Genetic variation associated with PPO-inhibiting herbicide tolerance in sorghum

Adhikari, Pragya; Goodrich, Emma; Fernandes, Samuel B.; Lipka, Alexander E.; Tranel, Patrick J.; Brown, Patrick J.; Jamann, Tiffany M.

doi:10.1371/journal.pone.0233254

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“…A tolerância encontrada no BAF88 pode estar relacionada à capacidade de detoxificação, rápida metabolização, redução da absorção e translocação, sequestro, aumento da atividade de enzimas antioxidantes, variação e mutação gênica, que são importantes mecanismos de tolerância das plantas aos herbicidas (Powles & Yu, 2010;Busi et al, 2018;Adhikari et al, 2020;Moore et al, 2022). Também os genótipos de feijão avaliados responderam de forma diferente aos efeitos provocados pelos herbicidas, sendo observado maior tolerância para BAF88, permitindo inferir que há variabilidade na tolerância dos genótipos de feijão ao herbicida S-metolachlor.…”

Section: Resultsunclassified

Seleção de genótipos de feijão com potencial uso no melhoramento de novas cultivares tolerantes ao S-metolachlor

Joaquim Júnior,

Cerutti,

Carbonari

et al. 2024

OLEL

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O feijão é uma das leguminosas mais importantes para o consumo humano e um alimento básico para milhões de pessoas em todo o mundo, devido ao seu alto valor nutricional como proteína, minerais, antioxidantes e compostos bioativos. Entretanto, vários fatores são limitantes na produtividade desta cultura, sendo um deles a interferência que é causada pelas plantas daninhas. Por isso, o uso de herbicidas vem sendo uma alternativa para o controle destas espécies no cultivo. A utilização do S-metolachlor para controle de plantas daninhas, exige que a cultura seja tolerante a este herbicida, o que as vezes não é verificado, uma vez que na cultura pode haver variabilidade na resposta de genótipos aos herbicidas. Com isso, o estudo objetivou-se em selecionar genótipos de feijão com características promissoras para uso no melhoramento de novas cultivares tolerantes ao S-metolachlor. O estudo foi conduzido em delineamento de blocos completos casualizados, em esquema fatorial 8x2 (genótipo vs herbicida), com quatro repetições. O fator genótipo foi constituído por oito níveis correspondentes à uma cultivar (Caviano) e sete acessos (BAF02, BAF159, BAF40, BAF45, BAF05, BAF109 e BAF88). O fator herbicida foi composto por dois níveis (com e sem) do S-metolachlor (1200 g i. a. ha-1) aplicado um dia após a semeadura. Foram realizadas as avaliações de fitointoxicação (FI), estatura da planta (EP), diâmetro do caule (DC), o número de folhas (NF), a massa seca da parte aérea (MSPA) e massa seca da raiz (MSR). Os dados foram submetidos a análise de variância ANOVA e em seguida foi aplicada a análise de componentes principais PCA. As análises foram realizadas por meio do software “Statistical Analysis System - SAS” na versão acadêmica (SAS University Edition). No entanto, por meio das duas primeiras dimensões canônicas foram gerados gráficos biplot, visando observar o agrupamento de genótipos em relação às variáveis contribuintes para sua discriminação, através do software “RSTUDIO”, na versão acadêmica. O agrupamento dos genótipos em dois grupos permitiu observar o efeito das variáveis contribuintes em sua separação, onde observou-se que entre genótipos avaliados, o BAF88 foi o mais tolerante aos herbicidas em relação demais genótipos por ele possuir maior desempenho quanto às variáveis como EP, DC, NF, MSPA e MSR. No entanto, o BAF88 representa um genótipo promissor o melhoramento de novas cultivares tolerantes ao herbicida S-metolachlor, sendo importante sua introdução nos programas de melhoramento.

show abstract

Section: Resultsunclassified

Seleção de genótipos de feijão com potencial uso no melhoramento de novas cultivares tolerantes ao S-metolachlor

Joaquim Júnior,

Cerutti,

Carbonari

et al. 2024

OLEL

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show abstract

“…It is striking that PPO-R is, with a high frequency, associated with resistance to herbicides with other MoAs (i.e., multiple-resistant cases) (Table 2). This might be due to: (1) the use of different herbicides in sequence or mixtures and independent evolution of resistance to compounds of each MoA; (2) the evolution of unspecific non–target site resistance (NTSR), such as metabolic resistance, conferring resistance to a broad range of different herbicide chemistries inhibiting different targets (Adhikari et al 2020; Comont et al 2020; Han et al 2021); or (3) a combination of both mechanisms. It is worth noticing that 29 cases of the 40 described are multiresistant, with 7 cases resistant to five or more MoAs (Table 3).…”

Section: History and Distribution Of Ppo-resistant Weedsmentioning

confidence: 99%

Discovery, mode of action, resistance mechanisms, and plan of action for sustainable use of Group 14 herbicides

et al. 2023

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Protoporphyrinogen oxidase (PPO) inhibiting herbicides remain an important and useful chemistry 60 years after their first introduction. In this review, based on topics introduced at the WSSA 2021 symposium titled “A History, Overview, and Plan of Action on PPO Inhibiting Herbicides”, we discuss the current state of PPO inhibiting herbicides. Renewed interest in the PPO inhibiting herbicides in recent years, due to increased use and increased resistance cases, has led to refinements in knowledge regarding the mechanism of action of PPO inhibitors. Herein we discuss the importance of the two isoforms of PPO in plants, compile a current knowledge of target site resistance mechanisms, discuss non target site resistance cases and review crop selectivity mechanisms. To effectively study and compare PPO inhibitor resistance cases, consistent and reproducible greenhouse screening and target site mutation assays are necessary. To this end we cover best practices in screening to accurately identify resistance ratios and properly interpret common screens for point mutations. The future of effective and sustainable PPO inhibitor use relies on development of new chemistries that maintain activity on resistant biotypes and the promotion of responsible stewardship of PPO inhibitors both new and old. We present the biorational design of the new PPO inhibitor trifludimoxazin to highlight the future of PPO inhibitor development and discuss the elements of sustainable weed control programs using PPO inhibitors as well as how responsible stewardship can be incentivized. The sustained use of PPO inhibitors in future agriculture relies on the effective and timely communication from mode of action and resistance research to agronomists, extension workers, and farmers themselves.

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“…Researchers can use Genome-Wide Association Studies (GWAS) to associate mutations in genetic elements to key traits for improved weed management, such as herbicide tolerance or those that allow crops to outcompete weeds. This strategy has been successfully applied to crop species such as wheat ( Shi et al, 2020 ; Xu et al, 2020 ), cotton ( Thyssen et al, 2014 , 2018 ), sorghum ( Adhikari et al, 2020 ), and fababean ( Abou-Khater et al, 2022 ) for varied natural herbicide tolerance.…”

Section: Potential Molecular Approaches Targeting Weeds To Control Fi...mentioning

confidence: 99%

Biotechnological Road Map for Innovative Weed Management

et al. 2022

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In most agriculture farmlands, weed management is predominantly reliant on integrated weed management (IWM) strategies, such as herbicide application. However, the overuse and misuse of herbicides, coupled with the lack of novel active ingredients, has resulted in the uptrend of herbicide-resistant weeds globally. Moreover, weedy traits that contribute to weed seed bank persistence further exacerbate the challenges in weed management. Despite ongoing efforts in identifying and improving current weed management processes, the pressing need for novel control techniques in agricultural weed management should not be overlooked. The advent of CRISPR/Cas9 gene-editing systems, coupled with the recent advances in “omics” and cheaper sequencing technologies, has brought into focus the potential of managing weeds in farmlands through direct genetic control approaches, but could be achieved stably or transiently. These approaches encompass a range of technologies that could potentially manipulate expression of key genes in weeds to reduce its fitness and competitiveness, or, by altering the crop to improve its competitiveness or herbicide tolerance. The push for reducing or circumventing the use of chemicals in farmlands has provided an added incentive to develop practical and feasible molecular approaches for weed management, although there are significant technical, practical, and regulatory challenges for utilizing these prospective molecular technologies in weed management.

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Genetic variation associated with PPO-inhibiting herbicide tolerance in sorghum

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Seleção de genótipos de feijão com potencial uso no melhoramento de novas cultivares tolerantes ao S-metolachlor

Seleção de genótipos de feijão com potencial uso no melhoramento de novas cultivares tolerantes ao S-metolachlor

Discovery, mode of action, resistance mechanisms, and plan of action for sustainable use of Group 14 herbicides

Biotechnological Road Map for Innovative Weed Management

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