Et globalt studie af 3.240 prøver dokumenterer 10 spring mellem kontinenter – syv efterfulgt af store epidemier. Analyserne afslører samtidig, at nye rusttyper kan opstå direkte i hvedemarken, når svampe på samme hvedeblad udveksler hele cellekerner og potentielt bryder den modstandsdygtighed, som planteforædlere har bygget ind i nye sorter.
En gul stribe på et hvedeblad kan ligne et lokalt problem. Men den rustsvamp, der danner striben, kan krydse kontinenter, udløse epidemier og gøre hvedesorter, der tidligere var modstandsdygtige, sårbare.
Det viser et globalt studie af 3.240 prøver af gulrust, indsamlet gennem 15 år i 41 lande på seks kontinenter. Forskerne dokumenterer 10 tilfælde, hvor bestemte rusttyper har bevæget sig mellem kontinenter. I syv tilfælde blev deres ankomst fulgt af store epidemier.
Analyserne afdækker også en hidtil undervurderet vej til nye rusttyper. Når to varianter vokser i det samme hvedeblad, kan de udveksle hele cellekerner og danne en ny genetisk kombination.
“Vi havde en klar fornemmelse af, at tingene var forbundet. Når man så epidemier ét sted, kunne man senere se noget lignende andre steder. Det nye er, at vi nu kan følge rusttyperne genetisk og dokumentere, hvordan de bevæger sig og udvikler sig,” siger Mogens Støvring Hovmøller, professor ved Institut for Agroøkologi på Aarhus Universitet.
Hvede leverer omkring en femtedel af verdens kalorier og protein. Når én rusttype kan brede sig til flere verdensdele og senere udgøre omkring 80 procent af de indsamlede gulrustprøver i Europa, rækker konsekvenserne derfor langt ud over den mark, hvor den først bliver opdaget. Den kan ramme sorter, der dyrkes i mange lande, og svække et resistensberedskab, som planteforædlere har brugt år på at opbygge.
Når gulrust bliver et globalt problem
Gulrust skyldes svampen Puccinia striiformis, som angriber hvede og andre kornarter og danner karakteristiske gule striber på bladene. Angreb kan koste udbytte, men problemet stopper ikke ved den enkelte høst. Nye rusttyper kan også bryde den modstandsdygtighed, som planteforædlere har bygget ind i hvedesorterne.
“Det handler ikke bare om at finde rust i en mark. Det handler om, om de sorter, man dyrker eller er ved at forædle, stadig har den resistens, man troede, de havde. Når der kommer en ny variant, kan billedet ændre sig meget hurtigt,” siger Mogens Støvring Hovmøller.
Overvågningen har historisk været organiseret nationalt og regionalt. Men hvede dyrkes på seks kontinenter, og rustens sporer kan bevæge sig over grænser. Hvis den samme variant etablerer sig i flere regioner, kan den derfor true sorter og forædlingslinjer, som mange lande er afhængige af.
Studiet blev gennemført af et stort internationalt netværk med flere hundrede samarbejdspartnere, koordineret fra Aarhus Universitet. Prøver fra forskellige lande kunne dermed analyseres og testes under de samme kontrollerede forhold.
“Man havde brug for et sted, hvor man kunne samle prøver fra hele verden og undersøge dem på samme måde. Ellers var det svært at afgøre, om rust fundet forskellige steder faktisk var den samme variant,” siger Mogens Støvring Hovmøller.
Global Rust Reference Center (GRCC) ved Aarhus Universitet blev en central del af et bredere internationalt netværk, der samlede data og levende rustprøver fra Afrika, Asien, Europa, Australien og Sydamerika. Samarbejdet udviklede også fælles forsøgsprotokoller, standardiserede dataformater og en database, der kan vise rustfund på regionale og globale kort. Tilsammen skabte det det enestående datamateriale, som
Genetiske spor afslørede rustens vej mellem kontinenter
Forskerne analyserede 3.240 prøver af gulrust indsamlet i 41 lande på seks kontinenter fra 2009 til 2023. Hver prøve var knyttet til et bestemt tidspunkt, sted og en bestemt hvedesort, så forskerne kunne følge, hvornår bestemte rusttyper først blev fundet i én region og senere dukkede op andre steder.
Prøverne blev undersøgt med genetiske markører – små variationer i arvematerialet, der fungerer som genetiske kendetegn. Når levende prøver var tilgængelige, testede forskerne dem også på hvedeplanter med forskellige gener for modstandsdygtighed. Dermed kunne de undersøge både, om rustprøverne var genetisk beslægtede, og hvilke hvedesorter fra forskellige dele af verden de kunne angribe.
“Når vi tester rusten på planter, kan vi se, hvad den faktisk kan angribe. Det er dér, overvågningen bliver praktisk relevant, fordi man kan koble den genetiske variant til de sorter og forædlingslinjer, der kan være i risiko,” siger Mogens Støvring Hovmøller.
Den vigtigste metodiske nyhed var, at svampens to cellekerner kunne analyseres hver for sig – en metode udviklet gennem et langvarigt samarbejde med Australian National University. Rustsvampe bærer nemlig to kerner side om side, og hver kerne rummer sit eget sæt arvemateriale. Tidligere kunne forskerne især se den samlede genetiske profil. Nu kunne de undersøge, om en ny rusttype havde fået den ene kerne fra én kendt variant og den anden fra en anden.
“Gennembruddet var, at vi ikke længere kun kunne se summen af de to kerner. Vi kunne tagge den enkelte kerne og dermed se, hvilke forældre der indgik i hybriderne. Pludselig kunne vi gentolke hele vores store datasæt og se, hvor hybridiseringen var foregået,” siger Mogens Støvring Hovmøller.
To rusttyper kan danne en helt ny variant i samme blad
Udvekslingen kan ske, når to rusttyper vokser i det samme blad. Svampen breder sig som mikroskopiske tråde inde i plantevævet. Når tråde fra forskellige varianter mødes, kan de danne en forbindelse, som en hel cellekerne kan bevæge sig igennem. Dermed bliver ikke blot enkelte gener, men omtrent halvdelen af arvematerialet udskiftet på én gang.
“Når meget forskellige rusttyper mødes på samme plante og udveksler kerner, kan der pludselig komme noget helt nyt ud af det – noget, som kan noget andet end begge forældre,” siger Mogens Støvring Hovmøller.
Til sidst blev de genetiske fund sammenholdt med tidspunktet for de første observationer, hvedens vækstsæsoner, sporernes overlevelse og meteorologiske modeller. Kombinationen kunne ikke vise, hvordan hver enkelt spore var blevet flyttet, men den kunne afgøre, om vindspredning var sandsynlig, eller om andre forklaringer passede bedre.
“Vi kan ikke altid sige præcis, hvordan én bestemt spore er flyttet. Men når vi kombinerer genetiske data, tidspunktet for første fund, test på planter og modeller for vindspredning, kan vi afgøre, hvilke forklaringer der er sandsynlige,” siger Mogens Støvring Hovmøller.
Ti spring mellem kontinenter førte til syv store epidemier
Studiet dokumenterede 10 tilfælde, hvor bestemte rusttyper havde bevæget sig mellem kontinenter. I syv blev deres ankomst fulgt af store epidemier i de nye områder.
Australien viser, hvor markant mønstret har ændret sig. Der gik omkring 200 år fra begyndelsen på den europæiske hvededyrkning i landet, til gulrust første gang blev registreret. Inden for de seneste 10–15 år har forskerne derimod registreret tre eller muligvis fire nye introduktioner.
“Det peger på, at nye rusttyper bliver flyttet mellem verdensdelene langt oftere end tidligere. Men vi kan ikke ud fra vores data beregne én global hastighed for udviklingen,” siger Mogens Støvring Hovmøller.
Mindst to af de rusttyper, der senere nåede Australien, var hybrider, som først var blevet fundet i Europa: PstS10 i 2012 og PstS13 i 2015. Analyserne tyder på, at begge havde arvet den ene cellekerne fra en variant, der nåede Europa fra Himalaya-området i 2011. PstS10’s anden kerne kom fra en europæisk variant, der allerede var tilpasset regionens klima og hvedesorter, mens PstS13’s kom fra en variant, der var ankommet fra Mellemøsten omkring 2006.
“Normalt udvikler rust sig ved mutationer – små ændringer enkelte steder i arvematerialet. Her bliver omtrent halvdelen af arvematerialet derimod udskiftet på én gang. Derfor kan resultatet være langt sværere at forudsige,” siger Mogens Støvring Hovmøller.
Ét rustindivid endte med at dominere i Europa
Fra én enkelt rustprøve i 2012 bredte efterkommerne af PstS10 sig til Nordafrika, Mellemøsten, Australien og Sydamerika. I dag udgør de omkring 80 procent af de gulrustprøver, forskerne indsamler på hvede i Europa.
“I 2012 fandt vi ét isolat med den nye kombination. I dag har dens efterkommere stort set udkonkurreret meget af den gulrust, der fandtes i Europa før,” siger Mogens Støvring Hovmøller.
Hvorfor netop PstS10 blev så succesfuld, er endnu ikke fuldt afklaret. Den er blandt andet fundet på vilde græsser, hvilket kan tyde på, at den kan leve på flere plantearter end mange andre rusttyper. Studiet kan dog ikke afgøre, om det bredere værtsspektrum – eller andre egenskaber – bedst forklarer dens spredning.
Forskerne fandt desuden tegn på tilsvarende udveksling af cellekerner i PstS14, som efter sin første registrering udgjorde alle de analyserede prøver fra Nordvestafrika i tre år i træk. PstS10, PstS13 og PstS14 viser dermed, at udvekslingen af cellekerner ikke var et enkeltstående tilfælde.
En tidlig advarsel gav Etiopien mulighed for at reagere
Et andet afgørende fund kom fra Etiopien, hvor rusttypen PstS16 blev opdaget i december 2020. Den havde tidligere kun været set sporadisk i Sydasien. Da nye prøver blev indsendt i foråret 2021, udgjorde PstS16 omkring halvdelen af de analyserede prøver fra Etiopien.
“Da vi testede PstS16 på hvedeplanter, kunne vi se, at den kunne angribe mange sorter. Vi bad derfor vores samarbejdspartnere om at samle flere prøver ind hurtigst muligt, og da de kom, var halvdelen PstS16. Så var det klart, at der var grund til at reagere,” siger Mogens Støvring Hovmøller.
Lokale myndigheder og Det Internationale Majs- og Hvedeforbedringscenter, CIMMYT, blev advaret, og der blev gjort svampemidler tilgængelige, hvis vejrforholdene skulle udvikle sig gunstigt for en epidemi. Samtidig blev omkring 1.200 hvedelinjer fra CIMMYT testet under kontrollerede forhold på forskningscentret i Flakkebjerg. Varianten kunne angribe en stor del af det materiale, der var på vej mod fremtidig dyrkning.
Varslingen, som også omfattede modeller for sporespredning udviklet ved University of Cambridge, gjorde det muligt at forberede bekæmpelse i marken og advare planteforædlerne, før varianten fik større udbredelse. Studiet kan dog ikke isolere, hvor stor en del af den efterfølgende høstbeskyttelse der skyldtes netop denne indsats.
Analyserne viste desuden, at spredningsvejene varierede. Mellem Mellemøsten, Europa og Østafrika kunne vindbåren transport være en sandsynlig forklaring. Ved de længste spring, blandt andet til Australien, passede vindmodellerne dårligere, og utilsigtet transport med mennesker fremstod som en mere sandsynlig mulighed.
“Vi kan ikke fastslå, hvordan hver enkelt spore er kommet frem. Men når vindmodellerne ikke kan forklare et spring mellem kontinenter, må vi også overveje rejser, handel eller kontamineret tøj som mulige transportveje,” siger Mogens Støvring Hovmøller.
Nye rusttyper skal opdages før næste vækstsæson
Erfaringen fra Etiopien viser den praktiske værdi af overvågningen. Jo tidligere en ny rusttype bliver opdaget, desto bedre tid er der til at teste, hvilke hvedesorter den kan angribe, og advare landmænd og planteforædlere før næste vækstsæson.
“Hvis man først opdager, at sygdomsbilledet har ændret sig, når epidemien allerede er slået igennem i marken, kan der gå lang tid, før man forstår, hvad der skete. “Her kunne vi næsten fra begyndelsen se, hvor varianten kom fra, og hvilke sorter der kunne være i fare. Det gav os mulighed for at forberede os, før den første bølge af tab kunne ramme,” siger Mogens Støvring Hovmøller.
I Europa forsøger forskerne nu at koble den genetiske overvågning til de eksisterende netværk, der afprøver nye hvedesorters dyrkningsværdi og bæredygtighed. Små sæt af hvedelinjer med forskellige former for modstandsdygtighed plantes på forsøgssteder i flere lande.
Ved at registrere angrebene og indsende prøver med usædvanlige sygdomsmønstre til nationale laboratorier og Global Rust Reference Center kan forskerne se, hvilke forsvarsmekanismer rusten kan bryde, og koble egenskaberne til dens genetiske profil.
I år er sådanne testsæt ifølge Mogens Støvring Hovmøller sendt til knap 100 forsøgssteder. Sygdomsdata indsamles blandt andet gennem apps og vises på interaktive kort, der følger nye rustvarianter, hvilke hvedesorter de angriber, og hvordan de breder sig geografisk. En del af systemet drives gennem Wheat Rust Early Warning ved Institut for Agroøkologi på Aarhus Universitet.
“Tid er afgørende. Hvis vi finder noget nyt i én sæson, vil vi gerne kunne sige det, før landmændene og forædlerne skal træffe beslutninger om den næste. Derfor har arbejdet med at opbygge en global database og et system til at vise rustdata på kort været helt centralt,” siger Mogens Støvring Hovmøller.
Overvågningen skal føre til mere modstandsdygtig hvede
Overvågningen skal ikke kun følge de rusttyper, der allerede dominerer. Studiets fund peger også på områder, hvor meget forskellige varianter mødes på de samme planter og kan danne nye genetiske kombinationer. De kan derfor være særligt vigtige at holde øje med.
Når en farlig variant allerede har etableret sig, kan svampemidler være nødvendige for at dæmpe et akut udbrud. På længere sigt er målet at føre informationen fra overvågningen ind i planteforædlingen, så nye sorter bliver modstandsdygtige over for de rusttyper, der er på vej.
“Svampemidler kan være nødvendige i en nødsituation, men vi foretrækker så langt som muligt at forædle os ud af problemet. Derfor skal informationen om nye rusttyper hurtigt ind i forædlingsarbejdet,” siger Mogens Støvring Hovmøller.
Et globalt system er dog vanskeligt at opbygge. Frø og rustprøver skal kunne sendes sikkert mellem lande, og laboratorier skal have tilladelse og faciliteter til at undersøge varianter, som endnu ikke findes lokalt. Derfor afhænger næste skridt ikke kun af bedre analyser, men også af et permanent internationalt beredskab.
For en afgrøde, der leverer omkring en femtedel af verdens kalorier og protein, er gevinsten større end bedre sygdomskontrol. Nye rusttyper skal opdages, før de når at underminere de hvedesorter, som en stor del af verdens fødevareforsyning bygger på.
