RESEARCH IN PAIRS
Spatiotemporal Modeling of Plant Diseases and Vector Preferences
Modélisation spatio-temporelle des épidémies végétales avec préférences des vecteurs

4 – 15 May 2020

Description
Plant diseases belong to the largest threats of food security and human health worldwide. Many plant diseases are caused by pathogens that are transmitted by insect vectors. It is increasingly recognized that pathogens modify the behavior of their vectors to increase transmission, and there is compelling empirical evidence that transmission by vectors depends on the infection status of host plants and of the vectors themselves. Modeling the effects of vector preferences on disease transmission is a current research front, because this has an impact on crop protection strategies. However, there is a lack of incorporating spatial vector dispersal and including preference in vector movement. We propose to construct and analyze a spatiotemporal model of plant infection that includes spatial movement of vectors, especially movement that depends on infection status of hosts and vectors. This leads to systems of nonlinear partial differential equations, where the movement will be described by diffusion and advection terms, whereas transmission and population dynamics will be described by reaction terms. The work will build on the applicants‘ extensive experience and expertise in the mathematical modeling of plant and vector-borne diseases, movement preferences and movement behavior, as well as the analysis of partial differential equation models. The work will be the first to study partial differential equations for plant disease models with vector preferences
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Les maladies des plantes sont parmi les menaces les plus importantes pour la sécurité alimentaire mondiale et le bien-être de l‘homme. De nombreuses maladies des plantes sont transmises par des insectes vecteurs. Il est maintenant reconnu que les pathogènes modifient le comportement des vecteurs pour accroître leur transmission, et il est empiriquement démontré que la transmission vectorielle dépend de l’état d’infection de l’hôte et des vecteurs. Modéliser les effets des préférences vectorielles sur la transmission des maladies est un front de recherche en pleine expansion, car cela a des implications dans les stratégies de protection des cultures. Cependant, la prise en compte de la dimension spatiale des préférences vectorielles reste à développer. Nous proposons de concevoir et analyser un modèle épidémique spatiotemporel qui inclut les mouvements des vecteurs dans l‘espace, en particulier les préférences des vecteurs selon l’état d’infection des hôtes. Cela conduit à un système d’équations aux dérivées partielles nonlinéaires, où le mouvement des vecteurs est décrit via des termes de diffusion et d‘advection, tandis que la transmission et la dynamique des population seront décrites par des termes de réaction. Cette recherche mobilise les compétences du trio de chercheurs en modélisation mathématique en épidémiologie végétale des maladies à vecteurs, via l’analyse de modèles à base d’équations aux dérivées partielles. Cette étude sera la première étude concernant l’implication des préférences des vecteurs sur les dynamiques spatio-temporelles des maladies des plantes.
Participants

Yves Dumont (CIRAD & University of Pretoria)
Frédéric Hamelin (Université Bretagne-Loire)
Frank Hilker (Osnabrück University)

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