La ricerca scopre 2 vie per la resistenza agli erbicidi nel riso con erbacce

Nilda Burgos, professoressa di fisiologia delle erbe infestanti e biologia molecolare, e il suo team campionano il riso erboso da un campo nell’Arkansas orientale. (Foto per gentile concessione di Nilda Burgos)

Fayetteville, Arc. — I ricercatori in Arkansas e Missouri hanno confermato due percorsi genetici che portano alla resistenza agli erbicidi nel riso infestante, uno dei principali parassiti per i coltivatori di riso dell’Arkansas.

La maggior parte del riso infestante resistente agli erbicidi in Arkansas ha ereditato il tratto attraverso il flusso genico da varietà di riso coltivate tolleranti agli erbicidi, ha affermato Nilda Burgos, professoressa di fisiologia delle erbe infestanti e biologia molecolare per la stazione sperimentale agricola dell’Arkansas. Ma qualche corsa infestante ha sviluppato la resistenza in modo indipendente a causa dell’uso continuo di erbicidi specifici.

Burgos ha affermato che questa è un’informazione importante per gli agricoltori che usano erbicidi di riso infestanti per controllare il parassita in altre colture quando sono in rotazione con il riso

La stazione sperimentale agricola è il braccio di ricerca della divisione di agricoltura del sistema dell’Università dell’Arkansas.

Il riso con erbacce è un grave problema in Arkansas, che produce quasi la metà del riso coltivato negli Stati Uniti. Nel 2020, il riso ha contribuito con oltre 1,1 miliardi di dollari all’economia agricola dello stato, secondo il profilo agricolo del 2022 pubblicato dalla Divisione dell’agricoltura. È disponibile online: https://bit.ly/AgProfile2022.

Secondo un documento di ricerca coautore di Burgos e dei suoi collaboratori alla Washington University, le infestazioni da riso infestanti causano ogni anno negli Stati Uniti perdite economiche di circa 45 milioni di dollari a causa delle perdite di resa e della ridotta qualità del grano. Le perdite ammontano a centinaia di milioni di dollari in tutto il mondo.

Flusso genico

Il riso erbaceo, una volta comunemente chiamato riso rosso, è la stessa specie del riso coltivato, ha detto Burgos. Poiché sono così strettamente imparentate, le piante coltivate e quelle erbacee possono impollinare in modo incrociato sul campo, un’azione chiamata “attraversamento”. Con questa azione, nota anche come flusso genico, il riso infestante può ottenere tratti genetici dal suo parente più civile.

Uno dei cambiamenti del flusso genico apportato all’erba è che il riso rosso non è più sempre rosso né sempre a grana media, da qui il suo nuovo soprannome.

Il potenziale di outcrossing ha sollevato preoccupazione per lo sviluppo della resistenza agli erbicidi nei campi comunemente coltivati ​​con varietà di riso tolleranti agli erbicidi imidazolinone, ha affermato Burgos. Conosciute come varietà Clearfield™, consentono agli agricoltori di piantare i loro campi e quindi di applicare erbicidi per uccidere il riso e altre erbacce senza danneggiare i loro raccolti. Gli erbicidi imidazolinonici sono comunemente chiamati erbicidi per la SLA perché uccidono le erbacce inibendo l’acetolattato sintasi, un enzima chiave nella crescita delle piante.

Burgos ha identificato il riso infestante resistente agli erbicidi ALS in alcuni campi dell’Arkansas almeno 20 anni fa, circa lo stesso anno in cui è stata introdotta la tecnologia Clearfield™. Quelle erbacce resistenti sono state raccolte da un campo che non era mai stato piantato prima con il riso Clearfield.

Burgos ha collaborato con il dottorato di ricerca della Washington University. lo studente Marshall Wedger, ora ricercatore post-dottorato lì, e il suo consulente laureato, Kenneth Olsen, professore di biologia, per identificare il percorso verso la resistenza per il riso con erbacce in Arkansas. La domanda a cui volevano rispondere era se le erbacce resistenti identificate da Burgos nei campi dell’Arkansas fossero il risultato di incroci o di pressioni evolutive causate da continue applicazioni di erbicidi.

Wedger è l’autore principale di un documento di ricerca co-autore di Burgos e Olsen sulle loro scoperte. È stato pubblicato sulla rivista online Nature Communications Biology.

Mentre un dottorato di ricerca studente, Wedger ha ricevuto una borsa di studio per laureati dalla National Science Foundation per studiare i meccanismi genetici di resistenza nel riso con erbacce. È venuto in Arkansas e Burgos lo ha aiutato a raccogliere campioni di semi da sei fattorie dell’Arkansas dove aveva identificato la resistenza alla SLA nel riso erboso.

Burgos ha coltivato il seme e ha testato le piante per la resistenza alla SLA. Ha identificato le erbacce resistenti e ha segnato il loro livello di resistenza. Gli stessi campioni sono stati condivisi con Wedger alla Washington University.

Wedger ha utilizzato sequenze dell’intero genoma di 48 piante di riso erbacee per mostrare come la resistenza agli erbicidi si sia evoluta dal flusso genico del riso raccolto. Quasi tutti gli altri casi di resistenza agli erbicidi nelle erbacce agricole derivano dalla selezione di piante tolleranti nella popolazione infestante.

Burgos ha affermato che gli incroci controllati, utilizzando i tratti marcatori associati e il sequenziamento dell’intero genoma possono anche tracciare la direzione in cui si sta verificando il flusso genico. “La ricerca ha dimostrato che il flusso genico dominante è dal raccolto all’erba”, ha detto.

“Negli ultimi 20 anni, il riso infestante è passato dall’essere geneticamente molto distinto dalle varietà di colture statunitensi ad essere ora principalmente derivato dall’ibridazione delle colture infestanti”, ha affermato Olsen. “Le erbacce stanno afferrando alcuni tratti del raccolto che sono benefici per loro, inclusa la resistenza agli erbicidi”.

“In quanto parente delle erbacce disaddomesticate, il riso delle erbacce è sempre stato in grado di incrociarsi con il riso coltivato. Sulla base dei nostri risultati, questa capacità di incrociarsi è ciò che ha portato alla maggior parte della resistenza agli erbicidi che vediamo oggi”, ha affermato Wedger.

Burgos ha affermato che le loro scoperte confermano ciò che ha trovato nelle risaie circa 20 anni fa. “È come un déjà vu. L’ho già visto prima”, ha detto.

due percorsi

“La maggior parte della resistenza è stata determinata dall’incrocio con il riso Clearfield ™”, ha detto Burgos. “Ma abbiamo scoperto una bassa frequenza di riso infestante resistente causato dalla pressione degli erbicidi”.

Il sequenziamento dell’intero genoma di Wedger è stato in grado di distinguere tra il riso erbaceo resistente risultante dall’incrocio con il riso coltivato da quelli risultanti da un altro meccanismo. L’outcrossing ha prodotto altre mutazioni genetiche condivise oltre alla resistenza agli erbicidi, ha detto Burgos. L’assenza di quelle mutazioni condivise secondarie indicava quando la resistenza proveniva dalla pressione degli erbicidi.

Questo tipo di resistenza indotta dalla pressione degli erbicidi si verifica quando gli erbicidi ALS vengono utilizzati continuamente su un campo. Il riso infestante che non viene ucciso dalle applicazioni regolari sparge i suoi semi, producendo più erbacce che possono tollerare le applicazioni di erbicidi. Il processo continua fino a quando non c’è una popolazione stabile di riso erbaceo resistente agli erbicidi.

Burgos ha affermato che lo sviluppo involontario di riso infestante resistente agli erbicidi mediante la pressione degli erbicidi ha provocato la stessa mutazione che si verifica nelle erbacce che conferisce al riso Clearfield™ la sua resistenza. Tuttavia, altre mutazioni genetiche trovate nel riso Clearfield™ non erano condivise in quelle piante di riso erbacee, indicando che non derivavano dall’outcrossing.

“Ciò significa che ci sono due vie per la mutazione che si traduce nella resistenza agli erbicidi della SLA”, ha detto Burgos. L’uso intensivo di erbicidi ALS per controllare il riso infestante in altre colture utilizzate in rotazione con il riso potrebbe causare resistenza anche quando le varietà Clearfield™ resistenti all’ALS non sono piantate nella rotazione.

evitando resistenze

Gli autori del rapporto concordano sul fatto che l’adattamento del riso infestante all’applicazione di erbicidi serva da esempio dei pericoli derivanti dal fare affidamento su metodi unici di controllo per i parassiti agricoli.

“La velocità con cui una popolazione di riso resistente alle erbacce si accumula fino al punto in cui l’erbicida non è più utile dipende da come il produttore gestisce la tecnologia del riso tollerante agli erbicidi”, ha affermato Burgos. “Esistono linee guida sulle migliori pratiche di gestione che aiutano i coltivatori a evitare l’evoluzione della resistenza per lungo tempo, se implementate”.

L’evitare un accumulo di riso infestante resistente agli erbicidi inizia con la gestione delle erbe infestanti a tolleranza zero, ha affermato Burgos. “Non lasciare nulla nel tuo campo. E non dimenticare i margini dei campi”.

I coltivatori di solito puliscono a fondo i loro campi, ma alcuni trascurano i bordi e i fossati, ha detto Burgos. L’anno successivo, il riso erbaceo germoglia ai confini delle risaie e si diffonde dai bordi.

Inoltre, i semi di riso infestanti che cadono nell’acqua nei fossati vengono trasportati in altre aree e possono germogliare ovunque.

La rotazione del riso Clearfield™ con varietà convenzionali può anche rallentare il flusso genico e inibire lo sviluppo di erbe infestanti resistenti agli erbicidi, ha affermato Burgos. Ruota il riso con altre colture, come la soia, e le diverse strategie di controllo delle erbe infestanti utilizzate con quelle piante possono aiutare a mantenere pulite le risaie. Consiglia anche strategie di controllo delle infestanti a rotazione.

“Assicurati che, qualunque cosa usi, non lasci riso con erbacce nel campo”, ha detto Burgos.

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