Implicaciones para el manejo de las resistencias INTERNATIONAL CONGRESS Jornadas Técnicas Resistencias de Malas Hierbas a herbicidas en los cultivos de Olivo, Cereales, Cítricos y Arroz Feria Valencia, 2 de octubre de 2014 Los mecanismos de resistencia de las malas hierbas a los herbicidas Implicaciones para el manejo de las resistencias Mercedes Royuela Dpto. Ciencias del Medio Natural Universidad Pública de Navarra

Implicaciones para el manejo de las resistencias Los mecanismos de resistencia de las malas hierbas a los herbicidas Implicaciones para el manejo de las resistencias La resistencia a herbicidas es la capacidad evolutiva de una población de malezas para sobrevivir a la aplicación de un herbicida que se sabe que previamente la controlaba. Año 1 Año 2 Años posteriores El número de individuos resistentes al herbicida en la población cambia con el tiempo. Cambio en la respuesta de la pb con el tiempo: SI, en resistencias, sólamente algunos individuos eran tolerantes NO, en tolerancias, la población siempre ha sido tolerante al herbicida. El mecanismos fisiológico para tolerar o resistir es similar no hay nuevos inventos (en herb totales?) -en RESIS sólo algunos individuos tenían la capacidad -en TOLER la capacidad es característica de la especie La tolerancia a herbicidas es la capacidad inherente de una especie para sobrevivir y reproducirse después de un tratamiento herbicida. No ha existido una selección actuando sobre la especie de maleza tolerante y no hay cambios en la falta de respuesta de la especie de maleza al herbicida a través del tiempo. Año 1 Año 2 Años posteriores El número de individuos tolerantes al herbicida no es afectado directamente por el herbicida.

Los mecanismos de resistencia de las malas hierbas a los herbicidas ACCIÓN HERBICIDA Casos de Resistencia / Tolerancia SELECTIVIDAD FISIOLÓGICA basada en las propiedades de algunas plantas de impedir que el herbicida actúe como tal una vez absorbido Aplicación herbicida Aplicación herbicida (TRANSLOCACIÓN) ABSORCIÓN MODO DE ACCIÓN MECANISMO H H Supervivencia de la planta ABSORCIÓN H H TRANSLOCACIÓN MODO DE ACCIÓN MECANISMO H H H H H H H H H H H H H enzima Basado en la diana resistencia target-site sustrato producto s H No basado en la diana resistencia no target-site Muerte de la planta

Mecanismos de Resistencia Basado en la diana resistencia target-site Diana insensible No basado en la diana resistencia no target-site Absoción reducida Translocación reducida Alta tasa de degradación del herbicida Sobreexpresión de la diana Secuestro del herbicida

resistencia target-site Mecanismos de Resistencia Basado en la diana resistencia target-site Diana insensible enzima enzima s s s enzima + s s p s H H enzima diana H H s s enzima diana enzima diana + H s s s H H H enzima diana no sensible enzima diana no sensible enzima diana no sensible s H s s + H p s s

resistencia target-site Mecanismos de Resistencia Basado en la diana resistencia target-site Diana insensible H enzima diana H enzima diana no sensible

gen enzima diana sensible H S: sustrato H: herbicida S: sustrato

gen enzima diana sensible gen* enzima diana no sensible H S: sustrato H: herbicida S: sustrato H: herbicida gen enzima diana sensible gen* H: herbicida S: sustrato S: sustrato H: herbicida enzima diana no sensible

frecuencia de la "modificación" - H S: sustrato H: herbicida S: sustrato H: herbicida gen enzima diana sensible “modificación” H: herbicida S: sustrato S: sustrato H: herbicida frecuencia de la "modificación" - + -proteína muy homogénea en todos los organismos del reino (plantas), no existe la modificación -mutación que se genera tras muchos ciclos reproductivos -puntualmente está en algunos individuos. -característico de la especie -característico de la clase: mono, dico. enzima diana no sensible

Mecanismos de Resistencia Basado en la diana Diana insensible H enzima diana S: sustrato H: herbicida S: sustrato H: herbicida H enzima diana no sensible Es el mecanismo de resistencia más frecuente en malas hierbas evolución de la resistencia Características del herbicida -muy eficaz - muy persistente Caracterísicas de la mutación (frec. de la mutación) -un único gen -dominante/recesiva -herencia citoplásmica -relación con el lugar activo coste fisiológico de la mutación

Mecanismos de Resistencia Basado en la diana Diana insensible H S: sustrato H: herbicida enzima diana S: sustrato H: herbicida H enzima diana no sensible Es el mecanismo de resistencia mas frecuente en malas hierbas inhibidores PSII a triazinas inhibidores de ALS inhibidores ACCasa glifosato: mutaciones EPSPS Pro-106 inhibidores de proto-porfirinógena IX oxidasa

Ser-264-Gly ---------- +triazinas - der.UREA inhibidores PSII a triazinas Inhibición competitiva por el sustrato (PQ). Una mutación de resistencia única ha evolucionado de forma independiente a nivel mundial. Una mutación puntual en el gen cloroplástico psbA (herencia materna) codifica la proteína D1: sustitución de aminoácido Ser-264-Gly en el sitio de unión PQ. Con algunas excepciones prácticamente todas las especies de malezas resistentes a triazinas tienen esta mutación. Ser-264-Gly ---------- +triazinas - der.UREA Ser-264-Thr * ------------------- +triazinas + der.UREA Val-219-Ile ------------------- - triazinas + der.UREA Asn-266-Thr * --------------- - triazinas + der.UREA Ala-251-Val ------------------- - triazinas + der.UREA Phe 255-Ile ------------------- - triazinas + der.UREA la resistencia a los herbicidas PSII no-triazina requiere mutaciones diferentes, y de hecho cinco mutaciones tales han sido reportadas en un pequeño número de especies de malezas. Un biotipo de maleza seleccionada por ambas triazina y herbicidas de urea inhibidores de PSII tiene una (96). Esta mutación, ya sea que parcialmente bloquee la entrada de herbicidas de urea y triazina en el sitio de unión PQ o interfiere con la interacción de herbici-das con Phe-255. De la selección con herbicidas PSII no-triazina, una mutación Val-219-Ile ha evolucionado en dos especies de malezas (102, 103), y una Asn-266-Thr (120), un Ala-251-Val (100) y una mutación Phe 255-Ile (125) ha evolucionado por separado en tres especies de malezas. Estas mutaciones confieren resistencia a ciertos herbicidas PSII no-triazina para los cuales la ampliamente evolucionada mutación Ser-264-Gly no les confiere resistencia.

Mecanismos de Resistencia Basado en la diana Diana insensible H S: sustrato H: herbicida enzima diana S: sustrato H: herbicida H enzima diana no sensible Es el mecanismo de resistencia mas frecuente en malas hierbas inhibidores PSII a triazinas inhibidores de ALS inhibidores ACCasa glifosato: mutaciones EPSPS Pro-106 inhibidores de proto-porfirinógena IX oxidasa

inhibidores de ALS -Inhibición no competitiva. El herbicida se une fuera del lugar de acción del herbicida, cerca de la unidad reguladora. En Pro-197, hay 11 sustituciones posibles . Las mutaciones Pro-197 son, con mucho, las más frecuentemente observadas . Pro-197-Ser -particularmente común con respecto a otras Pro197 -es la que más probablemente proporciona resistencia sin “coste” -requiere sólo una mutación de nucleótidos

Mecanismos de Resistencia Basado en la diana Diana insensible H S: sustrato H: herbicida enzima diana S: sustrato H: herbicida H enzima diana no sensible Es el mecanismo de resistencia mas frecuente en malas hierbas inhibidores PSII a triazinas inhibidores de ALS inhibidores ACCasa glifosato: mutaciones EPSPS Pro-106 inhibidores de proto-porfirinógena IX oxidasa

Ile 1781 leu, la más frecuente Enzima ACCasa gramíneas dicotiledóneas plastidial homomérica Multimérica (proc.) Diana de 3 tipos de Herb Insensible a herbicidas inhibidores ACCasa FOPS DIMS fenilpirazolinas -No del todo conocido, parece inhibición semicompetitiva por el sustrato acetilCoA -Mucha variedad en “coste”, en resistencias a carios tipos de herb. .... Ile 1781 leu, la más frecuente

Mecanismos de Resistencia Basado en la diana Diana insensible H S: sustrato H: herbicida enzima diana S: sustrato H: herbicida H enzima diana no sensible Es el mecanismo de resistencia mas frecuente en malas hierbas inhibidores PSII a triazinas inhibidores de ALS inhibidores ACCasa glifosato: mutaciones EPSPS Pro-106 inhibidores de proto-porfirinógena IX oxidasa

glifosato: mutaciones EPSPS Pro-106-Ser Inhibición competitiva por el segundo sustrato, muy difícil encontrar modificación que siga con funcionalidad Pro-106 -región altamente conservada (muy poca resistencia) -ser, Eleusine indica -thr, Eleusine indica -ala, Lolium

Mecanismos de Resistencia Basado en la diana Diana insensible H H enzima diana enzima diana no sensible s + H enzima enzima diana p Sobreexpresión de la diana

H promotor gen enzima diana sensible

Mecanismos de Resistencia Basado en la diana Diana insensible H enzima diana H enzima diana no sensible Es un mecanismo de resistencia muy poco común en poblaciones de malas hierbas - Grupo G Sobreexpresión de la diana

Implicaciones para el manejo Mecanismos de Resistencia Implicaciones para el manejo -No incrementar la presión de selección (frecuencia de uso de herbicidas del mismo mecanismo de acción sobre las mismas poblaciones) -especial riesgo con algunos herbicidas: -grupo de acción: A, B, C...(variabilidad natural del lugar de accción, del enzima diana) -especial riesgo con algunas especies -Autógamas porque replican la variación intrínseca de las poblaciones -Alógamas porque la variabilidad es mucho mayor -especies con alta velocidad de reproducción 2-3 ciclos anuales Basado en la diana Diana insensible H enzima diana H enzima diana no sensible Sobreexpresión de la diana

Mecanismos de Resistencia No basado en la Diana resistencia no target-site Absoción reducida Translocación reducida Alta tasa de degradación del herbicida Secuestro del herbicida Basado en la Diana resistencia target-site Diana insensible Mecanismos de Resistencia Sobreexpresión de la diana

Mecanismos de Resistencia No basado en la diana resistencia no target-site Absoción reducida Translocación reducida Alta tasa de degradación del herbicida Secuestro del herbicida Mecanismos de Resistencia Aplicación herbicida Supervivencia de la planta ABSORCIÓN H H H H H H TRANSLOCACIÓN H H H MECANISMO DE ACCIÓN MODO DE ACCIÓN

Mecanismos de Resistencia No basado en la diana resistencia no target-site Absoción reducida Translocación reducida Alta tasa de degradación del herbicida Secuestro del herbicida Mecanismos de Resistencia Indices restringidos de translocación de herbicidas / secuestro -glifosato -en Lolium rigidum, Conyza, Sorghum -más frecuente que la mutación EPSPS Pro-106 -en Lolium aparece adicionalmente a Pro-106 -mecanismo desconocido, probable transportador de membrana de la vacuola (secuestro) -tiene un coste fisiológico - -paracuat mecanismo desconocido, probable transportador de membrana de la vacuola (secuestro)

Mecanismos de Resistencia Absoción reducida Translocación reducida Alta tasa de degradación del herbicida Secuestro del herbicida Mecanismos de Resistencia Citocromo P450 (P450 monooxigenasas) -hay más de 2000 secuencias distintas de P450 monoox., no del todo conocidas sus funciones fisiológicas. -En los casos de resistencias hay mayor actividad de algunas P450 modificadas, sin conocer específicamente. -muchas veces seguido de conjugación y secuestro del producto -No es específico de un grupo de herbicidas, hay herbicidas de diferente mecanismo de acción que son metabolizables por estos enzimas ----> hay casos de resistencia cruzada a distintos tipos de herbicidas No basado en la diana resistencia no target-site Glutation S-transferasa -Enzimas multifuncionales que catalizan conjugación con glutation. Posteriormente puede darse secuestro vacuolar o exudado radical -Las resistentes presentan GST mutantes más eficaces , más activos (no más expresados), con mejor unión al herbicida. A veces va unido citocromo P450 Abutilon (atrazinas), Echinochloa (fenoxaprop) En tolerancias, es muy habitual como mecanismo en cultivos: -Atrazinas (Maíz) -Inhibidores ALS (casi todos los cultivos)

Mecanismos de Resistencia No basado en la diana resistencia no target-site Absoción reducida Translocación reducida Alta tasa de degradación del herbicida Secuestro del herbicida Mecanismos de Resistencia En general poligénicos, Muy poco conocidos, No responden a grupos de mecanismo de acción

Mecanismos de Resistencia No basado en la diana Absoción reducida Translocación reducida Alta tasa de degradación del herbicida Secuestro del herbicida Basado en la diana Diana insensible Mecanismos de Resistencia Sobreexpresión de la diana enzima diana no sensible H Manejo -Evitar Presión de selección sobre los grupos de acción herbicida (A, B…) rotar herbicidas de distintos grupos -Dejar de aplicar el grupo de herbicidas al que hay resistencia -Atención a la pareja: especie con poblaciones resitentes/herbicida, de la bibliografía -Cuidado sobre todo con las dosis subletales. -Falta conocimiento