Μοριακή και φαινοτυπική διερεύνηση πληθυσμών κόνυζας (Conyza albida Willd. ex Sprengel, C. bonariensis (L.) Cronq.) για ανθεκτικότητα στο ζιζανιοκτόνο glyphosate

Abstract

Sixty (60) Conyza spp. populations [32 Conyza albida (syn. Conyza sumatrensis) Willd. ex Sprengel populations and 28 Conyza bonariensis (L.) Cronq. populations] were evaluated in pot experiment for possible existence of resistance to glyphosate. The populations originated from orchards, olive groves and vineyards located in the central (Larissa) and southern (Argolida, Korinthia) Greece. In addition, pot dose response experiments were also conducted to study the levels of resistance (R/S) of five (5) resistant (R) C. albida populations and three (3) resistant (R) C. bonariensis populations to glyphosate. Moreover, pot experiments were carried out to investigate the influence of the glyphosate season application on its efficacy against the most resistant (R) and susceptible (S) C. albida and C. bonariensis populations. Furthermore, pot experiments were also conducted to study the effect of the resistant trait on fitness (growth rate and phenological characteristics) of five (5) resistant (R) C. albida populations, three (3) resistant (R) C. bonariensis populations, one susceptible (S) C. albida population and one susceptible (S) C. bonariensis population. Effort was also made to identify molecularly two (2) C. albida populations and two (2) C. bonariensis populations. Finally, epsps gene fragment was sequenced to detect possible existence of point mutations that explain the resistance of EPSPS enzyme to glyphosate.The results of this PhD thesis indicate that many Conyza spp. populations (C. albida and C. bonariensis) originating from orchards, olive groves and vineyards located in the central (Larissa) and southern (Argolida, Korinthia) Greece are already resistant to glyphosate. The calculated levels of resistance (R/S) ranged from 7.7-37.3 and 3.4-7.8 for the resistant C. albida and C. bonariensis populations, respectively. The sequence of cpDNA fragments indicated that this method is reliable and can be used for the molecular identification of the species C. aldida and C. bonariensis. The molecular identification of the species C. albida and C. bonariensis was reported for first time worldwide. However, the sequence of epsps gene fragment from the resistant populations did not indicate any point mutation explaining their resistance due to altered EPSPS enzyme. This fact leads to the hypothesis that the existed resistance could be attributed to reduced translocation of glyphosate to its place of action (chloroplast). The molecular basis of resistance to glyphosate for C. albida was reported for first time worldwide. The resistance trait of populations was not related with their fitness, whereas all C. albida and C. bonariensis populations were controlled better with winter than summer application of glyphosate. Τhese findings lead to the conclusion that herbicide rotation with different modes of action in combination with the use of alternative methods is needed for Conyza spp. control in order to reduce the selection pressure and consequently the dominance of new glyphosate/any herbicide resistant populations.

Μελετήθηκαν 60 πληθυσμοί κόνυζας [32 πληθυσμοί Conyza albida (συν. Conyza sumatrensis) Willd. ex Sprengel και 28 πληθυσμοί Conyza bonariensis (L.) Cronq.], σε πείραμα φυτοδοχείων, για πιθανή ύπαρξη ανθεκτικότητας στο glyphosate. Οι πληθυσμοί προέρχονταν από δενδρώδεις καλλιέργειες (οπωρώνες και ελαιώνες) και αμπελώνες της Κεντρικής (Νομός Λάρισας) και Νότιας Ελλάδας (Νομοί Αργολίδας και Κορινθίας). Ακολούθως, προσδιορίστηκε η ένταση ανθεκτικότητας (R/S) πέντε (5) ανθεκτικών (R) πληθυσμών C. albida και τριών (3) ανθεκτικών (R) πληθυσμών C. bonariensis στο glyphosate. Επίσης, αξιολογήθηκε η επίδραση της εποχής εφαρμογής στη δράση του glyphosate εναντίον των ανθεκτικότερων (R) αλλά και των ευαίσθητων (S) πληθυσμών κόνυζας (C. albida και C. bonariensis). Επιπρόσθετα, μελετήθηκε η επίδραση του χαρακτηριστικού της ανθεκτικότητας στην προσαρμοστικότητα (ρυθμός ανάπτυξης και φαινολογικά χαρακτηριστικά) πέντε (5) ανθεκτικών (R) πληθυσμών C. albida, τριών (3) ανθεκτικών (R) πληθυσμών C. bonariensis, ενός ευαίσθητου (S) πληθυσμού C. albida και ενός ευαίσθητου (S) πληθυσμού C. bonariensis. Τέλος, έγινε προσπάθεια μοριακής ταυτοποίησης δύο (2) πληθυσμών C. albida και δύο (2) πληθυσμών C. bonariensis, καθώς επίσης και αλληλούχηση τμήματος του γονιδίου epsps για πιθανή ύπαρξη σημειακών μεταλλάξεων που εξηγούν την ανθεκτικότητα του ενζύμου EPSPS στο glyphosate. Τα αποτελέσματα της διδακτορικής αυτής διατριβής τεκμαίρουν ότι αρκετοί πληθυσμοί κόνυζας (C. albida και C. bonariensis) από δενδρώδεις καλλιέργειες (οπωρώνες και ελαιώνες) και αμπελώνες της Κεντρικής (Νομός Λάρισας) και Νότιας Ελλάδας (Νομοί Αργολίδας και Κορινθίας) έχουν ανθεκτικότητα στο glyphosate. Η υπολογισθείσα ένταση ανθεκτικότητας (R/S) των ανθεκτικών πληθυσμών C. albida και C. bonariensis κυμάνθηκε από 7,7 έως 37,3 και από 3,4 έως 7,8, αντίστοιχα. Η αλληλούχηση περιοχών του χλωροπλαστικού DNA (cpDNA) συνέβαλε επιτυχώς στη μοριακή ταυτοποίηση των ειδών C. albida και C. bonariensis. Η μοριακή ταυτοποίηση των ειδών C. albida και C. bonariensis αναφέρθηκε για πρώτη φορά παγκοσμίως. Η αλληλούχηση τμήματος του γονιδίου epsps επιβεβαίωσε τη μη ύπαρξη σημειακών μεταλλάξεων που εξηγούν την ανθεκτικότητα των πληθυσμών λόγω τροποποίησης του ενζύμου EPSPS. Η διαπίστωση αυτή μας οδηγεί στην υπόθεση ότι ο πιθανότερος μηχανισμός ανθεκτικότητας των πληθυσμών κόνυζας (C. albida και C. bonariensis) σχετίζεται με τη μειωμένη μετακίνηση του glyphosate στο χώρο δράσης (χλωροπλάστης). Η μοριακή βάση της ανθεκτικότητας της C. albida στο glyphosate αναφέρθηκε για πρώτη φορά παγκοσμίως. Η προσαρμοστικότητα των πληθυσμών έδειξε ότι δεν επηρεάζεται από το χαρακτηριστικό της ανθεκτικότητας, αλλά από την περιοχή προέλευσης και τις περιβαλλοντικές συνθήκες κατά την αξιολόγησή τους. Τέλος, η μεγαλύτερη ευαισθησία όλων των πληθυσμών C. albida και C. bonariensis μετά από εφαρμογή του glyphosate το χειμώνα από ό,τι το καλοκαίρι οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η κόνυζα (Conyza spp.) αντιμετωπίζεται αποτελεσματικότερα με χειμερινή παρά με θερινή εφαρμογή του glyphosate. Τα ευρήματα αυτά καθιστούν αναγκαία την εναλλαγή ζιζανιοκτόνων με διαφορετικό τρόπο δράσης σε συνδυασμό με τη χρήση εναλλακτικών μεθόδων αντιμετώπισης της κόνυζας (Conyza spp.) προκειμένου να μειωθεί η πίεση επιλογής και η ως εκ τούτου δυνατότητα επικράτησης νέων ανθεκτικών πληθυσμών στο glyphosate ή σε άλλα ζιζανιοκτόνα.