Nueva vulnerabilidad genética al herbicida encontrada en casi 50 líneas de maíz dulce y de campo


Cuando un criador de maíz dulce se acercó en 2021 para informar sobre una lesión grave causada por el herbicida tolpiralato, Marty Williams esperaba que fuera una casualidad aislada en una sola línea endogámica.


por Lauren Quinn, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign


Nueva vulnerabilidad genética al herbicida encontrada en casi 50 líneas de maíz dulce y de campo
Gráficos de puntuación del logaritmo Pop2 de las probabilidades (LOD) para (A) todo el genoma y (B) el cromosoma 5. La puntuación LOD y la posición física del marcador más cercano al extremo telomérico del cromosoma están marcadas por una flecha azul. La puntuación LOD y la posición física de los marcadores que rodean la región del gen Nsf1 se indican con flechas naranjas. Umbral LOD para P < 0,05 está indicado por la línea horizontal. (C) Gráfico de la proporción de posiciones homocigotas en el extremo telomérico del brazo corto del cromosoma 5. Cada círculo representa la proporción de plantas F2 genotipadas sensibles a tolpiralato que portan el alelo XSEN187 en estado homocigoto en cada posición de polimorfismo de un solo nucleótido . El gráfico revela una región de vinculación completa en el extremo telomérico del cromosoma, sombreada en gris. El gen responsable de la sensibilidad al tolpiralato probablemente se encuentre entre 283 240 y 1 222 909 pb. Sólo se muestran los primeros 53 Mbp del cromosoma. Las posiciones del mapa físico se basan en el genoma de referencia B73 NAM-5.0.55. Crédito: Ciencia del manejo de plagas (2023). DOI: 10.1002/ps.7896

Pero dos años más tarde, después de metódicas pruebas de campo, de invernaderogenéticas, su nuevo Pest Un estudio de Management Science no solo confirma la sensibilidad al tolpiralato en 49 maíz dulce y líneas de maíz de campo, pero también revela una nueva vulnerabilidad genética que puede afectar al maíz de manera más general.

El tolpiralato es un herbicida inhibidor de HPPD relativamente nuevo y etiquetado para todo tipo de maíz. Normalmente, el maíz desintoxica los inhibidores de HPPD antes de que puedan causar daños mediante la expresión del gen Nsf1. Las líneas de maíz con alelos nsf1 mutantes pueden mostrar sensibilidad a los inhibidores de HPPD, pero ese no fue el caso con el tolpiralato en las líneas que Williams probó. En cambio, su estudio demostró que la sensibilidad al tolipiralato está relacionada con un gen completamente diferente, lo que explica por qué no se esperaba ni se detectaba la sensibilidad durante el proceso de reproducción.

“La sensibilidad cruzada a múltiples herbicidas postemergentes, todos vinculados a alelos mutantes nsf1, se conoce desde hace años. “Los criadores suelen realizar pruebas con un producto como el nicosulfurón, un inhibidor de la ALS, porque identifica (es decir, mata) cualquier consanguíneo que no sea tolerante a una amplia variedad de herbicidas, incluida la mayoría de los inhibidores de HPPD”, explicó. dijo Williams, ecólogo del Servicio de Investigación Agrícola del USDA y profesor afiliado en el Departamento de Ciencias de Cultivos, parte de la Facultad de Ciencias Agrícolas, del Consumidor y Ambientales (ACES) de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign.

La línea original de maíz dulce de 2021 había sido analizada con nicosulfurón, lo que no mostró lesiones e indicó que el gen Nsf1 estaba haciendo su trabajo. Era razonable esperar el mismo resultado con el tolpiralato, ya que nadie había informado de daños importantes a los cultivos debido al nuevo herbicida. Entonces, cuando la lesión por tolpiralato asomó la cabeza, el criador quedó desconcertado.

El caso inusual llevó a Williams’ equipo para comenzar a buscar maíz blanco blanqueado, el signo revelador de lesión por inhibidor de HPPD, alrededor de las granjas de la U. de I.

No tuvieron que cazar mucho.

Aquí y allá, entre las verdes hileras de maíz, había atrofiados rezagados blancos. El equipo se puso en contacto con los investigadores que realizaban pruebas en las granjas para averiguar qué se había rociado. Tolpiralato, siempre.

Ante un fenómeno que cada vez parecía menos una casualidad, Williams’; El equipo se embarcó en pruebas de campo y de invernadero para determinar cuán extendida estaba la sensibilidad al topiralato. Al tener fácil acceso a un panel de diversidad de maíz dulce, se centraron principalmente en ese grupo. Pero también probaron un panel reducido de genotipos de maíz de campo.

A partir de la modesta selección, el equipo documentó 49 variedades endogámicas de maíz dulce (43) y maíz de campo (6) que sufrieron lesiones de moderadas a graves de tolpiralato. Es importante destacar que la fuente del gen potenciador del azúcar en el maíz dulce, una línea parental de muchos híbridos de maíz dulce, se encontraba entre los genotipos más sensibles, lo que sugiere que la sensibilidad podría estar aún más extendida.

Curiosamente, el daño fue mucho peor con la adición de atrazina y adyuvantes herbicidas comúnmente aplicados conjuntamente con inhibidores de HPPD.

“Cuando aplicamos tolpiralato puro al sensible maíz dulce endogámico, la cosecha se veía bien”, comentó. dijo Williams. “Pero cuando agregamos los adyuvantes recomendados por la etiqueta del herbicida (aceite de cultivo o aceite de semilla metilado) obtuvimos una respuesta blanqueante severa. Y cuando también incluimos la atrazina, que es común con los inhibidores de HPPD, la mortalidad de las plantas fue rápida”.

Williams aclaró que no es factible simplemente retirar los adyuvantes del tanque. Mejoran la absorción de herbicidas por las malezas y son esenciales para un control exitoso de las malezas.

“El tolpiralato tiene ventajas agronómicas, pero obviamente tendrá una utilidad limitada si daña el cultivo”, afirmó. dijo Williams.

Ante la creciente evidencia que sugería que nsf1 no era el culpable de la sensibilidad al tolpiralato, el equipo trazó un mapa del genoma para encontrar al culpable.

“Utilizando la línea sensible original de maíz dulce para mapear el rasgo, lo redujimos a la región del cromosoma 5 cerca de Nsf1. Pero no es Nsf1, y no hay nada obvio en la región genómica que identificamos que explique fácilmente la sensibilidad al tolpiralato. Entonces, aunque hemos mapeado el rasgo, el mecanismo fisiológico sigue siendo difícil de alcanzar”.

Williams señala que se necesita más investigación para llegar al fondo de la sensibilidad al topiralato, tanto en términos del mecanismo fisiológico como de cuán extendido podría estar el rasgo en todos los tipos de maíz. Dijo que existe potencial para desarrollar marcadores moleculares que puedan identificar líneas de maíz sensibles, lo que sería útil para mejorar la tolerancia al tolpiralato.

Por ahora, quiere crear conciencia entre los mejoradores, productoresempresas químicas que trabajan en la próxima generación de inhibidores de HPPD. especialmente porque esta es la primera incidencia de vulnerabilidad genética a un herbicida de maíz documentada en más de tres décadas.

“Lo que hemos aprendido de esta investigación puede ser útil más allá del tolpiralato en sí, ya que varios nuevos inhibidores de HPPD derivados de la misma estructura química son “Se está desarrollando”, dijo. dijo Williams. “Si podemos evitar problemas adicionales en el futuro, hagámoslo ahora.”

Más información: Martin M Williams et al, Primer informe sobre sensibilidad severa al tolpiralato en maíz (Zea mays) descubre un nuevo factor genético que confiere respuesta al cultivo a un herbicida, Ciencia del manejo de plagas (2023). DOI: 10.1002/ps.7896