Rahasia molekuler Palmer amaranth mengungkapkan potensi yang meresahkan – Sains Terkini


Petani jagung, kedelai, dan kapas bergidik membayangkan Palmer bayam menyerbu ladang mereka. Sepupu agresif dari waterhemp – itu sendiri musuh yang tangguh – tumbuh sangat cepat, menghasilkan ratusan ribu biji per tanaman, dan tahan terhadap beberapa kelas herbisida, termasuk glifosat.

Resistensi Palmer terhadap herbisida penghambat PPO, sekelompok bahan kimia yang mengganggu sintesis klorofil, terutama bermasalah dengan glifosat di luar gambar. Petani telah beralih ke inhibitor PPO sebagai alternatif yang efektif, sampai resistensi ditemukan di waterhemp pada tahun 2001 dan di Palmer pada tahun 2011.

Pat Tranel dari University of Illinois telah bekerja untuk memahami mekanisme resistensi terhadap PPO-inhibitor selama bertahun-tahun, dan merupakan orang pertama yang menemukan mutasi kunci pada kedua spesies gulma. Sekarang, dalam dua penelitian baru, dia melangkah lebih jauh untuk menjelaskan kejeniusan jahat Palmer.

"Kami tahu Palmer memiliki mekanisme molekuler yang sama dengan waterhemp untuk melawan PPO-inhibitor, mutasi genetik yang dikenal sebagai penghapusan glik-210, dan setidaknya satu lagi. Sekarang kita tahu bahwa itu mengembangkan penghapusan glik-210 secara mandiri, daripada memilih itu melalui hibridisasi dengan waterhemp, "kata Tranel, kepala asosiasi dan profesor ilmu gulma molekuler di Departemen Ilmu Tanaman di AS.

Ini penting dalam dua cara. Ini kabar baik bahwa para ilmuwan tidak menemukan bukti hibridisasi antara dua gulma super, setidaknya tidak sejauh ini. Tetapi fakta bahwa Palmer berevolusi dari mutasi yang sama secara independen, dan setidaknya satu lagi untuk boot, menunjukkan betapa cerdiknya gulma.

Tranel dan timnya menentukan asal-usul evolusi mutasi gly-210 dengan melihat genetika tanaman resisten dari kedua spesies yang tumbuh bersama di ladang Kentucky. Berada dalam jarak dekat selama beberapa tahun seharusnya memberikan peluang untuk hibridisasi, jika itu akan terjadi.

"Kami tahu dari percobaan laboratorium bahwa mereka mampu melakukan hibridisasi, jadi fakta bahwa itu tidak terjadi di lapangan adalah hal yang baik. Semakin mereka dapat dan melakukan hibridisasi, semakin banyak kekhawatiran yang kita miliki," kata Tranel.

Hanya sekitar sepertiga dari tanaman Palmer di bidang Kentucky memiliki penghapusan gly-210. Sisanya menggunakan mutasi yang berbeda – substitusi arginin – untuk menangkal kerusakan penghambat PPO.

"Temuan bahwa populasi Palmer ini memiliki dua mutasi yang berbeda menjadi perhatian karena jika Anda berharap di masa depan, Palmer berada dalam posisi yang baik untuk menghadapi kimia PPO di masa depan. Ia dapat menggunakan mana yang lebih efektif terhadap PPO baru.

"Ini juga diposisikan dengan baik untuk menggabungkan dua mutasi untuk membuat mutan ganda, dengan kedua mutasi pada salinan kromosom yang sama. Kimia yang dirancang untuk membunuh tanaman dengan penghapusan gly-210 tidak akan mampu membunuh mutan ganda," Tranel kata. "Menurutku, hanya masalah waktu sampai kita melihat mutan ganda di lapangan."

Studi baru kedua Tranel menjelaskan mengapa Palmer bayam membutuhkan waktu satu dekade lebih lama daripada waterhemp untuk mengembangkan penghapusan gly-210, dan mengungkapkan kebenaran jahat lainnya tentang spesies: Palmer bayam tampaknya secara alami toleran terhadap aplikasi penghambat PPO pasca-kemunculan.

Telah lama diakui bahwa waktu penerapan PPO pasca-kemunculan sangat penting untuk Palmer bayam, relatif terhadap waterhemp. Jika tanaman Palmer tidak disemprot sebelum mencapai sekitar 4 inci, semuanya sudah berakhir.

"Jika Anda menunggu terlalu lama, Anda kehilangan mereka. Dan terlalu lama bisa menjadi masalah dalam satu hari karena Palmer tumbuh sangat cepat. Itu bisa pergi dari pabrik 4 inci di mana Anda bisa mengendalikannya ke pabrik 6 inci secara harfiah dalam sehari, "kata Tranel.

Untuk Tranel, polanya menunjukkan toleransi alami terhadap inhibitor PPO pasca-kemunculan. Toleransi menggambarkan kemampuan suatu spesies untuk menangani suatu zat, dalam hal ini herbisida PPO. Perlawanan, di sisi lain, terjadi pada tingkat populasi; populasi spesies yang terlokalisasi berevolusi sebagai respons terhadap paparan berulang terhadap zat tersebut. Misalnya, jagung toleran terhadap atrazin. Ia dapat menangani penyemprotan dan tidak perlu mengembangkan mutasi untuk menanganinya dalam populasi tertentu.

Idenya adalah bahwa Palmer amaranth memiliki toleransi alami terhadap inhibitor PPO dan tidak perlu mengembangkan resistansi. Itu sebabnya butuh waktu lebih lama untuk mengembangkan mutasi gly-210. Tetapi, sampai sekarang, belum ada yang secara khusus mempelajari toleransi Palmer terhadap kimia sebelumnya.

Tranel mengonfirmasinya dengan menumbuhkan tanaman Palmer dan waterhemp dengan dan tanpa mutasi gly-210 secara berdampingan dan menerapkan formulasi berbeda dari PPO-inhibitor pra-kemunculan dan pasca-kemunculan. Aplikasi pasca-kemunculan dilakukan lebih awal (lebih kecil dari 4 inci) atau terlambat (lebih tinggi dari 4 inci).

"Kami menemukan bahwa tanaman Palmer 'sensitif' tanpa mutasi bertahan seperti halnya waterhemp yang tahan ketika disemprotkan pasca-kemunculan," kata Tranel.

Di sisi lain, tim peneliti menemukan bahwa formulasi pra-kemunculan secara efektif mengendalikan kedua spesies.

"Perbedaan dalam toleransi antara Palmer dan waterhemp hilang pada tahap pra-kemunculan," kata Tranel. "Pada akhirnya, itulah pesan yang bisa dibawa pulang di sini. Jika Anda berurusan dengan gulma ini, terutama Palmer bayam, dan Anda ingin memasukkan penghambat PPO sebagai mode tindakan efektif alternatif, Anda akan lebih beruntung jika Anda menggunakannya dalam aplikasi pra-kemunculan. "

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.