Evaluation of the mechanism of resistance imazethapyr and phylogenetic relationships of barnyardgrass (Echinochloa spp.)

O capim-arroz (Echinochloa spp.) é considerado uma das principais plantas daninhas da cultura do arroz irrigado devido aos elevados prejuízos na produtividade desta cultura. A identificação das diversas espécies de capim-arroz é dificultada devido à grande variabilidade existente nos descritores taxonômicos utilizados. Recentemente diversas populações de capim-arroz têm apresentado resistência aos herbicidas inibidores da acetolactato sintase (ALS) e o mecanismo responsável pela resistência não é completamente conhecido. Os objetivos desta dissertação foi identificar a ocorrência do local de ação alterado como mecanismo de resistência aos herbicidas e avaliar a classificação taxonômica e as relações filogenéticas em acessos de capim-arroz de forma a orientar o correto manejo desta espécie na cultura do arroz irrigado. A avaliação do mecanismo de resistência aos herbicidas foi realizada através de experimentos de crescimento de plantas e atividade da enzima ALS em avaliações de curva dose-resposta e do sequenciamento do gene ALS em seis biótipos. Os resultados demonstraram a ocorrência de menor sensibilidade da enzima ALS nos biótipos PALMS01 e MOSTS51 que apresentam GR50 de 140 e 700 g.ha-1 de imazethapyr devido à ocorrência das mutações S653N e W574L, respectivamente. A identificação de espécie e a relação filogenética foram realizadas através da classificação morfológica com base em chaves taxonômicas e de marcadores moleculares de cloroplasto referentes ao íntron trnT e trnL e de espaçadores transcritos internos (ITS) em 29 acessos originários de lavouras de arroz irrigado do RS. A avaliação morfológica apresentou grande variabilidade tanto de características vegetativas como reprodutivas dificultando a utilização das chaves taxonômicas para vários acessos. O comprimento do eixo secundário da ráquis menor que 2 cm foi característico da espécie E. colonun e a largura do antécio inferior a 1,2 mm foi discriminador de E. crus-pavonis em relação à E. crus-galli. A análise filogenética através de sequências de cpDNA foi mais discriminadora em relação aos parâmetros morfológicos do que as sequências ITS. A espécie E. colonun apresentou vários indel e mutações possibilitando a fácil diferenciação das demais espécies. A sequência de nucleotídeos de cpDNA indicou a ocorrência de duas mutações diferenciais entre as espécies E. crus-galli e E. crus-pavonis referentes às alterações de Timina para Guanina e Adenina para Timina, respectivamente. Existe grande variabilidade morfológica entre as espécies de capim-arroz ocorrentes no RS e marcadores moleculares de cpDNA são eficientes para a discriminação destas espécies. A resistência aos herbicidas imidazolinonas em capim-arroz está relacionada à ocorrência de mutações no gene ALS.The Echinochloa complex is considered a major weed of irrigated rice due to high losses in grain yield. The identification of the Echinochloa species is difficult due to the large variability of the plant descriptors used in the taxonomic keys. Recently several populations of Echinochloa has evolved resistance to acetolactate synthase (ALS) inhibitors and the mechanism of resistance is not fully understood. The aim of this study was to identify the occurrence of altered target as a mechanism of herbicide resistance and to evaluate the taxonomic classification and phylogenetic relationships in Echinochloa accessions in order to guide the correct management of this species in irrigated rice. The evaluation of the mechanism of herbicide resistance was performed in plant growth and ALS enzyme activity assays evaluated with dose-response curve and by the sequencing of the ALS gene in six Echinochloa biotypes. The results demonstrated the occurrence of ALS enzyme insensitivity and the mutations Ser653N and W574L in the ALS gene in two resistant biotypes. The identification and phylogenetic relationship was evaluated through morphological classification based on taxonomic keys and with molecular markers for the chloroplast trnT and trnL intron and internal transcribed spacers (ITS) in 29 accessions collected in irrigated rice fields in RS. Both vegetative and reproductive characteristics were highly variable resulting in difficulties for using the taxonomic keys. The length of the axis of rachis minor that 2 mm was characteristic of the species E. colonun, and anthecium width of less than 1.2 mm was discriminator E. crus-pavonis towards E. crus-galli. Phylogenetic analysis using cpDNA sequences was more discriminatory in relation to morphological and ITS sequences. E. colonun showed several indel and mutations enabling easy differentiation from other species. The nucleotide sequence of cpDNA obtained with cpDNA markers indicated the occurrence of two differential mutations between species E. crus-galli and E. crus-pavonis related to the changes of Thymine to Guanine and Adenine to Thymine, respectively. There was large variability among the Echinochloa complex accessions collected in RS and molecular markers of cpDNA are efficient to discriminate these species. The resistance to imidazolinone herbicides on barnyardgrass is related to the occurrence of mutations in the ALS gene