El arroz maleza se ha vuelto resistente a los herbicidas a través de una rápida evolución


En un artículo publicado en la revista Communications Biology , científicos de la Universidad de Washington en St. Louis y la Universidad de Arkansas informan que una plaga de cultivo llamada arroz maleza se ha vuelto ampliamente resistente a los herbicidas en las regiones donde se planta arroz resistente a los herbicidas. 


por Talia Ogliore, Universidad de Washington en St. Louis


El estudio destaca los desafíos que enfrentan los productores de arroz de EE. UU. cuando luchan contra una maleza enemiga que está estrechamente relacionada con una planta de cultivo deseable.

La investigación genética se realizó con muestras recolectadas en campos de arroz en Arkansas, donde se cultiva casi el 50% del arroz del país.

El arroz maleza es un primo estrechamente relacionado con el arroz de cultivo. Compite agresivamente con el arroz cultivado en el campo, lo que genera pérdidas de rendimiento y reducciones en la calidad de la cosecha que comprometen el valor de mercado. Las infestaciones de arroz maleza causan pérdidas económicas estimadas en $ 45 millones en los Estados Unidos cada año y cientos de millones de dólares en todo el mundo.

Los biólogos utilizaron secuencias del genoma completo de 48 plantas de arroz maleza contemporáneas para mostrar cómo evolucionó la resistencia a los herbicidas mediante el flujo de genes del cultivo de arroz. Casi todos los demás casos de resistencia a herbicidas en malezas agrícolas resultan de la selección de genotipos tolerantes en las especies de malezas. Apenas 20 años después de que se adoptara por primera vez el arroz resistente a los herbicidas en el sur de los Estados Unidos, la mayoría de los campos con antecedentes de cultivo de arroz resistente a los herbicidas tienen plantas de arroz maleza que también son resistentes a los herbicidas.

«A lo largo de sus casi 200 años de historia en los Estados Unidos, el arroz maleza tuvo una tasa muy baja de cruzamiento con el arroz cultivado», dijo Marshall Wedger, investigador asociado postdoctoral en biología en Artes y Ciencias en la Universidad de Washington y primer autor del estudio. . «Encontramos que el arroz maleza de EE. UU. ha persistido a través de la presión de los herbicidas con la supervivencia de esas pocas plantas que se cruzaron, y en consecuencia adquirieron el rasgo de resistencia a los herbicidas».

«Los cambios tecnológicos en el cultivo de arroz en EE. UU. desde la década de 2000 han llevado a una revolución genética completa en la composición del arroz maleza que infesta los campos de EE. UU.», dijo Kenneth Olsen, profesor de biología en la Universidad de Washington y autor principal del estudio.

«En los últimos 20 años, el arroz maleza ha pasado de ser muy distinto genéticamente de las variedades de cultivos de EE. UU. a derivar en su mayor parte de la hibridación entre cultivos y malezas», dijo Olsen. «Las malas hierbas están agarrando ciertos rasgos del cultivo que son beneficiosos para ellos, incluida la resistencia a los herbicidas».

Las malas hierbas aprovechan su momento

El arroz maleza es un flagelo de la producción de arroz cultivado en todo el mundo. Pero hasta principios de la década de 2000, el arroz maleza en los campos de EE. UU. rara vez se cruzaba con los tipos de arroz que se cultivaban comúnmente en este país.

El arroz de cultivo y el arroz maleza son la misma especie, por lo que pueden cruzarse o hibridarse. Su tasa de tasa de hibridación suele ser baja, generalmente menos del 1%, porque el arroz se autopoliniza.

Pero sucedió algo que cambió la dinámica centenaria entre estas dos plantas estrechamente relacionadas. A principios de la década de 2000, se adoptaron dos nuevos tipos de cultivo de arroz en los campos estadounidenses. Uno era un nuevo arroz híbrido que ofrecía un rendimiento sustancialmente mayor, en comparación con los cultivares de arroz endogámicos tradicionales (autopolinizantes). El otro era un tipo nuevo que había sido modificado para ser tolerante a cierto tipo de herbicida. Estos llamados cultivares Clearfield permitieron a los agricultores plantar arroz y luego aplicar productos químicos a sus campos para matar el arroz maleza y otras malezas agrícolas sin dañar el cultivo.

Ya en 2004, solo dos años después de que se adoptara localmente el nuevo arroz, los agricultores de Arkansas ya estaban informando algunos casos de resistencia a herbicidas en el arroz maleza. Tales plantas resistentes probablemente fueron cruces con arroz resistente a herbicidas.

«La situación es algo análoga a la salud humana y la aparición de patógenos bacterianos resistentes a los antibióticos. El uso generalizado de antibióticos termina seleccionando fuertemente la rápida evolución de las cepas resistentes a los medicamentos», dijo Olsen. «Con el arroz con maleza, las malezas resistentes a los herbicidas se detectaron solo un par de años después de que se comercializara por primera vez el arroz resistente a los herbicidas».

¿Como paso? Para que ocurra el flujo de genes de un cultivo a un pariente maleza, los dos deben estar creciendo en una proximidad física lo suficientemente cercana para la transferencia de polen.

«Las plantas de arroz maleza resistentes a los herbicidas son el producto del cruzamiento con cultivos tolerantes a los herbicidas», dijo Nilda Roma Burgos, profesora de fisiología de malezas en la Universidad de Arkansas y coautora del estudio. «El cruzamiento ocurre cuando el herbicida no controla al 100% el arroz con maleza y las plantas de arroz con maleza restantes florecen al mismo tiempo que el cultivo de arroz tolerante al herbicida».

El arroz y el arroz maleza ciertamente crecen en los mismos campos. Sin embargo, fue el molesto hábito del arroz híbrido de producir voluntarios, es decir, desarrollar y dejar caer con éxito semillas que pasan el invierno y luego emergen como nuevas plantas en los años siguientes, lo que abrió una puerta para el arroz maleza.

Los cultivos voluntarios crecieron exhibiendo rasgos variables, incluidos cambios en el momento de la floración que hicieron que fuera mucho más probable que cambiaran el polen por arroz maleza.

«Como un pariente maleza desdomesticado, el arroz maleza siempre ha podido cruzarse con el arroz cultivado. Según nuestros resultados, esta capacidad de cruzarse es lo que condujo a la mayor parte de la resistencia a los herbicidas que vemos hoy», dijo Wedger.

Un año excepcionalmente desafiante para los productores

Los hallazgos de este nuevo estudio se informan durante un año excepcionalmente desafiante para los productores de arroz de Arkansas. Los problemas con la cadena de suministro global , así como los aumentos en los costos de insumos clave para los cultivos, como los fertilizantes, han hecho que el cultivo de arroz sea más difícil y costoso.

Al mismo tiempo, el cambio climático global está teniendo efectos locales sobre el momento en que se puede plantar el arroz. Este año, los agricultores tuvieron que abarrotar la siembra que generalmente se lleva a cabo durante un período de cuatro semanas en una ventana mucho más corta. También este año, las temperaturas nocturnas en el noreste de Arkansas fueron obstinadamente altas durante los meses de julio y agosto, con posibles efectos negativos en los rendimientos del arroz. Solo el tiempo dirá lo que traerá la cosecha 2022, que comienza este mes.

Sin embargo, una cosa es cierta: la rápida adaptación del arroz maleza a la aplicación de herbicidas sirve como otro ejemplo de los peligros de confiar en métodos únicos de control de plagas agrícolas, dijeron los autores del estudio.

«La rapidez con la que se acumula una población de arroz maleza resistente hasta el punto en que el herbicida ya no es útil depende de cómo el productor maneja la tecnología de arroz tolerante al herbicida «, dijo Roma Burgos. «Existen pautas de mejores prácticas de gestión que ayudan a los productores a evitar la evolución de la resistencia durante mucho tiempo, si se implementan».

«Al igual que en el caso de la resistencia a los antibióticos, el aumento de la resistencia a este herbicida en particular se enfrentará con una nueva tecnología que se basa en un nuevo herbicida«, dijo Wedger. «Ya se están desarrollando nuevos cultivares resistentes a herbicidas , por lo que espero que este proceso se repita».


Más información: Marshall J. Wedger et al, La revolución genómica del arroz maleza de EE. UU. en respuesta a las tecnologías agrícolas del siglo XXI, 

Communications Biology (2022). DOI: 10.1038/s42003-022-03803-0



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