Evoluzione delle malerbe resistenti agli erbicidi: sviluppi recenti
Maurizio Sattin
CNR - Istituto di Biologia Agro-ambientale e Forestale (IBAF) Legnaro (Padova)
Incontro tecnico: Il controllo delle infestanti Regione Emilia-Romagna, 11 febbraio 2015
Gruppo Italiano di lavoro sulla Resistenza agli erbicidi
(www.resistenzaerbicidi.it)
Biotipo resistente
Gruppo di individui che condividono molte caratteristiche fisiologiche, tra le quali la capacità di sopravvivere ad uno o più erbicidi, appartenenti ad un particolare gruppo, utilizzati ad una dose che normalmente li controllerebbe. Questa capacità deve essere ereditabile.
Da non confondere con tolleranza che è la naturale ed ereditabile capacità di una pianta di sopravvivere ad un trattamento erbicida.
Situazione resistenza in Italia
• 36 biotipi resistenti
• che coinvolgono 23 specie infestanti, prevalentemente monocotiledoni 14, di cui 11 Poaceae
• 17 regioni interessate. In particolare Lombardia, Piemonte, Toscana, Lazio, Puglia, Sicilia
• Emilia Romagna: Lolium spp., Avena spp., Echinochloa crus-galli, Papaver rhoeas, Cyperus difformis e Schoenoplectus mucronatus, Amaranthus spp.
Stato della resistenza in Italia I sistemi colturali principalmente coinvolti: riso,
grano duro, uliveti e mais. Tutti i più importanti meccanismi d’azione (6-7)
degli erbicidi (MdA) sono coinvolti
Foto
–Resistenza incrociata
la stessa popolazione è resistente a più
p.a. aventi lo stesso MdA
–Resistenza multipla
la stessa popolazione è resistente a più
p.a. aventi MdA diversi
Definizione “agronomica”
Resistenza multipla in Italia – 4 poaceae
• A. sterilis (ACCasi ed ALS)
• Echinochloa erecta (propanile e quinclorac)
• Echinochloa spp. (ACCasi ed ALS)
• Lolium spp.; ACCasi-ALS
– ACCasi-glifosate, ALS-glifosate
– ACCasi-ALS-glifosate
– Papaver rhoeas (ALS ed ormonici)
Nuovi biotipi R dal 2010 Specie Anno prima
popolazione R
Erbicida o Gruppo di erbicidi
Sistema colturale Regioni interessate
Oryza sativa var. sylvatica
2010 imazamox Riso Piemonte, Lombardia
Echinochloa spp. 2011 2010
Inib. ACCasi Multi-R ACCasi-ALS
Riso
Piemonte, Lombardia
Conyza sumatrensis
2011 Inib. EPSPS Uliveti Puglia
Lolium spp. 2007
2008
2012
Inib. EPSPS
Multi-R Inib. EPSPS/ACCasi
Multi-R
Inib. EPSPS/ALSasi
Vigneti, uliveti
Annuali (frumento duro)
Annuali
(frumento duro)
Piemonte, Puglia, Calabria
Toscana
Toscana
Conyza bonariensis 2013 Inib. EPSPS Agrumeti Sicilia
Evoluzione cronologica del n° di biotipi e di specie R in Italia
0
5
10
15
20
25
30
35
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
N° cumulato biotipi R N° cumulato specie
Echinochloa spp 5 biotipi R Lolium spp 6 biotipi R
Amaranthus spp 3 biotipi R
GIRE (www.resistenzaerbicidi.it)
Echinochloa crus-galli N° cumulato popolazioni R
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014
N° p
opol
azio
ni
Anno
ECHCG R ALS in mais
ECHCG R ALS in riso
ECHCG R - R multipla ALS-ACCasi in riso
ECHCG - R ACCasi in riso
ECGCG R ACCasi in soia
Echinochloa R in mais
Echinochloa R in riso
Diffusione della resistenza agli erbicidi in riso
www.resistenzaerbicidi.it
Spettro di resistenza Echinochloa spp. in riso
0
20
40
60
80
100
1x 1x 3x 1x 3x 1x 3x
Aura Gulliver imazamox Penoxsulam
% sopr.
VEB
POP 010-55 Bianzè (VC)
0102030405060708090
100
1x 1x 3x 1x 3x 1x 3x
Aura Gulliver imazamox Penoxsulam
% sopr.
VEB
POP 010-56 Livorno Ferraris (VC)
0102030405060708090
100
1x 1x 3x 1x 3x 1x 3x
Aura Gulliver imazamox Penoxsulam
% sopr.
VEB
POP 010-57 Cerano (NO)
0102030405060708090
100
1x 1x 3x 1x 3x 1x 3x
Aura Gulliver imazamox Penoxsulam
% sopr.
VEB
POP 010-59 Casanova Elvo (NO)
Eterogeneità dei pattern di resistenza
Inibitore ACCasi
Inibitori ALS
Panozzo S., Scarabel L., Tranel P.J., Sattin M., 2013. Target-site resistance to ALS inhibitors in the polyploid species Echinochloa crus-galli. Pesticide Biochemistry and Physiology 105, 93–101
S: 07-16 + 05-27 x R: 09-44c 09-45
Leu
Trp/Leu G R
S
Attività enzimatica in vitro dell’acetolattato sintasi (ALS)
Sequenziamento del gene ALS e analisi delle mutazioni che
causano resistenza
Tutte le piante delle popolazioni R hanno la
mutazione in posizione 574
Evoluzione del numero cumulato di popolazioni di Lolium spp. in frumento e resistenti agli inibitori
dell’ACCasi, o dell’ALS oppure ad entrambi
0
20
40
60
80
100
120
1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014
N° p
opol
azio
ni
Anno
LOL R ALS
LOL R ACCasi
LOL R ALS-ACCasi
Esperimento di lunga durata sulla gestione della resistenza (Trinitapoli – Puglia)
Herbicide treatments
1 ATLANTIS WG 0.5 Kg/ha(iodo+meso 1:5)ROUNDUP (pre-sowing) 2,0 L/haDICURAN (early post-em.) 0,7 L/ha(chlortoluron)ROUNDUP (fallow) 3,0 L/haLAUREAT 4,5 Kg/ha(chlortoluron+diflufenican)
2 ATLANTIS WG 0.5 Kg/ha(iodo+meso 1:5)
3 TOPIK 0.25 Kg/haAXIAL 0.45 L/ha(pinoxaden)
4 UNTREATED
5 HUSSAR MAXX 0.3 Kg/ha(iodo+meso 1:1)
1°2003
2°2004
3°2005
5°2007
4°2006
6°2008
7°2009
Dose
Collavo A., Strek H., Beffa R., Sattin M., 2013. Management of an ACCase-inhibitor-resistant Lolium rigidum population based on the use of ALS inhibitors: weed population evolution observed over a 7 year field-scale investigation. Pest management Science 69: 200–208.
Herbicide efficacy of field treatments based on no. of Lolium ears
pinoxaden
Collavo et al., 2013.
Greenhouse screenings of survivors at recommended field dose
Collavo et al., 2013. Pest Management Science.
Colture annuali: Lolium 5 R glifosate + inibitori ACCasi 1-2 R glifosate + inibitori ALS
Lolium 1 R glifosate in vite 1 R glifosate in nocciolo
Molte pop. di Lolium R glifosate in oliveto 1 pop Conyza
Resistenza al glifosate in Italia
1 pop Conyza R glifosate in agrumeto
Meccanismi di resistenza • Riduzione in assorbimento e traslocazione
(meccanismo o effetto?)
• Mutazione nel gene EPSPs
• Amplificazione del gene EPSPs
• Esclusione: sequestrazione nel vacuolo
• Rapida necrosi (in Ambrosia trifida; meccanismo ancora poco conosciuto, le foglie mature vengono sacrificate, necrosi in 24h che impedisce traslocazione)
• Metabolismo (…)
Mutazione
• Mutazione in posizione 106 del gene EPSPS • I livelli di resistenza sono bassi (a differenza di
quanto accade quando questo meccanismo è coinvolto nella resistenza degli inibitori dell’ACCasi o dell’ALS)
Esclusione
Qualsiasi barriera fisiologica che impedisce alla molecola erbicida di arrivare al target
– Fisica: passiva e strutturale
– Fisiologica: attiva e biochimica (es. compartimentazione glifosate nel vacuolo)
Meccanismo descritto in Lolium spp. e Conyza spp.
R-332
R-336
Case study: glyphosate resistant Lolium rigidum in perennial crops
Intensive selection pressure in perennials:
– no/reduced tillage
– heavy reliance on glyphosate
Repeated treatments for 20 to 30 years
Two main regions involved, it is estimated that:
– hundreds of ha infested in vineyards from Piedmont
– Tens of thousands of ha in Apulia
R-332
R-336
Compared to the northern vineyards, weed management in the southern olive groves is characterised by:
- higher intensity and longer period of
glyphosate selection
- shallow soil layer that limits mechanical control
- inadequate spraying equipment
- different pattern of rainfalls
Both areas are affected by strong winds during L. rigidum flowering and this represents a major threat for resistance diffusion
Dose-risposta: sopravvivenza Lolium rigidum
Livelli di resistenza molto diversi
L. rigidum è specie a fecondazione incrociata e le piante possono facilmente accumulare più meccanismi di resistenza
0
20
40
60
80
100
100 1000 10000
% S
urv
iva
l re
ferr
ed
to
NT
g a.e. ha-1
S-204
S-328
S-330
R-332
R-336
R-AFLR2
Dose massima di etichetta(2008)
RI336 = 20.5 RI332 = 4.7
Indice Resistenza (I.R.) Pop Meccanismo resistenza IR Sopravvivenza
In base a ED50
332 compartimentazione 4.7
336 Compartim. + Target-site 21
In base a ED80
332 compartimentazione 7.4
336 Compartim. + Target-site 32
Il livello di resistenza dipende dal gruppo di erbicidi coinvolto e dal meccanismo di resistenza
PIÙ MECCANISMI POSSONO SOMMARSI (Es. Lolium rigidum pop. 336)
Livello di Resistenza:
LD50/dose in etichetta • Paraquat • 2,4-D • glyphosate
Immagine cortesemente fornita da Douglas Sammons, Monsanto - USA
Riassumendo
• Generalmente i livelli dei resistenza a glifosate sono bassi
• La selezione di popolazioni resistenti avviene più lentamente
• Più meccanismi «deboli» possono sommarsi causando alti livelli di resistenza
• Problema: discriminare tra R a bassi livelli e S: baselines… e sensitivity analysis
Sensitivity analysis
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
ED90 g a.e. ha-1
Sensibilità al glifosate in Lolium spp. • Manca studio sulla sensibilità iniziale (baseline) di
Lolium spp. al glifosate • Dato il lungo periodo di utilizzo del glifosate oggi è
possibile solo calcolare la sensibilità media e variabilità di popolazioni campionate in ambiente agricolo
• La dose minima di etichetta (360 g a.e ha-1) non è più in grado di controllare efficacemente molte popolazioni di Lolium spp. – dose sub-letale, rischio selezione piante resistenti
Scopo
• Stabilire la dose minima di glifosate consigliabile in ambiente agricolo per il controllo di Lolium spp. (L. rigidum e L. multiflorum + intermedi)
• Determinare la variabilità di GR50, GR90, ED50 ed ED90
Popolazioni
Risultati: ED
Risposta di 30 popolazioni di Lolium spp.al glifosate stimate dalla dose capace di controllare la sopravvivenza del 50 % (ED 50, grafico in basso) e del 90 % (ED 90, grafico in alto). Le barre indicano gli intervalli di confidenza (al 95%) inferiore e superiore. Le popolazioni sono disposte in base al parametro stimato secondo ordine crescente da sinistra a destra. La linea orizzontale rappresenta il valore medio di ED.
259 e 328 ED90= 0.7 Kg a.e. ha-1
0
2
4
6
8
10
12
14
00.
20.
40.
60.
8 11.
21.
41.
61.
8 22.
22.
42.
62.
8 33.
23.
43.
63.
8 44.
24.
44.
64.
8 55.
25.
45.
65.
8 66.
2 1111
.211
.411
.6 21
n° p
opol
azio
ni
kg a.e.ha-1 glyphosate
ED90 for biotypes considered susceptible
ED90 for biotypes considered resistant
Variazioni di ED90
336 ED90=20.5
//
401 ED90= 11.7
AFLR2 ED90= 11.3
332 ED90= 4.8
343 ED90= 2.5
384L ED90= 2
384 ED90= 1.5
403 ED90= 6.2
0,7 kg a.e. ha-1 dose discriminante tra biotipi S ed R
Meccanismi di resistenza 336: compartimentazione glifosate e Pro 106 Leu/Ser 332: compartimentazione glifosate 403: Pro 106 Leu
20 trattamenti 30 trattamenti
Resistenza multipla 403: ACCase Iso1781 Leu and EPSPS Pro 106 Leu 384: glyphosate + ACCase 343: glyphosate + ACCase 512: glyphosate + ALS
392 ED90= 5 512 ED90= 2.2
Conclusioni
• Allo stadio di inizio accestimento (BBCH 21) non deve essere inferiore a 700 g a.e. ha-1
• Usare la dose massima di etichetta nei casi di accertata ridotta sensibilità
• Mantenere l’efficacia vicina al 100%
• Trattare le infestanti nel corretto stadio fenologico
• Utilizzare attrezzatura tarata e appropriata
Girasole
0
20
40
60
80
100
1x 3x 1x 3x 1x 3x
2,4-D imazamox Tribenuron
% sopr.% VEB
13-1
0
20
40
60
80
100
1x 3x 1x 3x 1x 3x
2,4-D imazamox Tribenuron
% sopr.% VEB13-2
0
20
40
60
80
100
1x 3x 1x 3x 1x 3x
2,4-D imazamox Tribenuron
% sopr.% VEB
13-3
0
20
40
60
80
100
1x 3x 1x 3x 1x 3x
2,4-D imazamox Tribenuron
% sopr.% VEB
Pop S
Considerazioni conclusive
Situazione critica in riso dove la pressione di selezione degli ALS è molto elevata (circa il 90% degli appezzamenti sono trattati almeno una volta all’anno con ALS). Ci sono pop. di giavone con resistenza multipla agli inibitori dell’ALS e dell’ACCsi e difficoltà nella gestione delle varietà tolleranti all’imazamox. Situazione critica in frumento duro con pop.
Lolium spp. con resistenza multipla agli inibitori dell’ALS e dell’ACCasi e in Toscana dove ci sono pop. di Lolium spp. con resistenza multipla a glifosate e inibitori dell’ACCasi o dell’ALS.
• Criticità dove la diversità nel tempo e nello spazio è fortemente ridotta, specialmente dove la pressione di selezione degli erbicidi è molto elevata
• Le situazioni più critiche riguardano le resistenze multiple e quelle selezionate in varietà tolleranti ad erbicidi IMI. Attenzione alle varietà di girasole tolleranti agli ALS
• La resistenza va affrontata a livello di sistema colturale ed inserita nel contesto IPM, cioè multidisciplinare
• IWM e gestione della resistenza: esistono principi generali, ma le soluzioni sono locali
• I vincoli posti da una legislazione complessa e sistemi colturali più complessi implicano a tutti i livelli un aumento di professionalità
ed ai collaboratori dell’IBAF: Laura Scarabel Silvia Panozzo Donato Loddo (Alberto Collavo)
Grazie per l’attenzione