Ausmaß, Ursache und Regulierung der metabolischen Flufenacet-Resistenz bei Weidelgras (Lolium spp.)
Weidelgräser (Lolium spp.) gehören zu den konkurrenzstärksten Ungräsern, und ihre Fähigkeit, rasch Resistenzen gegen verschiedene Herbizidwirkungsweisen zu entwickeln, stellt eine große Herausforderung für die moderne Landwirtschaft dar. Ursprünglich auf Gebiete mit intensivem Weidelgrasanbau beschränkt, breiten sich die Weidelgraspopulationen nun über ein größeres geografisches Gebiet aus, was Anlass zu Besorgnis über ihre Auswirkungen auf den Pflanzenbau und die Herbizidwirksamkeit gibt.
Im Labor von Dr. Eric Patterson (Michigan State University) untersuchten wir die Rolle von Weidelgrassorten bei der Verbreitung von Herbizidresistenzen. Wir haben umfassende Resistenzscreenings von 39 deutschen Weidelgraspopulationen, 34 in Deutschland erhältlichen kommerziellen Sorten des Festuca-Lolium-Komplexes und 18 kommerziellen Sorten aus den Vereinigten Staaten durchgeführt. Dabei konnten wir in 77 % der Weidelgraspopulationen eine Resistenz gegen ACCase-Inhibitoren, in 59 % gegen ALS-Inhibitoren und in 18 % gegen VLCFA-Inhibitoren, einschließlich Flufenacet, feststellen.
Darüber hinaus wurden der Ploidiegrad der Weidelgraspopulationen untersucht und Kreuzungsexperimente durchgeführt, um die Dynamik des Genflusses zwischen Unkräutern und Zuchtsorten zu verstehen. Eines der wichtigsten Ergebnisse unserer Studie war die Entdeckung der Herbizidresistenz (v.a. aufgrund von Punktmutationen) bei zwei deutschen Sorten. Bei einer anderen Sorte, die ursprünglich als L. perenne klassifiziert wurde, wurde eine Resistenz gegen alle drei Herbizidwirkungsweisen festgestellt, was auf eine mögliche Kontamination mit dem resistenten Unkraut L. multiflorum hindeutet. Poplationsgenetische Analysen (genotyping-by-sequencing) ergaben eine enge genetische Verwandtschaft zwischen resistenten Weidelgraspopulationen und Zuchtsorten, was die Möglichkeit eines Genflusses zwischen Zuchtsorten und Unkräutern sowohl unter kontrollierten als auch unter Feldbedingungen aufzeigt. Diese Ergebnisse unterstreichen, dass bei der Verwendung von Weidelgras-Sorten in landwirtschaftlichen Systemen Vorsicht geboten ist, da Genfluss die Ausbreitung von Resistenzen erleichtern könnte.
Neben den Mechanismen der Herbizidresistenz wurde die Regulierung einer Glutathion-Transferasen (GST), die am Abbau des Herbizids Flufenacet beteiligt ist, untersucht. Unsere RNA-Seq- und Gen-Koexpressions-Netzwerkanalyse hat Schlüsselgene und Transkriptionsfaktoren aufgedeckt, die möglicherweise für die Regulierung der Stoffwechselresistenz verantwortlich sind. Diese Ergebnisse liefern wichtige Einblicke in die komplexen Regulationsmechanismen, die der Entwicklung der Herbizidresistenz zugrunde liegen.
Wir analysieren weiterhin die Daten aus Göttingen, da das Projekt GoodWeedBadWeed während meines Aufenthalts an der Michigan State University genehmigt wurde.
Projektbearbeitung:
- Rebecka Dücker
- Eric Patterson (Gastgeber an der Michigan State University)
- Jean Wagner
