Identification of Amaranthus palmeri, characterization of multiple-resistance to ALS and EPSPS inhibitors herbicides and chemical control based on the use of genetically modified herbicide-tolerant crops technologies

A planta daninha Amaranthus palmeri é nativa dos Estados Unidos, porém foi pela primeira vez relatada no Brasil no ano de 2015. Embora comprovadamente com resistência múltipla aos herbicidas inibidores da ALS e da EPSPS, até o momento não foram investigadas as bases moleculares da resistência. Além disso, por causa da recente introdução da planta daninha no país, alternativas de manejo com culturas tolerantes a herbicidas necessitam ser estudadas. Sendo assim, os objetivos desse trabalho são de caracterizar a espécie de planta daninha introduzida no país, identificar os mecanismos de resistência aos herbicidas inibidores da ALS e da EPSPS presentes no biótipo, e propor abordagens de manejo em ambientes dos novos eventos transgênicos resistentes a herbicidas. Um bioensaio utilizando marcadores genéticos foi desenvolvido para confirmar que a população coletada no estado do Mato Grosso (BR-R) é A. palmeri, e não A. tuberculatus, outra espécie dióica do gênero Amaranthus. Os resultados de experimentos de curvas de dose-resposta e acúmulo de chiquimato indicaram que a BR-R possui alto nível de resistência, com DL50 de 4.426 e 3.400 g glyphosate ha-1 no primeiro e segundo experimento, respectivamente, mais que o dobro da dose típicamente recomendada para o controle da espécie e, adicionalmente, observou se acúmulo mínimo de chiquimato a concentração de 1 mM nos tecidos das plantas tratadas com o herbicida. BR-R também foi resistente a herbicidas dos grupos químicos das sulfoniluréias e imidazolinonas. O mecanismo de resistência ao glyphosate encontrado nesta população foi a super expressão gência, através do aumento no número de cópias do gene da EPSPS no genoma da planta BR-R, entre 50 e 179 cópias adicionais. Além disso, duas substituições de aminoácidos foram observadas na sequência da ALS, W574L e S653N, conferindo resistência tanto a sulfoniluréias quanto a imidazolinonas. No experimento utilizandos os herbicidas correspondentes às culturas geneticamente modificadas com novos traits de tolerância a herbicidas observou se, de uma forma geral, que as associações de herbicidas apresentaram níveis de controle mais satisfatórios. Assim, esta pesquisa confirma a introdução de da espécie A. palmeri no Brasil, assim como a resistência múltipla aos herbicidas inibidores da EPSPS e da ALS. Seu manejo é mais eficaz através da associação de herbicidas, garantindo assim o uso racional das novas tecnologias de culturas geneticamente modificadas com tolerância a herbicidas.Palmer Amaranth (Amaranthus palmeri) is a weed species native to the United States, but it was reported in Brazil for the first time in 2015. Despite this population being resistant to EPSPS and ALS inhibitors, the molecular basis of its multiple resistance is unknown up to date. Because of this species introduction to Brazil, alternatives of management with the new herbicide-tolerant crops technologies need to be studied. The objectives of this research are to characterize the weed species introduced to Brazil, identify the mechanisms conferring resistance to ALS and EPSPS inhibitors herbicides, and to propose management approaches in environments with the new genetically modified herbicide-tolerant crops. A genotyping bioassay using genetic markers was developed to confirm that the species collected in the state of Mato Grosso (BR-R) is indeed A. palmeri and not A. tuberculatus, another dioceous species in the Amaranthus genus. Dose-response experiments and shikimate accumulation bioassay data indicate high level of resistance, with LD50 of 4,426 and 3,400 g glyphosate ha-1 in the first and second experiments, respectively, higher than the double rate tipically recommended to control it, and minimal accumulation in BR-R with 1 mM of glyphosate in treated plants in the leaf disks assay. BR-R also was resistanto to sulfonilurea and imidazolinone herbicides. The mechanism conferring resistance to glyphosate identified in this population was gene amplification, with increased EPSPS copy number - between 50 and 179 more copies in BR-R. Besides, two target-site mutations were identified in the ALS gene sequencing, W574L and S653N, conferring resistance to sulfonilureas and imidazolinones. The weed control experiment, overal, herbicide tank mixtures achieved higher levels of control. Therefore, this research confirms the introduction of A. palmeri to Brazil, as well as its multiple resistance to EPSPS and ALS inhibitor herbicides. Its control is more efficient with herbicide mixtures, which guarantees more susteinable use of the new herbicide-tolerant crop technologies