May 3, 2023
In Nature, Eva Stukenbrock from Kiel University and Sarah Gurr from University of Exeter warn of the devastating consequences of fungal diseases.
Joint Press Release of Kiel University and the University of Exeter, UK
Worldwide, growers lose between 10 and 23 per cent of their crops to fungal infection each year, despite widespread use of antifungals. An additional 10-20 per cent post harvest. In a commentary in Nature, academics predict those figures are projected to worsen as global warming means fungal infections are steadily moving polewards, meaning more countries are likely to see a higher prevalence of fungal infections damaging harvests. Growers have already reported wheat stem rust infections — which normally occur in the tropics — in Ireland and England. The experts also warn that tolerance to higher temperatures in fungi could increase the likelihood of opportunistic soil-dwelling pathogens to hop hosts, and infect animals or humans
Across the world, food security is expected to encounter unprecedented challenges as rising populations mean more demand. Across the five most important calorie crops of rice, wheat, maize (corn), soya beans and potatoes, fungal infections cause losses which equate to enough food to provide some 600 million to 4,000 million people with 2,000 calories every day for one year.
![](https://www.uni-kiel.de/fileadmin/_processed_/8/8/csm_eva-stukenbrock-q_5710762edf.jpg.webp)
Eva Stukenbrock, Professor at Kiel University, is an expert on pathogenic fungi that infect plants. She recently received a two million euro grant from the European Research Council. - © Stefan Kolbe, Uni Kiel
Commentary co-author Eva Stukenbrock, professor and head of the Environmental Genomics group at Kiel University, Germany, and fellow of the Canadian Institute for Advanced Research (CIFAR), said: “As our global population is projected to soar, humanity is facing unprecedented challenges to food production. We’re already seeing massive crop losses to fungal infection, which could sustain millions of people each year. This worrying trend may only worsen as a warming world makes fungal infections more prevalent in European crops, and as they continue to develop resistance to antifungals. This will be catastrophic for developing countries and will have a major impact in the Western world, too.”
The commentary highlights a “perfect storm” which is causing fungal infections to spread rapidly. Among the factors is the fact that fungi are incredibly resilient, remaining viable in soil for up to 40 years, with airborne spores that can travel between continents. Added to this, they are extremely adaptable, with “phenomenal” genetic diversity between and among species. Modern farming practices entail vast areas of genetically uniform crops, which provide the ideal feeding and breeding grounds for such a prolific and fast-evolving group of organisms. They are also well equipped to evolve beyond traditional means to control their spread. The increasingly widespread use of antifungal treatments that target a single fungal cellular process means fungi can evolve resistance to these fungicides, so that they are no longer effective. This forces farmers to use ever-higher concentrations of fungicide in a bid to control infection, which can accelerate the pace of resistance developing.
However, there is some cause for hope. In 2020, a team the University of Exeter discovered a new chemistry which could pave the way for a new type of antifungal targets several different mechanisms, meaning it is much harder for fungi to develop resistance. Farming practices may also hold the key to change, after a study in Denmark showed promise by planting seed mixtures which carry a range of genes which are resistant to fungal infection. Technology may also prove crucial, with AI, citizen science and remote sensing tools such as drones allowing for early detection and control of outbreaks.
Overall, the authors argue that protecting the world’s crops from fungal disease will require a far more unified approach, bringing together farmers, the agricultural industry, plant breeders, biologists, governments, policymakers and funders.
Professor Sarah Gurr, Chair in Food Security at the University of Exeter and co-authored of the report concluded: “Fungal infections are threatening some of our most important crops, from potatoes to grains and bananas. We are already seeing massive losses, and this threatens to become a global catastrophe in light of population growth. Recently, we’ve seen the world unite over the human health threat posed by covid. We now urgently need a globally united approach to tackling fungal infection, with more investment, from governments, philanthropic organizations and private companies, to build on the seeds of hope and stop this developing into a global catastrophe which will see people starve.”
Editor: Kerstin Nees
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Pilzinfektionen von Nutzpflanzen bedrohen die globale Ernährungssicherheit
In Nature warnen Eva Stukenbrock von der Uni Kiel und Sarah Gurr von der Uni Exeter vor den verheerenden Folgen durch Pilzkrankheiten.
Gemeinsame Pressemitteilung der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und der University of Exeter, UK
Trotz des weit verbreiteten Einsatzes von pilzabtötenden Pflanzenschutzmitteln (Fungiziden) gehen in der Landwirtschaft weltweit jedes Jahr zwischen 10 und 23 Prozent der Ernten durch Pilzbefall verloren. Weitere 10 bis 20 Prozent Verlust fallen nach der Ernte an. Die Situation wird sich zukünftig noch verschärfen. Das prognostizieren die Kieler Expertin für pflanzenschädigende Pilze, Professorin Eva Stukenbrock, und ihre englische Kollegin Professorin Sarah Gurr von der Universität Exeter, England, in einem Kommentar in der renommierten Fachzeitschrift Nature. Es sei zu erwarten, dass sich durch die globale Erwärmung Pilzinfektionen stetig in Richtung der Pole ausbreiten. Dadurch werde es in mehr Ländern zu einer höheren Prävalenz von Pilzinfektionen kommen, die die Ernten schädigen. In Irland und England beispielsweise wurden bereits Weizenstängelrost-Infektionen gemeldet, eine Pilzinfektion, die normalerweise in den Tropen auftritt. Eine Gefahr sehen die Expertinnen auch in neuen Erkrankungen für Mensch und Tier. Die Toleranz von Pilzen gegenüber höheren Temperaturen könnte die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass im Boden lebende Krankheitserreger auch Tiere oder Menschen infizieren. Mit ihrem Kommentar in Nature möchten die Wissenschaftlerinnen Politik und Öffentlichkeit auf die Probleme der Nutzpflanzen in Bezug auf Pilzkrankheiten aufmerksam machen, um eine große Bedrohung für die weltweite Ernährungssicherheit abzuwenden.
Pilze vernichten jährlich Nahrungspflanzen, mit denen bis zu 4 Milliarden Menschen ernährt werden könnten
„Angesichts des prognostizierten Anstiegs der Weltbevölkerung steht die Menschheit vor noch nie dagewesenen Herausforderungen für die Nahrungsmittelproduktion“, erklärt Co-Autorin Eva Stukenbrock, Professorin und Leiterin der Arbeitsgruppe „Environmental Genomics“ an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und Mitglied des Canadian Institute for Advanced Research (CIFAR). Bereits jetzt reichten die durch Pilzinfektionen verursachten Verluste bei den fünf wichtigsten Kulturpflanzen Reis, Weizen, Mais, Sojabohnen und Kartoffeln aus, um etwa 600 bis 4.000 Millionen Menschen ein Jahr lang täglich mit 2.000 Kalorien zu versorgen. „Dieser besorgniserregende Trend könnte sich noch verschärfen, da die globale Erwärmung dazu führt, dass Pilzinfektionen bei europäischen Nutzpflanzen immer häufiger auftreten und die Resistenz gegen Fungizide weiter zunimmt. Dies wird für Entwicklungsländer katastrophale Folgen haben und sich auch in der westlichen Welt stark auswirken", betont Stukenbrock vom Forschungsschwerpunkt Kiel Life Science (KLS) der CAU.
Moderne Landwirtschaft begünstigt die Ausbreitung von Pilzinfektionen
Einer der Gründe für die rasche Ausbreitung von Pilzinfektionen ist die Tatsache, dass Pilze unglaublich widerstandsfähig sind. Die Sporen einiger Arten können im Boden bis zu 40 Jahre lang lebensfähig bleiben, bei anderen Arten können die Sporen über die Luft zwischen den Kontinenten reisen. Darüber hinaus sind sie extrem anpassungsfähig, mit einer unglaublichen genetischen Vielfalt zwischen und innerhalb von Pilzarten. Aber auch die Art der landwirtschaftlichen Produktion hat Einfluss. Der Anbau von genetisch einheitlichen Pflanzen auf riesigen Flächen bietet ideale Nahrungs- und Brutstätten für Pilze, die sich trotz Einsatz von Fungiziden entwickeln. Der zunehmend verbreitete Einsatz von Fungiziden, die auf einen einzigen zellulären Prozess des Pilzes abzielen, hat zur Entstehung von Fungizidresistenzen geführt. Um die Pilzinfektion zu bekämpfen, werden immer höhere Mengen von Fungiziden in der Landwirtschaft eingesetzt, und das kann wiederum die Resistenzentwicklung beschleunigen.
Einheitliches Konzept zur Bekämpfung von Pilzinfektionen erforderlich
„Ein besserer Schutz der weltweiten Nutzpflanzen vor Pilzkrankheiten erfordert einen wesentlich einheitlicheren Ansatz als bisher - mit einer engeren Zusammenarbeit zwischen Landwirtschaft, Agrarindustrie, Pflanzenzüchtung, Wissenschaft, Regierungen und Politik“, fordern die Autorinnen. So müssten verschiedene technische Innovationen genutzt werden, um Pflanzenkrankheiten wirksamer zu überwachen, zu verwalten und zu bekämpfen. Zudem müssten nach Verbindungen gesucht werden, die die Pilzvermehrung nicht nur an einer einzigen Stelle angreifen, sondern auf mehrere Prozesse abzielen. Im Jahr 2020 entdeckte ein Team der Universität Exeter eine chemische Verbindung, die den Weg für eine neue Art von Fungizid ebnen könnte. Vielversprechend könne auch der Anbau von Saatgutmischungen sein, die gegen Pilzinfektionen resistent sind, wie eine Studie aus Dänemark gezeigt hat. Für die frühzeitige Erkennung und Kontrolle von Ausbrüchen könnten technische Innovationen etwa im Bereich der künstlichen Intelligenz oder durch Fernerkundungsinstrumente wie Drohnen zukünftig eine Rolle spielen.
"Pilzinfektionen bedrohen einige unserer wichtigsten Kulturpflanzen, von Kartoffeln über Getreide bis hin zu Bananen. Wir haben bereits massive Verluste zu verzeichnen, und angesichts des Bevölkerungswachstums droht dies zu einer globalen Katastrophe zu werden“, betont Co-Autorin Professorin Sarah Gurr, Inhaberin des Lehrstuhls für Lebensmittelsicherheit an der Universität Exeter, England. „Kürzlich haben wir erlebt, wie sich die Welt über die Bedrohung der menschlichen Gesundheit durch Covid geeinigt hat. Wir brauchen jetzt dringend ein weltweit einheitliches Konzept zur Bekämpfung von Pilzinfektionen und mehr Investitionen von Regierungen, gemeinnützigen Organisationen und Privatunternehmen, um zu verhindern, dass sich das Problem zu einer globalen Katastrophe ausweitet, in der Menschen verhungern."
Redaktion: Kerstin Nees
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