Identification of plants and resistance mechanism to imidazolinone herbicides in rice cultivars and red rice

O arroz vermelho (Oryza sativa L.) é a principal planta daninha da cultura do arroz irrigado. Por pertencer à mesma espécie da planta cultivada, o controle pela utilização de herbicidas é dificultado. O desenvolvimento de cultivares de arroz resistentes aos herbicidas imidazolinonas proporcionou o controle seletivo do arroz vermelho. Porém o uso contínuo desta tecnologia resultou no surgimento de biótipos resistentes a esses herbicidas. A presente pesquisa teve como objetivos identificar biótipos de arroz vermelho resistentes aos herbicidas imazethapyr + imazapic em diferentes estádios do ciclo de desenvolvimento do arroz e estabelecer técnica para identificação do mecanismo de resistência utilizando marcadores moleculares do tipo ‘single nucleotide amplified polimorfism’ (SNAP). Os bioensaios realizados em sementes, plântulas e afilhos discriminaram de forma efetiva e rápida os indivíduos resistentes e suscetíveis, sendo desta forma, considerados técnicas expeditas no diagnóstico da resistência. As concentrações discriminadoras aos herbicidas imazethapyr + imazapic para os bioensaios de sementes, plântulas e afilhos foram 0,01 mM, 4 mM e 3 mM, respectivamente. A identificação das sequências nucleotídicas do gene ALS nas cultivares de arroz IRGA 422 CL, SATOR CL e PUITÁ INTA CL indicou que as mutações G654E, S653D e A122T, respectivamente, são as responsáveis pela resistência a esses herbicidas. Estas informações, em conjunto com a sequência nucleotídica que circunda estas mutações, foram utilizadas para desenvolvimento de marcadores SNAP para identificar as possíveis mutações que conferem resistência em arroz vermelho resistente a imidazolinonas. Foram analisadas 481 plantas de 38 populações coletadas nas safras de 2006/07 e 2007/08 como escapes de controle dos herbicidas imazethapyr + imazapic. A análise fenotípica destas plantas indicou que o nível de resistência foi alto, médio e baixo em 12, 37 e 50 % para as populações de 2006/07 e em 32, 50 e 18 % para as populações de 2007/08, respectivamente. Os resultados indicaram que na maioria destas plantas, a resistência aos herbicidas é devida à insensibilidade da enzima ALS, resultante das mesmas mutações encontradas nas cultivares de arroz resistentes. A prevenção à ocorrência de plantas de arroz vermelho resistente aos herbicidas pertencentes ao grupo químico das imidazolinonas deve considerar procedimentos relacionados à diminuição da pressão de seleção causada pelo herbicida.Red rice (Oryza sativa L.) is the main weed in the paddy field rice. Cultivated rice and red rice belong to the same species, resulting in difficulties for red rice control through herbicides. However, the development of imidazolinone resistant rice cultivars allowed red rice selective control. The continuous use of this technology leads to the occurrence of imidazolinone resistant red rice biotypes. This study aimed to identify red rice plants resistant to the herbicides imazethapyr + imazapic at different stages of rice plant development, as well as, to develop a tool for identifying the resistance mechanism using SNAP (‘single nucleotide amplified polymorphism’) molecular markers. The bioassays used for seeds, seedlings and tillers discriminated resistant and susceptible individuals in a short evaluation period, being considered as a fast method for herbicide resistance diagnostic. The discriminatory concentrations between resistant and susceptible plants to the herbicides imazethapyr + imazapic for the bioassays of seeds, seedlings and tillers were 0,01 mM, 4 mM e 3 mM, respectively. The identification of the ALS gene nucleotide sequences in the resistant rice cultivars IRGA 422 CL, SATOR CL and PUITÁ INTA CL indicated that the mutations G654E, S653D and A122T, respectively, are responsible for the resistance. This information and the nucleotide sequence that surrounds these mutations were used for the development of the SNAP molecular markers to identify the possible mutations that confer the resistance in red rice. This analysis was varied out in a total of 481 plants from 38 populations collected during 2006/07 and 2007/08 seasons as escapes of control of the herbicides imazethapyr + imazapic. A phenotypic analysis in these plants indicated that the resistance level was high, medium and low in 12, 37 and 50 % for the populations of 2006/07 and in 32, 50 and 18 % for the populations of 2007/08, respectively. The molecular results indicated that the majority of these plants are resistant due the insensitivity of the ALS enzyme, caused by the same mutations found in the resistant rice cultivars. The prevention of the herbicide resistance in red rice must consider procedures related to the reduction of the selection pressure caused by the herbicide