Herbicide resistance in Amaranthus palmeri from Spain: mechanisms, evolution, and biochemical insights

La resistència als herbicides inhibidors de l'acetolactat sintasa (ALS) i la 5-enolpiruvilshikimat-3-fosfat sintasa (EPSPS) està àmpliament distribuïda entre les poblacions d’Amaranthus palmeri (A. palmeri) a nivell mundial, cosa que representa un gran repte per a la gestió dels cultius. A Espanya, només s’han caracteritzat unes poques poblacions d’A. palmeri fins ara, mentre que se’n continuen descobrint de noves tant en entorns agrícoles com urbans. Per a aquestes poblacions recentment identificades, es desconeix si han desenvolupat resistència als diferents modes d'acció dels herbicides, quins són els mecanismes subjacents a aquesta resistència i quins esdeveniments evolutius van conduir a la seva aparició. L’objectiu general d’aquest treball és caracteritzar els mecanismes de resistència als herbicides en poblacions espanyoles d’A. palmeri, centrant-se en el seu impacte sobre la fisiologia de la planta i els processos evolutius que han permès l’establiment de la resistència en poblacions naturals. Això inclou la identificació de mecanismes que confereixen resistència als inhibidors d’ALS i EPSPS, l’estudi dels orígens evolutius de la resistència al glifosat mediada per ADN circular extracromosòmic (eccDNA), l’anàlisi de l’expansió de la resistència als inhibidors d’ALS a Europa i l’avaluació de l’impacte de les mutacions en la proteïna ALS sobre la cinètica enzimàtica i la interacció amb herbicides inhibidors. A la primera part d’aquest estudi, es van caracteritzar els patrons de resistència als herbicides de nou poblacions espanyoles d’A. palmeri davant d’herbicides inhibidors d’ALS i EPSPS. Es van realitzar assajos d’aplicació d’herbicides per avaluar el perfil de resistència de cada població, seguits d’anàlisis moleculars per identificar possibles mecanismes de resistència en el lloc d’acció. L’estudi va confirmar que les mutacions puntuals als codons P197, A376 i W574 confereixen resistència als herbicides inhibidors d’ALS, com ara el tifensulfuró-metil i l’imazamox. A més, la resistència al glifosat en dues de les nou poblacions es va associar a la duplicació del gen EPSPS. L’anàlisi d’haplotips de la mutació W574L al gen ALS i l’amplificació parcial de l’ADN circular extracromosòmic (eccDNA) del gen EPSPS van suggerir que aquests mecanismes de resistència en el lloc diana es van originar arran d’esdeveniments evolutius que van tenir lloc abans de la introducció d’aquestes poblacions a Espanya. Finalment, es va dur a terme la caracterització bioquímica de les proteïnes ALS recombinants d’A. palmeri per entendre la seva cinètica enzimàtica i la seva sensibilitat als herbicides inhibidors d’ALS. Els resultats van revelar que les mutacions a P197 i W574 redueixen l’afinitat pel substrat, donant lloc a resistència creuada a causa d’alteracions en el lloc d’unió de l’herbicida. En conjunt, aquests resultats posen de manifest la creixent presència de poblacions d’A. palmeri amb múltiples resistències als herbicides a Espanya, indicant que els mecanismes de resistència es van originar abans de la seva introducció i probablement s’estan propagant mitjançant el flux gènic a través del pol·len i les llavors. L’aparició de noves poblacions amb perfils de resistència desconeguts complica encara més la seva gestió, la qual cosa subratlla la necessitat d’aplicar estratègies integrades de control de males herbes per gestionar de manera eficaç aquestes poblacions resistents.