Mecanismos de resistencia en el sitio de acción y fuera del sitio de acción (TSR y NTSR) en gramíneas resistentes a glifosato

Abstract

El control de malas hierbas mediante el uso de herbicidas es una de las principales herramientas utilizadas en la agronomía con la finalidad de poder subsistir y alcanzar mayores niveles de producción agrícola. No obstante, el uso repetido de los herbicidas ha ocasionado que múltiples especies hayan evolucionado como resistentes a estos productos. El glifosato es el herbicida con mayores ventas en el mundo, y es utilizado ampliamente en post-emergencia o pre-siembra para el control de malas hierbas dico y monocotiledóneas. El modo de acción de este herbicida es la inhibición de la 5- enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintasa (EPSPS), enzima importante en la biosíntesis de aminoácidos esenciales fenilalanina, tirosina y triptófano en las plantas. De acuerdo con “The International Survey of Herbicide Resistant Weeds”, actualmente existen 55 casos de resistencia glifosato reportados en el mundo. Dada la importancia del uso de herbicidas y de un adecuado manejo integrado de malas hierbas, en el presente trabajo se han confirmado en España, Colombia y Brasil, primeros casos de resistencia a glifosato, y se han caracterizado los mecanismos de resistencia para que así se pueda obtener una adecuada decisión en cuanto al control de malas hierbas resistentes. En este trabajo se confirmó el primer caso mundial de resistencia de Bromus rubens, y mediante ensayos de invernadero se detectó que existen alternativas químicas como el propaquizafop y flazasulfuron, dos herbicidas con modo de acción diferente al glifosato. Por otro lado, se caracterizaron por primera vez los mecanismos de resistencia en Echinochloa crus-galli resistente a glifosato en cultivos anuales y perennes de la península ibérica. Se encontró que en esta resistencia está implicada una baja absorción y traslocación del herbicida, además, en una población está implicado el metabolismo de glifosato a metabolitos no tóxicos (ácido amino metil fosfonico (AMPA) y glioxilato). También se encontró que el primer caso de Chloris radiata, en arroces colombianos, era debido a una mutación (Pro- 106-Ser) en el gen que codifica a la enzima EPSPS. Por último, se encontró que una resistencia de Chloris distichophylla en Brasil, era debido a una baja absorción y traslocación del glifosato. Además, mediante estudios con herbicidas alternativos se encontró que productos como el cletodim, quizalofop, diuron, tembotrione o glufositato, pueden ser herramientas útiles para el control de esta gramínea. La caracterización de los mecanismos de resistencia implicados en cada maleza resistente a herbicidas es la mejor herramienta y la base para desarrollar estrategias de manejo integrado de malas hierbas (MIM). El cambio en las estrategias de control de malas hierbas en cultivos españoles, colombianos y brasileños debe incluir herbicidas con modo de acción diferente al glifosato y métodos no químicos para preservar la vida útil del glifosato por más tiempo para el control de malas hierbas en estos países.

Weed control using herbicides is one of the main tools used in agronomy in order to persist and achieve higher levels of agricultural production. However, the repeated use of herbicides has caused multiple species to evolve resistance to these products. Glyphosate is the herbicide with the highest sales in the world and is widely used in post-emergence or pre-sowing for the dicot and monocotyledonous control weeds. The mode of action of this herbicide is the inhibition of 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS), an important enzyme in the biosynthesis of essential amino acids phenylalanine, tyrosine, and tryptophan in plants. According to "The International Survey of Herbicide Resistant Weeds", there are currently 55 cases of glyphosate resistance reported worldwide. Given the importance of herbicide use and proper integrated weed management, the first cases of resistance to glyphosate have been confirmed in Spain, Colombia and Brazil, and the mechanisms of resistance have been characterized to obtain an adequate decision regarding the control of resistant weeds. In this work, the first world case of resistance of Bromus rubens was confirmed, and through greenhouse assays it was detected that there are chemical alternatives such as propaquizafop and flazasulfuron, two herbicides with a different mode of action to glyphosate. On the other hand, the mechanisms of resistance in glyphosate-resistant Echinochloa crus-galli in annual and perennial crops in the Iberian Peninsula were characterized for the first time. It was found that low uptake and translocation of the herbicide is involved in this resistance, and that glyphosate metabolism to non-toxic metabolites (amino methyl phosphonic acid (AMPA) and glyoxylate) is involved in one population. The first case of Chloris radiata in Colombian rice was also found to be due to a mutation (Pro-106-Ser) in the gene encoding the EPSPS enzyme. Finally, a resistance of Chloris distichophylla in Brazil was found to be due to a low uptake and translocation of glyphosate. In addition, through trials with alternative herbicides, it was found that products such as clethodim, quizalofop, diuron, tembotrione or glufositate, can be useful tools for the control of this grassweed. Characterizing resistance mechanisms implied in each herbicide resistant weed is the best tool and the basis to develop integrated weed management (IWM) strategies. The change in weed control strategies in Spanish, Colombian and Brazilian crops should include herbicides with a mode of action different from glyphosate and non-chemical methods to preserve the useful life of glyphosate for a longer time for weed control in these countries.