Διερεύνηση της προσαρμοστικότητας πληθυσμών μουχρίτσας (Echinochloa) και της ανθεκτικότητας σε ζιζανιοκτόνα-αναστολείς της δράσης του ενζύμου ALS
Creators: name: Καλίτσου, Νικολέτα Ιωάννη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2015
Subjects: μουχρίτσα
ανθεκτικότητα
προσαρμοστικότητα
Echinochloa
resistance
fitness

description: Σε πειράματα φυτοδοχείων αξιολογήθηκαν οκτώ πληθυσμοί μουχρίτσας (Echinochloa) για ανθεκτικότητα στα ζιζανιοκτόνα bispyribac-sodium, imazamox και penoxsulam. Οι πληθυσμοί προέρχονταν από καλλιέργειες ρυζιού των Νομών Θεσσαλονίκης, Αιτωλοακαρνανίας και από την Τουρκία. Επίσης, οι οκτώ πληθυσμοί ταυτοποιήθηκαν μοριακώς με αλληλούχηση τμήματος χλωροπλαστικού DNA (cpDNA), ενώ για τη γενετική και τη βιοχημική βάση της ανθεκτικότητάς τους χρησιμοποιήθηκαν οι μέθοδοι της αλληλούχησης τμήματος του γονίδιου als και της in vitro δράσης του ενζύμου ALS, αντιστοίχως. Τα αποτελέσματα των φυτοδοχείων έδειξαν ότι η διπλάσια από τη συνιστώμενη δόση των ζιζανιοκτόνων μείωσε το νωπό βάρος τριών πληθυσμών (ανθεκτικοί) κατά 35-45%, ενώ η συνιστώμενη δόση τoυς μείωσε το νωπό βάρος των πέντε πληθυσμών (ευαίσθητοι) κατά 98-100%. Η σύγκριση των αλληλουχιών ανάλυσης του χλωροπλαστικού DNA και η μακροσκοπική αξιολόγηση (τρόπος έκφυσης βλαστών και φύλλων, ταξιανθία) έδειξαν ότι ένας ευαίσθητος και τρεις ανθεκτικοί πληθυσμοί ήταν E. oryzicola, ενώ τρεις ευαίσθητοι ήταν E. hispidula και ένας ευαίσθητος E. oryzoides. Η αλληλούχηση του γονίδιου als έδειξε ότι η ανθεκτικότητα των τριών πληθυσμών οφείλεται σε σημειακή μετάλλαξη, η οποία είχε ως συνέπεια την σύνθεση ενζύμου ALS με αντικατάσταση του αμινοξέος τρυπτοφάνη από λευκίνη στη θέση 574 (Trp574-Leu). Η in vitro δράση του ενζύμου ALS έδειξε ότι οι τιμές Ι50 (δόση ζιζανιοκτόνου για αναστολή της δράσης του ενζύμου ALS κατά 50%) για τους ευαίσθητους πληθυσμούς ήταν 0,2-0,4 μM bispyribac και 1,7-8,1 μM imazamox, ενώ οι αντίστοιχες τιμές Ι50 για τους ανθεκτικούς πληθυσμούς ήταν 4,8-7,9 μM bispyribac και 110-780 μM imazamox. Η ένταση ανθεκτικότητας (Ι50 ανθεκτικού/Ι50 ευαίσθητου) ήταν 7-48 και 24-161 για bispyribac και imazamox, αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα των τεσσάρων μεθόδων έδειξαν ότι τρεις E. oryzicola πληθυσμοί εμφάνισαν διασταυρωτή ανθεκτικότητα στα ζιζανιοκτόνα bispyribac, imazamox και penoxsulam, ενώ οι υπόλοιποι πέντε πληθυσμοί (τρεις E. hispidula, ένας E. oryzoides και ένας E. oryzicola) ήταν ευαίσθητοι. Παράλληλα με τα προαναφερθέντα πειράματα, πραγματοποίηθηκαν δύο πειράματα (2013 και 2014) αγρού στο αγρόκτημα του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, όπου μελετήθηκε η προσαρμοστικότητα και μακροσκοπική διάκριση των οκτώ πληθυσμών. Ειδικότερα, η αξιολόγηση των οκτώ πληθυσμών της μουχρίτσας βασίστηκε στο νωπό βάρος, στον αριθμό των αδελφιών και στον αριθμό των φοβών σε έξι δειγματοληψίες (ημέρες από μεταφύτευση), καθώς επίσης και στο μέγεθος των σπόρων. Η συνδυασμένη ανάλυση των δεδομένων έδειξε ότι το 2014, όλοι οι πληθυσμοί της μουχρίτσας είχαν μεγαλύτερο νωπό βάρος, λιγότερα αδέλφια και λιγότερες φόβες. Γενικώς, οι πληθυσμοί του είδους E. hispidula και E. oryzoides είχαν μεγαλύτερο νωπό βάρος και περισσότερα αδέλφια σε σχέση με τους πληθυσμούς E. oryzicola που είχαν περισσότερες φόβες, ενώ η φθίνουσα σειρά των ειδών Echinochloa με βάση το μεγέθος του σπόρου ήταν E. hispidula &lt; E. oryzicola &lt; E. oryzoides.
description: Eight Echinochloa populations, originating from rice fields in Thessaloniki, Aitoloakarnania and Turkey, were evaluated in pot experiments for possible development of resistance to bispyribac-sodium, imazamox και penoxsulam. Also, the chloroplast DNA (cpDNA) sequence comparison analysis was used to discriminate the conventionally classified Echinochloa populations. Additionally, the sequencing of als gene and the in vitro ALS enzyme activity assay were used to evaluate the genetic and biochemical basis of Echinochloa resistance. The pot experiments indicated that all herbicides applied at two-fold of the recommended rate caused a 35-45% of growth reduction on three Echinochloa populations (resistant), while the recommended rate reduced growth of the five Echinochloa populations (susceptible) by 98-100%. The cpDNA sequence comparison analysis discriminated as E. oryzicola the four conventionally classified populations (one susceptible and three resistant), one and three of them as E. oryzoides and E. hispidula, respectively. The als gene sequencing revealed that the observed resistance of the three E. oryzicola populations is attributed to point mutations of the ALS enzyme and particularly on codon 574, which leads to substitution of Trp574 (TGG) amino acid by Leu (TTG) (Trp574-Leu). The in vitro ALS enzyme activity showed that the I50 values (herbicide dose for 50% inhibition of the enzyme activity) for the susceptible Echinochloa populations were 0.2-0.4 μM bispyribac and 1.7-8.1 μM imazamox, respectively, whereas the respective I50 values for the resistant populations were 4.8-7.9 μM bispyribac-sodium and 110-780 μM imazamox. The calculated resistance factor (R/S = I50 resistant/I50 susceptible) were 7-48 and 24-161 for bispyribac and imazamox, respectively. These findings indicate that the insufficient control of the three E. oryzicola populations with the three herbicides was due to target-site resistance, whereas the other five populations (three E. hispidula, one E. oryzoides, and one E. oryzicola) were susceptible. Meanwhile, in two-year field experiment (2013 and 2014), at the Farm of the Aristotle University of Thessaloniki, the fitness cost and visual identification of eight populations was studied. In particular, the evaluation of the eight Echinochloa populations based on fresh weight, number of tillers and number of panicles in six samplings (days from transplanting), as well as on the seed size. The combined analysis of data showed that in 2014, all Echinochloa populations had higher fresh weight, fewer tillers and fewer panicles. In general, the E. hispidula and E. oryzoides populations had greater fresh weight and more tillers compared to E. oryzicola populations that had more panicles, whereas the descending order of Echinochloa species based on seed size was E. hispidula &lt;E. oryzicola &lt;E. oryzoides.