Populations genetics and the evolution of herbicide resistance in weeds

Abstract

De nombreux facteurs, incluant les mutations, la sélection, l'hérédité, le système de reproduction et le flux génique sont importants dans révolution de la résistance aux herbicides chez les mauvaises herbes. Les mutations spontanées seraient la principale source de variation génétique pouvant causer l'évolution de la résistance dans une région géographique où la résistance n'a pas été détectée auparavant. En dépit de la fréquence des mutations qui est probablement très faible, la probabilité qu'apparaisse au moins un mutant résistant dans une population sensible peut être élevée chez les espèces de mauvaises herbes qui ont une fécondité élevée et des populations importantes. Des traitements subséquents répétés, avec des herbicides ayant un même mode d'action, pourraient conduire à l'évolution rapide de populations composées en prédominance d'individus résistants. Les mutations de résistance héritées de façon dominante se propagent significativement plus rapidement que les mutations récessives chez les populations se reproduisant au hasard, mais à peu près au même rythme chez les espèces auto-fertiles. Le flux génique issu de la dispersion du pollen ou des graines des populations de mauvaises herbes résistantes peut procurer une source d'allèles de résistance à des champs sensibles adjacents ou avoisinants. Les modèles mathématiques indiquent que la pression de sélection imposée par un herbicide et la fréquence initiale du phénotype résistant influence très fortement le taux d'évolution de la résistance. Les modèles prédisent que les stratégies les plus efficaces pour gérer la résistance sont de réduire l'intensité de sélection par l'herbicide et de limiter la migration de graines résistantes aux herbicides.Numerous factors, including mutation, selection, inheritance, mating System, and gene flow are important in the evolution of herbicide resistance in weeds. Spontaneous gene mutation is believed to be the main source of genetic variation for resistance evolution in a geographic region in which resistance has not been detected previously. Despite mutation frequencies that are probably very low, the probability of occurrence of at least a single resistant mutant in a susceptible population may be high for weed species with high fecundities and large population sizes. Subsequent repeated treatments with herbicides having the same mode of action could lead to the rapid evolution of predominantly resistant populations. Rare dominantly inherited resistance mutations spread significantly more rapidly than recessive mutations in random mating populations, but at roughly the same rate in highly self-fertilizing species. Gene flow, through the movement of pollen or seed from resistant weed populations, may provide a source of resistance alleles to adjacent or nearby susceptible fields. Mathematical models indicate that the strength of selection imposed by a herbicide and the initial frequency of the resistant phenotype most strongly influence the rate of resistance evolution. The models predict that the most effective st...

Introductory Chapter: Actual Issues (Moments) in Herbicide Resistance Weeds and Crops

“…From an evolutionary perspective, many factors influence the dynamics of herbicide-resistant evolution under herbicide selection [12,13]. One crucial factor in herbicide-resistant evolution is the selection pressure caused by the repeated use of herbicides with the same mechanism of action in conventional crop cultivars [14], of which a major determinant is the herbicide use rate [15].…”

Resistência de populações da planta daninha Digitaria ciliaris (Retz.) Koel. a herbicidas inibidores da acetil coenzima A carboxilase (ACCase)

“…Todas as populações de plantas daninhas, independentemente da aplicação de qualquer produto, provavelmente contêm plantas individuais (biótipos) que são resistentes a herbicidas (KISSMANN, 1996). As taxas de mutação espontânea existente na natureza é que determinam a freqüência inicial de um biótipo resistente de plantas daninhas (JASIENIUK; BRÛLÉ-BABEL; MORRISON, 1996). Uma taxa normal de mutação em organismos biológicos é freqüentemente citada como sendo entre 1,0 x 10 -5 a 1,0 x 10 -6 gametas por loco por geração, quando a resistência é determinada por um gene nuclear, sendo este valor utilizado em modelos de predição de evolução de resistência de plantas daninhas a herbicidas (MAXWELL, 1992).…”

“…Uma taxa normal de mutação em organismos biológicos é freqüentemente citada como sendo entre 1,0 x 10 -5 a 1,0 x 10 -6 gametas por loco por geração, quando a resistência é determinada por um gene nuclear, sendo este valor utilizado em modelos de predição de evolução de resistência de plantas daninhas a herbicidas (MAXWELL, 1992). O tipo de cruzamento entre as plantas, a densidade da planta daninha e se o gene é recessivo ou dominante influenciam marcadamente na probabilidade da freqüência inicial do biótipo resistente (JASIENIUK; BRÛLÉ-BABEL; MORRISON, 1996). A freqüência inicial de indivíduos resistentes em uma área a uma dada pressão de seleção imposta pelos herbicidas utilizados determina o número de gerações necessárias para atingir uma freqüência de plantas resistentes.…”

“…Com exceção de uma espécie de planta daninha resistente as triazinas, até o momento todos os casos de resistência de plantas daninhas a herbicidas são determinados por herança nuclear (JASIENIUK; BRÛLÉ-BABEL; MORRISON, 1996). Sob pressão de seleção, alelos dominantes de resistência nuclear aumentam em freqüência mais rapidamente que alelos recessivos em populações com fertilização alógama.…”

“…A adaptabilidade ecológica comparativa do biótipo resistente (R) em relação ao suscetível (S) é um fator que pode influenciar de forma significativa na taxa de evolução da resistência e/ou freqüência inicial, ou mesmo na manutenção da proporção de plantas resistentes dentro da população quando da ausência da pressão de seleção do herbicida (WARWICK; BLACK, 1994;BRÛLÉ-BABEL;MORRISON, 1996). Quando a mutação que provoca a resistência esta associada com uma redução da adaptabilidade ecológica, a evolução da população resistente pode ser lenta MAXWELL, 1994). A adaptabilidade ecológica é muito difícil de ser medida, pois segundo Jasieniuk; Brûlé-Babel e Morrison (1996) existem problemas na experimentação como: i) a escolha das populações a serem comparadas; ii) condições experimentais em que os biótipos R e S são comparados e; iii) parâmetros medidos.…”