Un equipo que incluye biólogos evolutivos de la Universidad de Toronto U of T ha identificado las formas en que las cepas resistentes a los herbicidas de una maleza invasiva llamada cáñamo común han surgido en campos de soja y maíz en el suroeste de Ontario.
Descubrieron que la resistencia, que se detectó por primera vez en Ontario en 2010, se ha extendido gracias a dos mecanismos: primero, el polen y las semillas de plantas resistentes se dispersan físicamente por el viento, el agua y otros medios; segundo, ha aparecido resistenciaa través de la aparición espontánea de mutaciones de resistencia que luego se extienden.
Los investigadores encontraron evidencia de ambos mecanismos al comparar los genomas de plantas de cáñamo resistentes al herbicida de granjas del medio oeste de los Estados Unidos con los genomas de plantas del sur de Ontario.
"Utilizamos métodos modernos de análisis del genoma para observar la similitud genética de diferentes poblaciones de estas plantas", explica Julia Kreiner, candidata a doctorado en el Departamento de Ecología y Biología Evolutiva EEB en la Facultad de Artes de la Universidad de Texas.Ciencia y autor principal de un estudio publicado hoy en Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
"Para nuestra sorpresa, descubrimos que los genomas de algunas plantas resistentes en Ontario eran casi idénticos a los de plantas estadounidenses muy distantes. Esto era evidencia de que las plantas de Ontario estaban muy relacionadas con las plantas estadounidenses y sugiere que las primeras llegaronde semillas que fueron recogidas de un campo y arrojadas en otro ".
Si bien Kreiner y sus colaboradores no determinaron exactamente cómo se transportaron físicamente las semillas, esta propagación, conocida como flujo de genes, generalmente se realiza de diferentes maneras. Las semillas se pueden transportar por agua o en el tracto digestivo de los animales,o de un campo a otro a través de equipos agrícolas. Y especialmente con una planta polinizada por el viento como el cáñamo común, los genes también se pueden propagar a través del polen transportado por el viento.
El mismo análisis de ADN identificó algunas plantas resistentes que no coincidían genéticamente con otras plantas, lo que sugiere que aparecieron a través de la aparición independiente de una mutación genética que transmitía resistencia.
Los investigadores se sorprendieron al descubrir ambos mecanismos en juego.
"Tenemos dos regiones, Walpole Island y el condado de Essex en el suroeste de Ontario, donde las poblaciones de cáñamo de agua desarrollaron resistencia", dice Stephen Wright, profesor de ecología y biología evolutiva en U of T y coautor del estudio.
"Debido a su proximidad, nuestra expectativa era que hubieran compartido el mismo origen de resistencia. Pero nuestros resultados sugieren diferentes orígenes, desde el movimiento de semillas de una población fuente en los EE. UU. Hasta la evolución independiente de la resistencia enuna población local "
Según John Stinchcombe, también profesor de ecología y biología evolutiva en U of T y coautor, "Uno de los hallazgos más llamativos es que vemos que las dos malezas podrían volverse resistentes en escalas de tiempo muy cortas".La evolución está ocurriendo muy rápidamente y está utilizando múltiples mecanismos ".
Detlef Weigel, coautor del Instituto Max Planck en Alemania, agregó: "Debido a que el cáñamo resistente al herbicida había aparecido en los Estados Unidos mucho antes de que tales plantas fueran encontradas en Canadá, estábamos convencidos de que la evolución de la resistencia a los herbicidas es muy rara yhabía ocurrido solo una vez. Ahora que sabemos que puede ocurrir repetidamente, la siguiente pregunta es si uno puede ralentizar la evolución de nuevas variantes genéticas que hacen que la resistencia a los herbicidas de cáñamo ".
Además de la cohorte U of T, los coautores incluyeron científicos de malezas de la Universidad de Illinois y el campus de la Universidad de Guelph Ridgetown; y genetistas del genoma y del desarrollo en el Instituto Max Planck de Biología del Desarrollo en Alemania.
Los investigadores estudiaron cepas del cáñamo común, también conocido como Amaranthus tuberculatus, que son resistentes al glifosato, uno de los herbicidas más utilizados en el mundo, comúnmente conocido por su nombre comercial Roundup.
"El cáñamo es una de las malezas agrícolas más problemáticas en América del Norte", explica Kreiner. "En los Estados Unidos, el cáñamo común y el Amaranthus palmeri estrechamente relacionado están causando todo tipo de estragos en términos de productividad y rendimiento de los cultivos".
"Waterhemp apareció por primera vez en un condado en Ontario a principios de la década de 2000. Y a partir de este año, los hemos encontrado en siete condados diferentes en la provincia. Por lo tanto, se está extendiendo".
Kreiner sugiere que los hallazgos subrayan la importancia de seguir estrictamente las prácticas agrícolas diseñadas para minimizar el flujo de genes y las cepas resistentes resistentes a medida que surgen.
"El hecho de que estamos viendo una propagación que involucra todos estos mecanismos muestra que manejar el problema es un verdadero desafío y requerirá integrar enfoques de gestión a diferentes escalas", explica Kreiner.
Por ejemplo, ilustra la importancia de limpiar a fondo los residuos agrícolas de los equipos agrícolas alquilados, que se utilizan en varias granjas en una temporada, para minimizar el transporte de semillas de un campo a otro.
"También muestra la importancia de prácticas como la rotación de herbicidas de una estación a otra", dice Kreiner. "Y la rotación de cultivos entre maíz, soja y trigo. Son prácticas como estas que minimizarán la aparición de resistencia y limitarán el movimiento de semillas".
Al mismo tiempo, Kreiner advierte que la aparición de resistencia a los herbicidas es un proceso evolutivo inevitable y que el desafío requiere más estudio.
"Las prácticas de manejo aún no tratan la causa subyacente, que es que la resistencia a los herbicidas está evolucionando repetidamente", dice. "Y así, con estos nuevos recursos y enfoques genómicos, ahora estoy tratando de entender qué hace que una hierba sea una¿Cuáles son los factores que podrían hacer que estas malezas sean más propensas a desarrollar resistencia y ser más problemáticas que otras?
"En este punto, nos estamos quedando sin herbicidas. Estas plantas han desarrollado resistencia a casi todos los herbicidas que hemos inventado. Y parece que nunca habrá un herbicida que una hierba puedaeventualmente desarrollar resistencia a.
sugiere que puede haber otras estrategias para controlar estas malezas, como las tecnologías de control de malezas basadas en la robótica y el aprendizaje automático ", sugiere." Pero incluso entonces, la hierba tiene una forma de evolucionar alrededor de eso, por lo que es realmente difícildesafío."
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Materiales proporcionados por Universidad de Toronto . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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