人与植物的疾病大流行：哪一个对粮食安全威胁更大？

2020年6月17日，美国Grow More Foundation的Sylvia He 和 Kate M. Creasey Krainer 课题组联合在Molecular Plant 在线发表题为“Pandemics of People & Plants: Which Is the Greater Threat to Food Security?” 的comment论文。

https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.06.007

当全球受2019冠状病毒病（COVID-19）大流行所困扰时，植物流行性病害也正在全球悄然传播，影响着作物产量和全球经济。COVID-19大流行与植物病害的持续危害之间存在着相似之处。尽管全球已有超过740万人感染了严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2（SARS-CoV-2；即COVID-19的病原），但目前全球8.22亿人（占世界人口的10％）面临粮食不安全问题。老年人和肥胖人群因COVID-19死亡的风险更高，而儿童和营养不良的人则最容易受到植物病害流行的威胁。毫无疑问，SARS-CoV-2对我们的食品供应链产生了负面影响，导致食物短缺和成本上升，但植物病原菌的影响却更大。今年与饥饿有关的死亡人数已达400万人，是COVID-19死亡人数的10倍。与COVID-19不同，植物病原菌引起的农作物损失在发展中国家对食物短缺人群的影响可能更严重，而发达国家和地区通常不会遭受作物病害流行的最糟糕后果，即饥荒（Savary等，2019）。

在全球范围内，植物病原菌和害虫造成高达40％的玉米，马铃薯，水稻，大豆和小麦产量损失（Savary等，2019）。由细菌、真菌、线虫和病毒引起的植物病害每年使全球经济损失2200亿美元（Nicaise，2014年）。植物病毒占植物致病菌的几乎一半，每年在全球造成的损失高达300亿美元（Nicaise，2014年）。水稻在100多个国家或地区种植，养活着全球近一半的人口，但受到多种昆虫传植物病毒的威胁，造成高达15亿美元的损失。像动物病毒一样，植物病毒根据病毒基因组结构进行归类，2019年国际病毒分类学委员会确认了26个科1,484种植物病毒，但仅感染经济作物的植物病毒得到了较多研究（Subramanya等，2018）。

双生病毒科病毒是引起经济损失较大的DNA病毒，该科的木薯花叶病毒（Cassava mosaic begomovirus）感染会导致全球作物每年损失2500万吨，而全球十亿人口以木薯为主食来获取热量，木薯花叶病的流行可直接在一些国家和地区导致饥荒。

花椰菜花叶病毒科（Caulimoviridae）的可可肿枝杆状病毒（Cacao swollen shoot badnavirus）已在加纳、尼日利亚和多哥等国局部流行。西非可可产量占世界可可供应量的70％，可可种植的减少将破坏当地经济并导致全球可可短缺。已经有2亿棵可可树死亡，只好通过建立花费巨大的根除计划来拯救可可业（Nicaise，2014年）。

雀麦花叶病毒科、长线形病毒科、黄症病毒科和马铃薯Y病毒科病毒与SARS-CoV-2一样都是正义单链RNA病毒，是最能引起经济损失的植物病毒类群。雀麦花叶病毒科病毒在水果、蔬菜和牧草上可引起流行性病害。柑橘是国际上一种高价值的水果作物，但易受长线形病毒科的柑橘速衰病毒（Citrus tristeza closterovirus）侵染，其已在全球造成一亿棵柑橘树死亡（Nicaise，2014），而不幸的是植物检疫措施仅在感染率较低的地区有效。大麦黄矮病毒（Barley yellow dwarf luteovirus）是黄症病毒科成员，会引起禾谷类作物上分布最为广泛的病毒病害，能侵染人类赖以生存的主要粮食作物大麦、玉米、水稻、燕麦和小麦等。马铃薯卷叶病毒每年引起马铃薯减产2000万吨，造成的经济损失达1亿美元。据估计，防控马铃薯Y病毒科的李痘病毒（Plum pox potyvirus）花费已超过100亿美元（Nicaise，2014），而马铃薯Y病毒科中有名的番木瓜环斑病毒（Papaya ringpot potyvirus）曾经几乎毁灭了夏威夷的木瓜产业，差点导致番木瓜在夏威夷灭绝。

为应对COVID-19大流行，美国政府已拨款43亿美元专门用于疾病的预防控制和全球卫生计划。由于其高感染率和症状严重性，控制和防止SARS-CoV-2的再次感染和流行的紧迫性增加，这是不知为奇的。COVID-19症状的严重程度可以从无症状到多器官功能衰竭甚至死亡。监测、筛查、接触者追踪和隔离等公共卫生政策有助于限制SARS-CoV-2的传播。但是，如果采用类似的措施来控制植物病原菌的传播则太昂贵、费时且费力。

无症状病原菌携带者是造成植物感染和病害传播的主要原因，尤其是对无病地区的柑橘、木瓜、草莓和番茄等水果作物而言（Kado，2016）。常规的生物学（昆虫介体的天然捕食者）和化学（农药施用）的方法已经使用了数十年，但无法彻底消灭植物病原菌。基于环境条件、介体增殖和病毒基因组进化的模型预测可以预警新病害的发生。无人机监控、自我监测和报告可以控制人类和植物的疾病。然而，很多情况下病害大流行发生的很突然，与新兴传染病作斗争的策略很少能阻止疾病爆发。为了防止疾病未来的爆发，需要提高认识、做好准备并提供长期基金支持。但是，人类疾病和农作物病害之间存在巨大的基金支持差异。2020年美国人类免疫缺陷病毒（HIV）研究预算为26亿美元，比整个农业研究预算高出1.5亿美元。

与筛查和检疫隔离措施相比，接种疫苗是预防疾病经济且省力的方式。尽管与我们人类不同，植物不具有适应性免疫系统，但表达弱病毒或病毒蛋白会使植物产生抗病性。与人类一样，植物的先天免疫力可以抵抗病原菌。抗病毒（R）基因通过引发程序性细胞死亡来阻止病毒的系统性侵染，而RNA沉默则可以阻止病毒复制（Soosaar等，2005）。传统的育种和嫁接方法可以使植物产生抗病性，但针对番木瓜环斑病毒的流行，首个抗病毒木瓜是通过基因工程表达病毒蛋白获得的，这成功地证明了植物疫苗接种的概念（Ferreira et al，2002）。此后，基于RNA沉默的遗传抗性在豆类、木瓜、胡椒、李子、马铃薯、南瓜和番茄中已被证明是成功的（Khalid等人，2017），但生物技术还未得到充分利用。基因工程赋予的抗病性可以控制植物病害的大流行、减少产量损失并促进粮食安全，但有限的资金以及对“转基因”作物的负面舆论阻碍了其发展及随后的种植和消费。根除新出现或重新出现的传染病需要快速、负担得起的测试和广泛适用的疫苗接种计划。在本氏烟中利用生物工程手段表达抗病毒蛋白有望能提供针对SARS-CoV-2的快速、廉价的诊断试剂和候选疫苗（Capell，2020）。从这一点考虑，COVID-19产生的一个正面影响可能是改变了公众对应用生物技术对抗植物和人类疾病的态度。

COVID-19大流行影响了我们的生活方式并提醒我们需要对未来的爆发进行审视和做好准备。粮食短缺和成本上涨凸显了我们食品供应链的脆弱性。为避免进一步破坏，当商品市场无法运营时，需要制定从种植者收集农产品并向消费者再分配的策略。限制SARS-CoV-2传播的方法，包括停业和全球旅行限制，已经引发了经济萧条。这将导致基金支持减少，对农业研究产生不成比例的影响，导致研究人员和国际合作减少，最终加剧植物病害和作物损失。COVID-19已导致联合国确定的2020年为国际植物健康年黯然失色。原本2020年是希望提高人们对缺乏资源和资金来应对植物病害的认识，并促进全球合作和参与支持植物健康。为防止COVID-19影响植物病害研究，应坚持并支持达成这些目标。发达国家和地区很少会经历由植物病病害引起作物减产的严重后果，导致决策者和公众没有很大紧迫性来投入研发预防和治疗作物病害的新方法。作物病害研究的资金继续减少，部分原因是病害具有偶发性。

但是，在未来几十年中，人口增长将要求增加农业产量，同时我们要与干旱、洪水和加剧植物病害发生的环境变化作斗争。如果缺少广泛认可度和基金支持的增加，当前的抗性作物研发计划就无法阻止植物病害带来的对全球粮食生产的威胁。