Alejandro Presotto, Miguel Cantamutto y Mónica Poverene*

Posible transferencia  de la tolerancia a imidazolinonas del girasol a los biotipos  silvestres de Helianthus annuus L.

Desde la aparición del primer herbicida inhibidor de la enzima acetohidroxiácidosintasa, clorsulfurón, en 1982 hasta la actualidad ha aumentado su utilización así como también la aparición de malezas tolerantes.

Los herbicidas inhibidores de la enzima acetohidroxiácidosintasa (AHAS) – imidazolinonas (IMI) y sulfonilureas (SU), entre otros – son muy utilizados en el mundo debido a su amplio espectro de control de malezas, baja toxicidad en mamíferos, alta selectividad y bajas dosis de aplicación (Arregui y Puricelli 2008).

AHAS es una enzima situada en el cloroplasto que participa en la síntesis de aminoácidos de cadena ramificada, valina, leucina e isoleucina. Las plantas susceptibles a este grupo de herbicidas rápidamente cesan su crecimiento por inhibición de la división celular y posteriormente mueren (Rost y Reynolds 1985). La sustitución de un aminoácido en el sitio de unión del herbicida resulta en el incremento de la resistencia de la enzima a imidazolinonas, sulfonilureas u otras familias e incluso existen mutaciones que confieren resistencia a todas las familias inhibidores AHAS (Tranel y Wright 2002).

Desde la aparición del primer herbicida inhibidor de AHAS, clorsulfurón, en 1982 hasta la actualidad ha aumentado su utilización así como también la aparición de malezas tolerantes. Es así que el número de malezas tolerantes a este grupo de herbicidas supera las 100 especies vegetales en todo el mundo, siendo los herbicidas con mayor número y con la mayor tasa de crecimiento de especies tolerantes (Heap2012).

El descubrimiento de genes que confieren tolerancia a inhibidores de AHAS ha llevado al desarrollo comercial de cultivos tolerantes a imidazolinonas. Esta tolerancia, incorporada a través de métodos convencionales de mejoramiento, se conoce con el nombre de tecnología Clearfield® (CL). En la actualidad se emplean maíz, colza, arroz, trigo y girasol (Tan et al 2005).

El hallazgo de una población de girasol silvestre (Helianthusannuus) tolerante a imidazolinonas(Al-Khatib et al. 1998) permitió al desarrollo de girasoles CL que comenzaron a comercializarse en Argentina en la campaña 2003. Los híbridos CL se comercializan junto a un herbicida de amplio espectro cuyo principio activo es imazapir y se lo conoce con el nombre de Clearsol® (BASF 2012).

Las existencia de poblaciones de H. annuus naturalizadas en la región central de nuestro país y la posibilidad de originar híbridos fértiles con el girasol domesticado (Ureta et al. 2008) genera un escenario en el que es probable la aparición de híbridos cultivo-silvestre tolerantes a imidazolinonas.

Un biotipo que posee resistencia cruzada es aquella maleza o cultivo que ha evolucionado mecanismos de resistencia a un herbicida y a su vez le permite resistir otros herbicidas. Esta resistencia puede ocurrir en la misma familia o entre otras familias de herbicidas, con el mismo o diferente sitio de acción (Gunsolus 2002).

El cruzamiento entre H. annuus silvestre y el girasol CL no sólo podría generar tolerancia a imazapir en las progenies cultivo-silvestre sino también resistencia cruzada a herbicidas de la misma familia o de familias que actúan sobre el mismo sitio de acción (ej: sulfonilureas).

Materiales y métodos

Experimento I

La respuesta a imazapir (Clearsol®) se evaluó en la progenie de cruzamientos controlados entre biotipos silvestres de girasol y el híbrido comercial DK3880 CL®, tolerante a imidazolinonas.El germoplasma silvestre estuvo constituido por dos poblaciones silvestres de H. annuus colectadas en la región central argentina. Para el cruzamiento se taparon capítulos y a partir de inicio de la apertura del capítulo se procedió a emascular y a polinizar las flores diariamente con el híbrido CL, hasta finalizar la floración.

La progeniese crió utilizando sustrato a base de turba en condiciones de invernáculo. En el estadio de 2-4 hojas se aplicó el herbicida, en dosis de 0X, 0,06X, 0,13X, 0,5X, 1X, 2X, 8X y 16X (siendo X la dosis comercial recomendada) La aplicación se realizó con una mochila de presión constante operada a 21 kg cm-2 utilizando una pastilla tipo abanico plano 8001 y un caudal de 105 L ha-1.

Se utilizó un diseño completamente al azar con tres repeticiones en el que cada biotipo estuvo representado por unidades experimentales de 6-8 plantas. Tres semanas después de la aplicación se determinó el efecto del herbicida a través de una escala visual de fitotoxicidad que varió de 0 = sin daño, 1 = 25% de daño, 2 = 50% de daño, 3 = 75% de daño y 4 = muerte del ápice (Al-Khatib et al., 2000). Para la determinación de la acumulación de materia seca, las plantas fueron separadas en parte aérea y raíz. Previo lavado manual de las raíces ambas fracciones fueron colocadas en estufa a 60ºC durante una semana hasta peso constante y posteriormente pesadas. Se determinaron las curvas de dosis-respuesta utilizando el paquete drc (dosis response curves) del programa estadístico R.

Experimento II

La respuesta cruzada a herbicidas sulfonilureas e imidazolinonas se evaluó en la progenie de cruzamientos entre biotipos silvestres de H. annuus y el híbrido comercial CL, utilizado como parental materno. Para ello, este último fue emasculado y polinizado diariamente.

En estadio de 2-4 hojas se aplicaron los herbicidas clorimuron, iodosulfuron, metsulfuron, prosulfuron, triasulfuron, imazapir e imazetapir, utilizando la 0,5X y 2X de la dosis comercial. La cría de plantines y condiciones de aplicación fueron las descriptas para el experimento I.

Se utilizó un diseño completamente al azar con tres repeticiones y unidades experimentales de 6-8 plantas. Tres semanas después de la aplicación se determinó el efecto del herbicida utilizando una escala visual (previamente descripta).

Los resultados fueron analizados con los paquetes estadísticos Infostat (2008) y R2.9.0 (2009).

Resultados y discusión

Los biotipos silvestres fueron los más afectadas por el herbicida, manifestando una dosis letal 50 (DL50) de 0,05 veces la dosis comercial de Clearsol®. Esta fue 64 y 136 veces menor que las dosis que controlaron el 50% de las plantas F1 y del híbrido CL, respectivamente. El híbrido CL mostró el mayor nivel de tolerancia mientras que las plantas F1 mostraron un comportamiento intermedio (Figura 1).

Con respecto a la materia seca aérea y radical, la respuesta fue similar. A medida que aumentó la dosis de herbicida disminuyó la materia seca, especialmente en las poblaciones silvestres.

Figura 1: Supervivencia (%) de plantas en función de dosis crecientes de imazapir (Clearsol®) para: Helianthus annuus silvestre (SIL), un híbrido comercial CL (IMI) y la progenie entre ambos (F1).

Figura 1

Figura 2: Biomasa aérea (mg) en función de dosis crecientes de imazapir (Clearsol®) para Helianthus annuus silvestre (SIL), un híbrido comercial CL (IMI) y la progenie entre ambos (F1

Figura 2

Figura 3: Biomasa radicular (mg) en función de dosis crecientes de imazapir (Clearsol®) para dos biotipos, Helianthus annuus silvestre (SIL), un híbrido comercial CL (IMI) y la progenie entre ambos (F1).

Figura 3

El híbrido CL fue afectado con las dosis más elevadas mientras que la descendencia tuvo un comportamiento intermedio (Figura 2 y 3). Tanto la información visual como la materia seca aérea y radical demostraron que el híbrido CL presentó una tolerancia que duplicó a la detectada en las plantas F1.

Estos resultados demuestran la susceptibilidad de los biotipos silvestres de H. annuus a bajas dosis de imazapir. La dosis recomendada de este herbicida para el control de malezas en girasol eliminó totalmente las plantas de girasol silvestre. El híbrido CL fue el biotipo más tolerante manifestando una DL50 136 veces mayor que la obtenida sobre los biotipos silvestres. Resultados similares se obtuvieron con plantas de H. annuus silvestre tolerantes a imazetapir en un lote en Kansas, las cuales fueron 170 veces más tolerantes que plantas de girasol silvestre no expuestas a la selección por el herbicida (Al-Khatib et al. 1998).

El cruzamiento de plantas silvestres con el híbrido CL aumentó la tolerancia a imazapir, aunque la tolerancia fue menor que la del híbrido IMI-tolerante. Estos resultados coinciden con los formulados por Bruniard y Miller (2001) quienes propusieron que la tolerancia estaría gobernada por dos genes, uno mayor y un segundo con efecto modificador y que los genotipos intermedios no alcanzarían la máxima tolerancia ya que ambos loci quedan en heterocigosis.

Sin embargo, de acuerdo a la ecuación de regresión obtenida en el ensayo (Figura 1) la dosis de herbicida necesaria para obtener un control adecuado (>90%) de las plantas F1 sería mayor a 5 veces la dosis comercial, lo que haría que la aplicación se vuelva económica y ecológicamente inviable.

Tabla 1: Supervivencia (media ± error estándar) de siete principios activos pertenecientes a las familias de las sulfonilureas e imidazolinonas sobre biotipos silvestres de Helianthus annuus L. (SIL), un híbrido comercial tolerante a imidazolinonas (IMI) y las progenies entre ambos (F1).

Tabla 1

Cuando se evaluó la resistencia cruzada a sulfonilureas e imidazolinonas se encontró que todas las sulfonilureas utilizadas, aún en la dosis más baja, produjeron una mortandad de plantas mayor al 80% tanto para los tres genotipos evaluados. Los herbicidasiodosulfuron y prosulfuron causaron los mayores daños (Tabla 1).

La sulfonilureaclorimuron fue la que menos afectó al girasol CL ya que aun utilizando el doble de la dosis comercial, más del 16% de las plantas no fueron afectadas. Las F1 mostraron más daño que girasol CL aunque a media dosis sobrevivió, en promedio, un 7% de las plantas. Las poblaciones silvestres presentaron más de 97% de mortandad con la dosis más baja.

Por otro lado, las F1 y el híbrido CL tuvieron un mejor comportamiento frente a las imidazolinonas. Aunque la mortandad de plantas con imazetapir fue ampliamente superior que con imazapir,éste no tuvo un control aceptable sobre IMI ni sobre sus progenies aun en la dosis más alta, mientras que la mortandad de plantas en poblaciones silvestres fue prácticamente total a media dosis (Tabla 1).

Esta respuesta confirmaría que la mutación natural que fue transferida al girasol cultivado confiere resistencia cruzada a otroherbicida dentro de la misma familia, (imazetapir) y una leve tolerancia a clorimuron, principio activo de la familia de las sulfonilureas. Esta resistencia cruzada también fue demostrada por Baumgartner et al. (1999) y Sala et al. (2008).

Las plantas F1 tuvieron un comportamiento intermedio entre los biotipos silvestres y el híbrido comercial CL frente a los herbicidas utilizados. Esta menor tolerancia a imazetapir y a clorimuron que el híbrido CL sería causada por los genes de tolerancia en estado de heterocigosis (Bruniard y Miller 2001).

De estos resultados se desprende que las plantas F1 derivadas del cruzamiento entre cultivares IMI-tolerantes y biotipos silvestres de H. annuus no podrían ser controladas con las dosis recomendadas de imazapir ni imazetapir, por lo que podrían convertirse en potenciales malezas en cultivos de girasol y maíz CL.

La incorporación de tolerancia a imidazolinonas en los cultivos es una tecnología valiosa para el manejo de malezas, por la eficacia sobre un amplio espectro de especies, bajas dosis y baja toxicidad en mamíferos de estos herbicidas (Tranel y Wright 2002). Sin embargo, debería alternarse el uso de estos herbicidas con otros que posean diferentes mecanismos de acción, para propiciar una mayor eficacia y duración de esta tecnología.La combinación de herbicidas es una estrategia valiosa ya que la probabilidad de que aparezca una mutación diferente para cada uno de los herbicidas es una probabilidad tan baja que supone un retraso de la aparición de resistencia por muchas más generaciones (Powles et al., 1997).

Bibliografía

  • Al-Khatib K., Baumgartner J.R., Peterson D.E., Currie R.S. 1998. Imazethapir resistance in common sunflower (Helianthus annuus). Weed Sci, 46: 403-407.
  • Al-Khatib K., Petterson D.E., Regehr D.L. 2000. Control of imazetahpyr-resistant common sunflower (Helianthus annuus) in soybean (Glycine max) and corn (Zea mays). WeedTechnol 14: 133-139.
  • Arregui C.M., Puricelli E. 2008. Mecanismos y modo de acción de los herbicidas, Capítulo 3 en: Mecanismos de acción de plaguicidas. Arregui C.M., Puricelli E. (Eds.). Rosario, Argentina, 125-203.
  • Baumgartner J.R., Al-Khatib K., Currie R.S. 1999. Cross-resistance of imazethapyr-resistant common sunflower (Helianthus annuus) to selected imidazolinone, sulfonylurea, and triazolopyrimidine herbicides. Weed Technol 13: 489-493.
  • BASF 2012. En:http://www.agro.basf.com.ar/Clearfield.aspx?tecnologia=Clearfield
  • Bruniard J.M., Miller J.F. 2001. Inheritance of imidazolinone-herbicide resistance in sunflower. Helia 24: 11-16.
  • Gunsolus J.L. 2002. Herbicide resistant weeds. University of Minnesota. En:  http://www.extension.umn.edu/distribution/cropsystems/dc6077.html
  • HeapI. 2012. Weed Science. International survey of herbicide resistant weeds. En: http://www.weedscience.org/In.asp
  • INFOSTAT, 2008. InfoStatversion 1.1./Professional. Grupo InfoStat, FCA, Universidad Nacional de Córdoba, Argentina.
  • Powles S.B., Preston C., Bryan I.B., Jutsum A.R. 1997. Herbicide resistance: impact and management. Adv. Agron. 58: 57-93.
  • R2.9.0. 2009. The R project for statistical computing. Disponible en:http://www.r-project.org/
  • Rost T.L., Reynolds T. 1985. Reversal of chlorsulfuron-induced inhibition of mitotic entry by isoleucine and valine. Plant Physiol. 77: 481-482.
  • Sala C.A., Bulos M., Echarte M., Whitt S., Ascenzi R. 2008. Molecular and biochemical characterization of an induced mutation conferring imidazolinone resistance in sunflower. Theor. Appl. Genet. 118: 105–112.
  • Tan S., Evans R.R., Dahmer M. L., Singh B. K., Shaner D. L. 2005.Imidazolinone-tolerant crops: history, current status and future. Pest.

 

 

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