Resistencia cruzada y múltiple de malas hierbas a herbicidas
Fernández Moreno, Pablo Tomás
La agricultura es una de las principales potencias económicas, produciendo desarrollo y
riqueza a nivel mundial. Este sector está afectado por diversos factores, tanto bióticos
como abióticos, los cuales se traducen en elevadas pérdidas de rendimiento y costes en
los cultivos. Los principales factores bióticos que afectan a la agricultura son las
enfermedades, plagas y malas hierbas. Las malas hierbas son plantas que crecen de forma
predominante en situaciones alteradas por el hombre, y que no resultan deseables para él
en un lugar y momento determinado. Los herbicidas representan en la actualidad un papel
imprescindible en el control de malas hierbas, siendo la herramienta más efectiva que se
haya desarrollado, controlando alrededor del 99% de malas hierbas. Desafortunadamente,
la era dorada de los herbicidas como única herramienta de control se ha visto truncada a
causa de la aparición de malas hierbas resistentes a herbicidas por el uso abusivo de estos.
El aumento exponencial de malas hierbas con resistencia se produce en una situación en
la que durante los últimos 25 años no se han desarrollado nuevos modos de acción. La
resistencia a herbicidas es el resultado de la adaptación evolutiva de las malas hierbas a
las sucesivas aplicaciones herbicidas, y es sin duda, una de las principales preocupaciones
en la agricultura moderna. Desafortunadamente, las malas hierbas pueden desarrollar no
solo resistencia a un herbicida, sino que pueden desarrollar resistencia cruzada y/o
múltiple. La comunidad centrada en la malherbologia presenta la preocupación de que los
agricultores podrían enfrentarse a la perdida de los herbicidas como herramientas eficaces
y económicas en las que se basa la agricultura productiva moderna. Este preocupante
escenario comienza con la dependencia exclusiva del uso de un solo herbicida, ya sea por
ejemplo glifosato en cultivos perennes, o diclofop en cultivos anuales. Ante esta
situación, los agricultores cambian de herbicida, pero en muchas ocasiones no cambian
de modo de acción, por lo que el problema no es solventado. En otras ocasiones, se cambia
de modo de acción pero no es alternado con otros herbicidas en las sucesivas aplicaciones,
apareciendo nuevamente la resistencia.
Debido a la repercusión que ha ocasionado la resistencia de malas hierbas a herbicidas,
así como la aparición de resistencia cruzada y/o múltiple, en este trabajo se han
determinado los mecanismos de resistencia involucrados en poblaciones de Lolium
rigidum resistente a glifosato en Francia [Capítulo II] y España, así como ofrecer
alternativas químicas para obtener un control optimo, y poder controlar la resistencia
[Capítulo III]. Además, se caracterizó la tolerancia natural de Avena sterilis a glifosato en el sur de España [Capítulo IV], sirviendo de ejemplo de que algunas malas hierbas no son
controladas por glifosato, no por haber desarrollado resistencia sino por ser tolerantes. En
el capítulo V se determinó la múltiple resistencia a herbicidas no selectivos en especies
del genero Lolium spp. en la Península Ibérica, a causa de no alternar diferentes modos
de acción en las sucesivas aplicaciones. Del mismo modo, en el Capítulo VI se caracterizó
la resistencia cruzada a herbicidas pertenecientes a los inhibidores de la ACCasa (acetil-
CoA carboxilasa) en Cynosurus echinatus procedente de Chile, a causa de utilizar
herbicidas de diferentes familias químicas, pero todas ellas pertenecientes al mismo modo
de acción.
Se determinó el primer caso de resistencia francés en L. rigidum en el que se conocen los
mecanismos implicados. Los resultados mostraron que la resistencia a glifosato en la
población resistente francesa de L. rigidum se debe en parte a la reducción de absorción
y translocación de glifosato en relación con la población susceptible, así como a una
mutación en el gen que codifica la EPSPS. Por el contrario, la resistencia a glifosato en
la población resistente española de L. rigidum se debe en parte a la reducción de absorción
y translocación de glifosato, y no se encontró ninguna mutación en el gen que codifica la
EPSPS. Los ensayos de campo determinaron que es posible obtener un control eficaz de
L. rigidum utilizando diferentes modos de acción, así como la reducción del banco de
semillas resistentes a glifosato. Las prospecciones realizadas mostró resultados
homogéneos entre todas las accesiones de A. sterilis recogidas y, por lo tanto, todas ellas
tienen el mismo nivel de tolerancia innata al glifosato, siendo los mecanismos fuera del
sitio de acción los implicados en la tolerancia innata a glifosato en A. sterilis. Esto es
probablemente debido en parte a una menor absorción / translocación del herbicida y
metabolismo de glifosato. Estudios moleculares confirmaron que tres especies de malas
hierbas de Lolium resistentes a glifosato (L. rigidum, L. perenne, y L. multiflorum)
recogidas de cultivos perennes en la Península Ibérica también han desarrollado
resistencia múltiple a los herbicidas glufosinato y oxifluorfen. Este estudio identificó el
primer caso de resistencia a oxifluorfen en una gramínea. Los ensayos in vitro y de dosisrespuesta
de ACCasa determinaron la resistencia cruzada a los herbicidas de las familias
químicas APP, CHD y PPZ en C. echinatus. Los estudios de secuenciación de ADN
confirmaron que la resistencia cruzada de C. echinatus a los inhibidores de ACCasa ha
sido conferida por las mutaciones puntuales Ile-2041-Asn y Cys-2088-Arg.; Agriculture is one of the main economic powers, producing development and wealth
worldwide. This sector is affected by several factors, both biotic and abiotic, which have
resulted in high yield and crop cost losses. The main biotic factors affecting agriculture
are diseases, pests, and weeds. Weeds are plants that predominantly grow in situations
altered by man, and are not desirable for at any time and given place. To date, herbicides
play an essential role in weed control, being the most effective tool developed, controlling
about 99% of weeds. Unfortunately, the golden era of herbicides as the only tool has been
cut short by the herbicide-resistant weeds due to abusive use. The exponential increase of
resistant weeds occurs in a situation where no new action modes have been developed
during the last 25 years. Herbicide resistance is the result of the evolutionary adaption of
weeds to successive herbicide applications, and it is undoubtedly one of the main
concerns in modern agriculture. Unfortunately, weeds can develop not only resistance to
one herbicide, but also they can develop cross- and multiple-resistance. The weed
research community is concerned that farmers may be faced with the herbicide loss as an
effective and economic tool on which modern productive agriculture is based. This
worrying scenario begins with the exclusive use of a single herbicide, whether for
example glyphosate in perennial crops, or diclofop in annual crops. In this situation,
farmers change to another herbicide, but in many cases, they do not change the action
mode, so the problem is not solved. At other times, they change the action mode, but it is
not alternated with other action modes in the successive applications, exhibiting
resistance again.
Due to the herbicide-resistant weed impact, as well as the occurrence of cross- and
multiple-resistance, this work has determined the mechanisms of resistance involved in
glyphosate-resistant populations of Lolium rigidum from France [Chapter II], and Spain,
as well as to offer chemical alternatives to control the resistance [Chapter III]. Also, the
natural tolerance of Avena sterilis to glyphosate in southern Spain has been characterized
[Chapter IV], offering as an example that some weeds are not controlled by glyphosate,
not because of developed resistance, but because they are tolerant. In Chapter V, the
multiple-resistance to non-selective herbicides in species of Lolium spp. genus from the
Iberian Peninsula, due to not alternating different action modes in the successive
applications has been reported. In the same way, cross-resistance to herbicides belonging
to the ACCase (acetyl-CoA carboxylase)-inhibitors in Cynosurus echinatus from Chile has been characterized in Chapter VI, because of the use of herbicides of different
chemical families, but all of them belonging to the same action mode.
The first case of French resistance of L. rigidum has been determined in which the
mechanisms involved are known. The results showed that glyphosate resistance in the
French resistant population of L. rigidum was due in part to the reduction of glyphosate
absorption and translocation in relation to the susceptible one, as well as to a mutation in
the gene encoding EPSPS. In contrast, glyphosate resistance in the Spanish population of
L. rigidum was due to reduced absorption and translocation, and no mutation was found
in the gene encoding EPSPS. Field trials determined that it is possible to obtain an
effective control of L. rigidum using different action modes, as well as the reduction of
the glyphosate resistant seed bank. The surveys carried out showed homogenous results
among all of the A. sterilis accessions collected; therefore, all of them have the same level
of innate tolerance of glyphosate, being the non-target-site resistance the mechanism
involved. This was due in part to a lower absorption and translocation, and glyphosate
metabolism. Molecular studies confirmed that three species of glyphosate-resistant
Lolium (L. rigidum, L. multiflorum, and L. perenne) collected from perennial crops have
also developed multiple-resistance to glufosinate and oxyfluorfen. This study reported
the first case of resistance to oxyfluorfen in grass. The in vivo and dose-response assays
of ACCase determined the cross-resistance to the herbicides of the APP, CHD, and PPZ
chemical families in C. echinatus. DNA sequencing studies confirmed that crossresistance
to ACCase-inhibitors in C. echinatus has been conferred by Ile-2041-Asn and
Cys-2088-Arg point mutations.
↧