Registro:
| Documento: | Tesis Doctoral |
| Título: | Análisis del surgimiento de la resistencia a glifosato en Sorghum halepense en Argentina |
| Título alternativo: | Analysis of the emergence of glyphosate resistance in Sorghum halepense in Argentina |
| Autor: | Ulrich, María Noelia |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Lugar de trabajo: | Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria - CONICET. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular (IABIMO)
|
| Fecha de defensa: | 2022-12-29 |
| Fecha en portada: | 2022 |
| Grado Obtenido: | Doctorado |
| Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Biológicas |
| Departamento Docente: | Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular |
| Director: | Tosto, Daniela S. |
| Consejero: | Confalonieri, Viviana Andrea |
| Jurado: | Martínez, María Carolina; Sede, Silvana Mabel; Lewi, Dalia Marcela |
| Idioma: | Español |
| Palabras clave: | MALEZAS; RESISTENCIA A HERBICIDAS; GLIFOSATO ; SORGO DE ALEPOWEEDS; HERBICIDE RESISTANCE; GLYPHOSATE; JOHNSONGRASS |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7262_Ulrich |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7262_Ulrich.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7262_Ulrich |
| Ubicación: | BIO 007262 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Ulrich, María Noelia. (2022). Análisis del surgimiento de la resistencia a glifosato en Sorghum halepense en Argentina. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7262_Ulrich |
Resumen:
La adopción de cultivos genéticamente modificados se ha desarrollado de forma creciente y continua desde 1996, en el año 2019 la superficie sembrada fue de 190 millones de hectáreas en 29 países, de los cuales Argentina ocupa actualmente el tercer lugar con 24 millones de hectáreas; siendo la característica predominante la tolerancia a herbicidas. Los herbicidas constituyen una manera efectiva, eficiente y económica de controlar las malezas. El glifosato elimina de manera eficiente y no selectiva a todas las plantas herbáceas, su mecanismo de acción es competir con el fosfoenolpiruvato, que es el sustrato de la enzima 5- enolpiruvato shikimato-3-fosfosintasa (EPSPS) por el sitio activo de la enzima, resultando en la inhibición de la vía del shikimato; los productos de esta vía incluyen aminoácidos aromáticos esenciales como el triptófano, tirosina y fenilalanina y otros productos metabólicos importantes. Una de las principales malezas, registrada en 53 países es el sorgo de Alepo (Sorghum halepense L. Persoon); es una especie gramínea perenne, alotetraploide de la familia Poaceae;la misma fue introducida en Argentina a principios del siglo pasado con el objetivo de ser utilizada como forrajera. Dado su carácter de planta invasora fue declarada plaga de la agricultura en 1930. La utilización del glifosato como herbicida no selectivo post-emergente en conjunto con la siembra directa y los cultivos transgénicos resistentes a glifosato disminuyó la aparición de S. halepense en los sistemas de cultivo argentinos desde 1996. Sin embargo, en Salta se reportó la aparición de sorgo de Alepo resistente a glifosato en 2002, y fue confirmado en el año 2005. La aparición de estos eventos de resistencia dificulta el manejo de los cultivos y su rendimiento generando pérdidas de productividad, aumentando el volumen de herbicida utilizado para poder controlar las malezas. El objetivo del presente trabajo es el análisis de la variabilidad genética para establecer el origen de la resistencia y el estudio de los mecanismos moleculares involucrados en la resistencia a glifosato en S. halepense. Cuando comenzaron los primeros reportes de resistencia y se esparcieron a lo largo del país, surgió la necesidad de establecer el origen único o múltiple de la resistencia a glifosato. Con este fin se transfirieron y sistematizaron marcadores moleculares del tipo microsatélite para poder establecer la similitud genómica de los ejemplares resistentes, el presente análisis corroboró el origen múltiple de la resistencia a glifosato. Se realizaron ensayos de ddRADseq que permitieron identificar marcadores del tipo SSR y SNP especie específicos. Las malezas pueden sobrevivir a las aplicaciones de herbicidas debido a una variedad de mecanismos que pueden ser divididos en dos amplias categorías: asociados al sitio blanco y no asociados al sitio blanco. Los mecanismos asociados al sitio blanco frecuentemente involucran mutaciones en los genes que codifican las enzimas blanco del herbicida o el incremento de la enzima ya sea por duplicación génica o aumento de la expresión, mientras que los mecanismos no asociados al sitio blanco incluyen absorción o traslocación reducida, transporte vacuolar o degradación metabólica del herbicida. Se realizaron estudios para analizar los diferentes mecanismos moleculares reportados como responsables de otorgar resistencia, mediante secuenciación, PCR cuantitativa y secuenciación de ARN. En cuanto al estudio de los mecanismos asociados al sitio blanco, no se observaron sustituciones en el sitio P106 ó T102 en los biotipos analizados, pero si se observó diferencias en el número de copias genómicas y en los niveles de expresión cuantificados por PCR cuantitativa en algunos de los biotipos. Se realizó la validación de genes de referencia de manera de contar con genes de referencia estables para el sorgo de Alepo bajo tratamiento de glifosato. En cuanto a los mecanismos no asociados al sitio blanco se analizaron por PCR cuantitativa los niveles de expresión de genes transportadores del tipo ABC y de genes de detoxificación como el Citocromo P-450 y Glutation S Transferasa, se observó variabilidad en los niveles de expresión entre los diferentes biotipos en los genes evaluados. Dado que los mecanismos NTSR son complejos y pueden involucrar varias familias de genes, la identificación de las causas moleculares de la resistencia se vuelve compleja, por lo que la técnica de RNAseq provee la comparación del transcriptoma completo de los biotipos resistentes versus los susceptibles y así poder identificar diferencias en la expresión génica que sea indicadora de los genes involucrados en la resistencia, para ello se analizó un biotipo susceptible y uno resistente, entre los genes diferencialmente expresados se encontraron Citocromos P450 y transportadores del tipo ABC. A partir de los resultados obtenidos se observó que habría distintos mecanismos involucrados en la resistencia tanto asociados al sitio blanco como no asociados al sitio blanco dependiendo del biotipo en estudio. Estos resultados servirán de aporte para la comprensión de los mecanismos relacionados con la resistencia y así poder establecer prácticas agronómicas capaces de retrasar la aparición de la misma. Lo cual permitirá ampliar la durabilidad en el tiempo de las plataformas tecnológicas organismo genéticamente modificado- herbicida y evitar el aumento de uso del herbicida. Este trabajo a la vez provee de herramientas para los organismos de control y regulación para establecer Políticas Públicas.
Abstract:
The adoption of genetically modified crops has developed increasingly and continuously since 1996, in 2019 the area planted was 190 million hectares in 29 countries, of which Argentina is currently in third place with 24 million hectares. Herbicides are the most effective, efficient and economical way to control weeds. glyphosate efficiently and non-selectively kills all herbaceous plants, its mechanism of action is to compete with phosphoenolpyruvate, which is the substrate of the enzyme 5-enolpyruvyl-shikimate-3-phosphate synthase (EPSPS) for the active site of the enzyme, resulting in inhibition of the shikimate pathway; the products of this pathway include essential aromatic amino acids such as tryptophan, tyrosine and phenylalanine and other important metabolic products. One of the main weeds registered in 53 countries is Johnsongrass (Sorghum halepense L. Persoon); it is a perennial, allotetraploid grass species of the Poaceae family; it was introduced in Argentina at the beginning of the last century with the aim of being used as a fodder crop. Due to its invasive nature, it was declared an agricultural pest in 1930. The use of glyphosate as a non-selective post-emergent herbicide together with no-tillage and glyphosate-resistant transgenic crops has reduced the occurrence of S. halepense in Argentinean cropping systems since 1996. However, in Salta, the occurrence of glyphosate resistant Johnsongrass was reported in 2002 and confirmed in 2005. The emergence of these resistance events hinders crop management and yields, leading to productivity losses. The aim of the present work is the analysis of genetic variability to establish the origin of resistance and the study of the molecular mechanisms involved in glyphosate resistance in Sorghum halepense. When the first reports of resistance started and spread throughout the country, the need arose to establish the single or multiple origin of glyphosate resistance. To this end, microsatellite-type molecular markers were transferred and systematised to establish the genomic similarity of the resistant specimens, and this analysis revealed the multiple origin of glyphosate resistance. Weeds can survive herbicide applications through a variety of mechanisms that can be divided into two broad categories: target site-associated and non-target site-associated. Target site-associated mechanisms often involve mutations in genes encoding herbicide target enzymes or enzyme upregulation either by gene duplication or increased expression, while non-target site-associated mechanisms include reduced uptake or translocation, vacuolar transport or metabolic degradation of the herbicide. Studies were carried out to test the different molecular mechanisms reported to be responsible for conferring resistance, using sequencing, quantitative PCR and RNA sequencing. Regarding the study of the mechanisms associated with the target site, no substitutions were observed in the P106 or T102 site in the biotypes analysed, but differences were observed in the number of genomic copies and in the levels of expression quantified by quantitative PCR in some of the biotypes; the validation of reference genes was carried out in order to have stable reference genes for sorghum Aleppo under glyphosate treatment. Regarding the mechanisms not associated with the target site, the expression levels of ABC type transporter genes and detoxification genes such as Cytochrome P-450 and Glutathione S Transferase were analysed by quantitative PCR; variability was observed in the expression levels between the different biotypes in the genes evaluated. Since NTSR mechanisms are complex and can involve several gene families, the identification of the molecular causes of resistance becomes complex, so the RNAseq technique can provide the comparison of the complete transcriptome of resistant versus susceptible biotypes and thus potentially identify differences in gene expression that is indicative of the genes involved in resistance, for this a susceptible and a resistant biotype were analysed, among the differentially expressed genes were found Cytochromes P450 and ABC transporters. From the results obtained, it was observed that there were different mechanisms involved in resistance, both associated with the target site and not associated with the target site, depending on the biotype under study. These results will help to understand the mechanisms related to resistance and thus be able to establish agronomic practices capable of delaying the appearance of resistance. This will make it possible to extend the durability over time of the genetically modified organism-herbicide technology platforms and avoid an increase in the use of the herbicide. This work also provides tools for control and regulatory bodies to establish public policies.
Citación:
---------- APA ----------
Ulrich, María Noelia. (2022). Análisis del surgimiento de la resistencia a glifosato en Sorghum halepense en Argentina. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7262_Ulrich
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Ulrich, María Noelia. "Análisis del surgimiento de la resistencia a glifosato en Sorghum halepense en Argentina". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2022.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7262_Ulrich
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