Controle e fluxo gênico de Amaranthus sp. e caracterização de biótipos de Echinochloa sp. com resistência ao herbicida glifosato

Abstract

A espécie de Amaranthus hybridus (caruru) e o gênero de Echinochloa sp. (capim-arroz) tem apresentado aumento de frequência de biótipos resistentes ao herbicida glyphosate no sul do Brasil. Os objetivos deste trabalho foram avaliar o controle e o fluxo gênico para Amaranthus sp. e caracterizar a resistência de biótipos de Echinochloa sp. ao herbicida glyphosate. Foram conduzidas curvas de doseresposta com biótipos de caruru: AMACHY (S), ARRGR (R), SAOJER (R) e CAMAQ (R) e biótipos de capim-arroz: IRGA-02 (S), COLSP (S), ANTAGO (R), TEUTO (R), VALEVE (R) e ITAQUI (R) para confirmação da resistência. A caracterização foi realizada a partir do sequenciamento e expressão dos genes de interesse. Para verificar o fluxo gênico mediado pelo pólen (FGMP) em A. hybridus foi utilizada metodologia de análise de ocorrência fluxo gênico de média escala, onde plantas doadoras resistentes ao glyphosate (R) foram rodeadas por 12 plantas receptoras suscetíveis (S). A campo foi conduzido experimento para verificar o controle de caruru com o uso de herbicidas pré-emergentes em condições distintas de palha e irrigação, em duas safras. Os biótipos ARRGR (R), SAOJER (R) e CAMAQ (R) apresentam mutação tripla (TAP-IVS) no gene EPSPS. O biótipo SAOJER (R) também foi resistente aos herbicidas chlorimuron e imazethapyr, e apresenta a substituição Trp574Leu no gene ALS. Verificou-se que a taxa média de fluxo gênico entre plantas de A. hybridus foi de 0,089%. A campo, o controle de caruru mostrou ser mais influenciado pelo herbicida pré-emergente utilizado do que pelas condições de irrigação e cobertura testadas. Para muitos herbicidas os controles de caruru foram > 80% em todas as avaliações, inclusive em pré-colheita. O sequenciamento do gene EPSPS para capim-arroz permitiu verificar as mutações Pro106Ser e Pro106Ala nos biótipos VALEVE (R) (E. crus-galli) e ITAQUI (R) (E. colona), respectivamente. Os biótipos ANTAGO (R), TEUTO (R) (ambos E. crus-galli) não apresentam mutação e não foram relacionados a maior expressão dos genes AKR4 e ABCC8. A taxa de fluxo gênico pode contribuir para a dispersão da resistência ao herbicida glyphosate entre populações de A. hybridus no Brasil. O que evidencia a importância dos herbicidas pré-emergentes no controle dessa planta daninha. A resistência por local de ação alterado não é a única explicação para a resistência ao glyphosate em biótipos de capim-arroz no Brasil.

The species Amaranthus hybridus (smooth pigweed) and the genus Echinochloa sp. (barnyardgrass) have shown an increase in the frequency of biotypes resistant to the herbicide glyphosate in southern Brazil. The objectives of this study were to evaluate the control and gene flow for Amaranthus sp. and characterize biotypes of Echinochloa sp. to the herbicide glyphosate. Dose-response curves were conducted with smooth pigweed biotypes: AMACHY (S), ARRGR (R), SAOJER (R) and CAMAQ (R) and barnyardgrass biotypes: IRGA-02 (S), COLSP (S), ANTAGO (R), TEUTO (R), VALEVE (R) and ITAQUI (R) to confirm resistance. The characterization was carried out based on the sequencing and expression of the genes of interest. To verify pollen-mediated gene flow (FGMP) in A. hybridus, a mediumscale gene flow occurrence analysis methodology was used, where donor plants resistant to glyphosate (R) were surrounded by 12 susceptible recipient plants (S). An experiment was conducted in the field to verify the control of pigweed with the use of pre-emergent herbicides under different straw and irrigation conditions, in two harvests. The ARRGR (R), SAOJER (R) and CAMAQ (R) biotypes present a triple mutation (TAP-IVS) in the EPSPS gene. The SAOJER (R) biotype was also resistant to the herbicides chlorimuron and imazethapyr, and presents the Trp574Leu substitution in the ALS gene. It was found that the average rate of gene flow between A. hybridus plants was 0.089%. In the field, smooth pigweed control proved to be more influenced by the pre-emergent herbicide used than by the irrigation and coverage conditions tested. For many herbicides, smooth pigweed controls were > 80% in all evaluations, including pre-harvest. The sequencing of the EPSPS gene for barnyardgrass allowed us to verify the Pro106Ser and Pro106Ala mutations in the VALEVE (R) (E. crus-galli) and ITAQUI (R) (E. colona) biotypes, respectively. The biotypes ANTAGO (R), TEUTO (R) (both E. crus-galli) do not present mutations and were not related to higher expression of the AKR4 and ABCC8 genes. The rate of gene flow may contribute to the spread of resistance to the herbicide glyphosate among populations of A. hybridus in Brazil. This highlights the importance of pre-emergent herbicides in controlling this weed. Resistance due to altered site of action is not the only explanation for glyphosate resistance in barnyardgrass biotypes in Brazil.