Fluxo gênico e variação adaptativa de arroz vermelho (Oryza sativa L.) resistente aos herbicidas imidazolinonas

Abstract

O arroz vermelho (Oryza sativa L.) é a principal planta daninha da cultura do arroz e o seu controle em lavouras comerciais é difícil. As cultivares de arroz resistentes aos herbicidas imidazolinonas proporcionaram o controle seletivo do arroz vermelho. Porém, nos últimos anos surgiram populações de arroz vermelho resistentes a estes herbicidas. Os objetivos desta pesquisa foram elucidar a importância do fluxo gênico e da seleção independente como processos de origem da resistência de arroz vermelho aos herbicidas imidazolinonas no RS; quantificar o fluxo gênico a partir de plantas de arroz vermelho resistentes para plantas de arroz vermelho suscetíveis em condições de cultivo; avaliar a ocorrência de fluxo gênico entre populações de arroz vermelho no RS; e identificar alterações na adaptação de arroz resistente a estes herbicidas baseado no padrão da germinação de sementes. Foram utilizadas 176 indivíduos de arroz vermelho resistentes e suscetíveis aos herbicidas imidazolinonas coletadas no RS e as cultivares IRGA 417, IRGA 422 CL, Sator CL e Puita INTA CL. A origem da resistência foi avaliada baseada em quatro marcadores moleculares single sequence repeats (SSR) e três single nucleotide polimorfism (SNP). O fluxo gênico entre plantas foi realizado em ensaio à campo e a avaliação foi realizada com marcadores fenotípico resistência a imidazolinonas e molecular SNP. O fluxo gênico entre lavouras foi avaliado em 27 populações através de 24 marcadores SSR. A alteração na adaptação de plantas de arroz resistentes foi realizada com base em parâmetros germinativos relacionados à resistência a imidazolinonas. A resistência devida ao fluxo gênico a partir de cultivares resistentes ou à seleção da mutação pelo uso contínuo destes herbicidas ocorreu em 98,9% e 1,1% dos indivíduos, respectivamente. A taxa média de fluxo gênico entre plantas foi de 0,0243%. O arroz vermelho foi mais receptivo ao pólen (0,0344%) que à cultivar IRGA 417 (0,0142%). Baseado no FST de 0,26 encontrado para as populações estudadas o índice estimado de fluxo gênico Nm foi de 0,7. A estruturação populacional indicou haver fluxo de sementes entre lavouras de arroz. As cultivares resistentes alcançaram 50% de germinação em menos tempo que a cultivar suscetível IRGA 417. Estes resultados sugerem que o manejo do arroz vermelho deve ser baseado na redução da pressão de seleção devida ao uso contínuo de herbicidas imidazolinonas e principalmente na mitigação do fluxo gênico de pólen e sementes.

Red rice (Oryza sativa L.) is the most important weed in the paddy field rice, and its control in large scale fields is difficult. The imidazolinone herbicide resistant rice cultivars provide selective red rice control. However, in recent years have been emerged red rice populations resistant to these herbicides. This study aimed to elucidate the relative importance of the gene flow and independent selection as origin process to the imidazolinone resistance in red rice; to quantify the gene flow among imidazolinone resistant red rice and susceptible red rice plants in paddy field conditions; to evaluate the occurrence of the gene flow among red rice populations in RS state; to identify variations in fitness of the imidazolinone resistant rice plants based on the seed germination pattern. Plant material consisted of 176 red rice individuals resistant and susceptible to the imidazolinone herbicides collected in RS and the rice cultivars IRGA 417, IRGA 422 CL, Sator CL and Puita INTA CL. The origin of the resistance was determinate based on four simple sequence repeats (SSR) and three single nucleotide polymorphism (SNP) molecular markers. The gene flow among red rice plants was studied in a paddy field experiment and the evaluation was based on the imidazolinone resistance trait and three SNP molecular markers. In addition, a gene flow among red rice 27 populations was carried out based on 24 SSR molecular markers. The variation in fitness of the resistant rice plants was based on the germination parameters related to the imidazolinone resistance. The imidazolinone resistance origin due to gene flow from resistant cultivars and from independent mutation selection occurred in 98,9% and 1,1% of the individuals, respectively. The mean gene flow rate among plants was 0,0243%. Red rice was more receptive to pollen (0,0344%) than the susceptible cultivar IRGA 417 (0,0142%). Based on the FST of 0,26, the estimated gene flow index Nm was 0,7. The population structure indicated that there is seed flow among rice paddy fields. All the imidazolinone resistant cultivars reached 50% of germination faster than the susceptible cultivar IRGA 417. These results suggest that the management of the red rice should be based on reduction of the selection pressure due to the continuous use of the imidazolinone herbicides and mainly on the mitigation of the seed and pollen gene flow.