制定的。利用這些標準作為指導,風險評估網絡將支持風險相關數據的收集、整合和管理,以開發分析建模和可視化工具,通過緊急警報、定期公告和作物疾病的最新優先清單,向關鍵利益相關方進行解釋和溝通(通過GSS通信和數據管理網絡)。該網絡將推薦采樣和緩解策略,向診斷實驗室網絡提供最新的風險評估,并與國家級植物保護組織、大學、政府人員和私人團體一起為能力發展做出貢獻。

數據管理網絡將與參與國就數據收集的標準和訪問協議達成共識,以支持植物疾病數據的收集、整理、存儲、分析和管理。這將基于數據的訪問和使用規則,例如突發公共衛生事件和世界衛生組織的大流行性流感防范(PIP)框架,在該框架下,世界衛生組織將以快速、及時和系統的方式共享來自原始實驗室和世界衛生組織GISRS實驗室的遺傳序列數據。GSS將提供數據,為風險評估和通信網絡提供信息,以指導及時響應。

GSS將通過部署FAIR(可查找、可訪問、可互操作和可重用)數據原則來激勵數據共享(包括開源數據),盡管系統外的可訪問性將基于每個國家或地區來決定。雖然各個國家可能希望限制敏感作物病害數據的公眾可得性,并且已經報告了共享數據所面臨的威脅,但GSS將確保建立共享信息和數據使用的規范。GSS通過該網絡與植物病理學界合作,尋求植物病理學期刊的支持,以及類似地從國際醫學期刊編輯委員會得到協議和支持,不會因為出版前傳播由世界衛生組織宣布、對突發公共衛生事件至關重要的信息而妨礙期刊出版。國際植物病理學會正在討論有關植物緊急衛生情況的道德準則。就孟加拉國爆發麥瘟病的情況下,協調努力共享病原體相關數據的好處是,可以確定最有可能的決策源頭。

通信網絡將促進所有網絡之間的對話,包括內部的系統和外部的參與東道國政府,以提高認識并協調對疾病爆發的及時反應。該網絡將通過確定最合適的來源并確保及時、負責和安全地傳播知識,加快從診斷和風險評估網絡獲得的知識轉移。

國際植物保護組織的主要成員、合作伙伴網絡(如NPDN,IPPC和RPPO)和國際農業研究磋商小組(CGIAR)的聯絡人將監督區域業務的全球管理。該業務管理網絡將為綜合監測系統提供治理,以促進全球對作物病害爆發的認識和準備。其主要活動是運營網絡、協調合作伙伴、管理預算、籌備資金以及制定政策和準則。每個網絡都將包括能力建設,通過培訓個人提高技能和知識,確保地方和區域機構在三個不同層面增加其能力,提供資源、服務和信息以加強組織,促進機構合作與協作。

影響和實施

GSS將檢測全球糧食供應所面臨的威脅和風險,并支持及時響應。通過提高預測、檢測、溝通和有效應對新出現的作物病害爆發的能力,各國和各地區都將受益。這將通過利用從現有國家級和區域級植物保護系統中汲取的不同經驗教訓來實現,例如NPDN(成立于2003年)或EPPO(創建于1951年)。擬議的GSS需要應對諸如提高每個國家農業部以及區域級植物保護組織和政策制定者對GSS和區域中心功能的認識等挑戰,并建立一個具有長期支持和可持續資金的綜合治理方法。

在國際植保公約2020-2030年發展議程中,國際植物保護公約和糧農組織強調了加強監測系統的必要性,診斷實驗室網絡是其關鍵組成部分。我們鼓勵年度G20農業部長會議、世界銀行集團和糧農組織等共同努力,加強合作,為擬議的GSS制定多年行動計劃,以更有效地減少作物病害的影響,提高全球糧食安全。

原始文獻  https://science.sciencemag.org/content/364/6447/1237/tab-pdf

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