编辑推荐：
多宿主植物害虫严重威胁生态系统，现有模型难以预测其入侵。研究人员开展基于系统发育的流行病学研究（phyloEpi 模型），发现植物群落的系统发育组成和微气候影响害虫定殖。该模型可预测多宿主害虫入侵风险，助力防控。
在自然界中，多宿主植物害虫的肆虐如同一场无声的生态灾难，给无数的生态系统带来了巨大的破坏。传统的流行病学模型在面对这些攻击多种宿主物种的害虫时，常常显得力不从心。因为这些模型大多基于害虫宿主范围狭窄的假设，无法全面考虑多宿主害虫在不同植物群落中传播的复杂情况。而且，新兴害虫往往与环境尚未达到平衡，关于当地宿主物种易感性和支持害虫繁殖能力的经验数据又十分匮乏。在这样的困境下，预测哪些植物群落更容易受到多宿主害虫的侵害，成为了亟待解决的问题，这不仅关乎生态系统的稳定，也与经济发展和人类生活息息相关。
为了攻克这一难题，来自美国加利福尼亚大学圣克鲁兹分校（University of California Santa Cruz）、加利福尼亚大学戴维斯分校（University of California Davis）等多个机构的研究人员展开了深入研究。他们以一种源自东南亚、入侵加利福尼亚的甲虫 - 真菌病原体共生复合体（Fusarium dieback - invasive shothole borers，FD - ISHB）为研究对象，致力于开发一种基于系统发育信息的方法，以预测新兴多宿主害虫在不同景观中的定殖情况。
研究人员通过一系列的研究，得出了诸多重要结论。他们发现，植物群落中与已知易受感染宿主物种亲缘关系较近的物种越丰富，被 FD - ISHB 侵染的可能性就越高，可达到其他群落的四倍之多。同时，微气候对害虫的定殖也有着重要影响，在温暖的地方，甲虫能够繁殖更多代，使得原本基于物种组成被认为不易受感染的地方也可能出现害虫定殖的情况 。他们开发的 phyloEpi 模型在预测害虫定殖风险方面表现出色，通过将该模型应用于加利福尼亚州的城市森林，发现近四分之一位于 FD - ISHB 侵染范围之外的网格细胞可能极易受到入侵。这些研究结果表明，即使在缺乏当地植物物种易感性详细经验数据的情况下，也能够通过宿主的进化关系及其在当地植物群落中的丰度来预测新兴多宿主害虫的定殖情况。这一研究成果发表在《Communications Biology》上，为多宿主害虫的防控提供了新的思路和方法，具有重要的理论和实践意义。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，他们建立了监测网络，在加利福尼亚州南部沿海地区设立了 207 个监测地块（99 个受侵染地块和 108 个未受侵染地块），对地块内树木的相关属性进行详细记录，并测量温度和湿度等环境数据。其次，基于系统发育距离计算树种对 FD - ISHB 的易感性，构建了 phyloEpi 模型。最后，利用度日模型（degree - day model）估计甲虫每年的繁殖代数，综合评估害虫定殖风险。
研究结果
- 植物群落系统发育组成对害虫定殖的影响：通过对监测地块数据的分析，研究人员发现当地植物群落的系统发育组成是影响 FD - ISHB 定殖概率的重要因素。植物群落中若存在大量与已知高度易感宿主物种亲缘关系较近的物种，其被侵染的可能性显著增加。逻辑回归分析显示，当地树木的丰度和物种丰富度单独并不能预测甲虫的定殖情况，而基于密度的加权植物群落易感性估计值（wpS）与地块被侵染的概率呈显著正相关。
- 微气候对害虫定殖的影响：研究表明，温度对地块侵染的影响取决于群落背景。温暖的地方能够支持甲虫更多代的繁殖，使得一些基于物种组成被认为不易感的地块也有了更高的 FD - ISHB 定殖机会。不过，在当前侵染范围内，微气候条件较为相似，这一因素的相对重要性与群落系统发育组成相比略显次要 。而且，基于基部面积的 wpS 估计值分析中，温度与 wpS 的交互作用并不显著。
- phyloEpi 模型的预测能力：研究人员将 phyloEpi 模型应用于预测加利福尼亚州城市森林的侵染风险。结果显示，模型能够较好地预测监测网格中的侵染情况。在对 832 个独立监测网格的预测中，大部分网格（87%）的 wpS 值较低且预计甲虫繁殖代数较少，表明侵染概率较低 。同时，模型对已知侵染范围外的许多网格也做出了合理预测，在 36 个经确认未受侵染的监测网格中，有 32 个模型预测其侵染概率较低，证实了模型在更广泛条件下的预测能力。
研究结论与讨论
该研究成功开发并验证了基于系统发育信息的 phyloEpi 模型，为预测多宿主害虫的定殖风险提供了有力工具。研究结果表明，植物群落的系统发育组成和微气候是影响多宿主害虫定殖的关键因素 。这一模型不仅可以预测害虫的定殖概率，还能结合潜在损害指标，如树木死亡率等，为风险评估提供更全面的信息。通过将该模型应用于现有害虫传播的时空模型中，可以进一步提高对害虫传播的预测能力，帮助决策者更有针对性地制定监测和防控策略。
然而，目前的研究也存在一些局限性。例如，虽然发现了群落系统发育组成和微气候之间的相互作用，但这一作用还需要在更广泛的宿主组成和微气候条件下进行验证。此外，高质量的树木清查数据对于准确预测至关重要，但现有的森林清查数据在样本密度和覆盖范围上还存在不足，尤其是城市森林清查数据。未来需要投入更多资源，开发更完善的宿主分布数据集，以提高预测的准确性。
总体而言，这项研究为多宿主害虫的研究和防控开辟了新的方向。phyloEpi 模型具有广泛的适用性，能够为全球范围内的多宿主害虫管理提供重要参考，有望在未来的生物入侵防控中发挥关键作用，保护生态系统的稳定和生物多样性。
