Как математическое моделирование помогает в борьбе с вирусом банановой верхушечной грозди

Вирус банановой верхушечной грозди (BBTV) — это передаваемое тлями заболевание бананов, присутствующее в Австралии с 1913 года. Биобезопасность сдерживает его в юго-восточном Квинсленде и северном Новом Южном Уэльсе. Сильно пораженные растения не дают плодов, а целые плантации могут быть заражены. BBTV неизлечим, и инфицированные растения необходимо уничтожать.

Исследователи из QUT разработали модель, отслеживающую вероятность заражения бананового растения тлями-переносчиками. Результаты опубликованы в PLOS Computational Biology.

• Тли могут преодолевать большие расстояния до новых плантаций и быстро заражать соседние растения.
• Текущие инспекционные меры агентов биобезопасности дороги и трудоемки.
• Математические и статистические модели помогают прогнозировать зоны риска заражения.
• Стохастическая математическая модель описывает распространение болезни, скорость заражения и восстановления.
• Внешние факторы среды и сезонность влияют на распространение вируса.
• Фреймворк можно адаптировать для изучения динамики других векторных заболеваний.

Исследование 2012 года показало, что ликвидация болезни принесла бы Австралии ежегодную выгоду в $16-27 млн.

Несмотря на традиционные методы мониторинга, искоренение болезни остается труднодостижимым.

Новое исследование, проведенное совместно с агентами биобезопасности, было сосредоточено на зараженной BBTV плантации в северном Новом Южном Уэльсе. Местоположение каждого больного растения фиксировалось с помощью GPS.

Модель, откалиброванная на реальных полевых данных, расширяет существующие стратегии управления болезнью.

"Наша новая модель количественно оценивает влияние сезонных изменений, конфигурации плантации и распространения BBTV, прогнозируя зоны высокого риска", — говорит доцент Крис Дрованди.

Пик передачи происходит при температуре 25-30°C, что делает погоду важным фактором в сложной динамике распространения BBTV.

С 2014 года на плантации ежемесячно проводятся инспекции по стратегии "выявление-и-уничтожение".

Симптомы вируса трудно разглядеть с воздуха или с дронов, так как необходимо осматривать нижнюю сторону листьев.

"Банановые деревья растут на крутом склоне, и сезонные ветры могут переносить насекомых в разные части плантации", — отмечает исследователь Абхишек Варгез.

С 1930-х годов полевые инспекторы вручную выявляют заражения по "сжатому" виду листьев. Они маркируют инфицированную зону, распыляют парафиновое масло, чтобы тли не сбежали, и вводят системный инсектицид и гербицид (глифосат), медленно убивая растение и всех тлей внутри.

Стохастическое моделирование также помогает определить области, где болезнь остается латентной в почве через 2-3 месяца после удаления деревьев.

"Это дорогой и трудоемкий процесс для инспекторов, поэтому точный прогнозный инструмент может помочь определить зоны для более тщательной проверки, снизив затраты", — говорит Абхишек Варгез.

BBTV был завезен в Австралию в 1913 году с зараженными отростками из Фиджи и распространяется местной банановой тлей Pentalonia nigronervosa.

Это пример того, как математические и статистические навыки помогают решать реальные проблемы фермеров и агропромышленности.