Kiedy w 2021 r. hodowca kukurydzy cukrowej skontaktował się z nami i zgłosił poważne obrażenia spowodowane herbicydem tolpyralatem, Marty Williams miał nadzieję, że była to przywra wyizolowana z jednej linii wsobnej.

Ale dwa lata później, po metodycznych badaniach terenowych, szklarniowych i genetycznych, jego nowy Nauka o zarządzaniu szkodnikami badanie nie tylko potwierdza wrażliwość na tolpiralan w 49 liniach kukurydzy cukrowej i kukurydzy polnej, ale także ujawnia nową podatność genetyczną, która może mieć wpływ na kukurydzę bardziej ogólnie.

Tolpyralat to stosunkowo nowy herbicyd hamujący HPPD, oznaczony dla wszystkich rodzajów kukurydzy. Zazwyczaj kukurydza odtruwa inhibitory HPPD, zanim spowodują one uszkodzenie poprzez ekspresję genu Nsf1. Linie kukurydzy ze zmutowanymi allelami nsf1 mogą wykazywać wrażliwość na inhibitory HPPD, ale nie miało to miejsca w przypadku tolpyralatu w liniach testowanych przez Williamsa. Zamiast tego jego badanie wykazało, że wrażliwość na tolipiralan jest całkowicie powiązana z innym genem, co wyjaśnia, dlaczego nie spodziewano się nadwrażliwości ani nie wykryto jej w procesie hodowli.

„Wrażliwość krzyżowa na wiele herbicydów powschodowych, wszystkie powiązane ze zmutowanymi allelami nsf1, jest rozumiana od lat. Hodowcy zazwyczaj sprawdzają produkty takie jak nikosulfuron, inhibitor ALS, ponieważ pozwala on zidentyfikować (tj. zabić) wszelkie rośliny wsobne, które nie są t tolerancyjny na szeroką gamę herbicydów, w tym większość inhibitorów HPPD” – powiedział Williams, ekolog z Działu Badań Rolniczych USDA i profesor stowarzyszony na Wydziale Nauk o Uprawach w College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences (ACES) przy na Uniwersytecie Illinois Urbana-Champaign.

Oryginalna linia kukurydzy cukrowej z 2021 r. została sprawdzona pod kątem nikosulfuronu i nie wykazała żadnych uszkodzeń, co wskazywało, że gen Nsf1 spełnia swoje zadanie. Oczekiwanie tego samego wyniku w przypadku tolpyralatu było uzasadnione, ponieważ nikt nie zgłosił poważnych uszkodzeń upraw spowodowanych przez nowy herbicyd. Kiedy więc uraz tolpyralatu dał o sobie znać, hodowca był zdumiony.

Niezwykły przypadek doprowadził zespół Williamsa do rozpoczęcia polowań na bieloną białą kukurydzę – charakterystyczną oznakę uszkodzenia przez inhibitor HPPD – wokół farm w U. I..

Nie musieli długo polować.

Tu i ówdzie, wśród wysokich rzędów zielonej kukurydzy, rosły karłowate białe marudery. Zespół skontaktował się z badaczami prowadzącymi doświadczenia na farmach, aby dowiedzieć się, co zostało spryskane. Tolpyralat za każdym razem.

W obliczu zjawiska, które coraz mniej przypominało przypadek, załoga Williamsa rozpoczęła próby terenowe i szklarniowe, aby określić, jak powszechna jest wrażliwość na tolpyralat. Mając łatwy dostęp do panelu różnorodności kukurydzy cukrowej, skupili się głównie na tej grupie. Przetestowali także wąski panel genotypów kukurydzy polnej.

Na podstawie skromnych badań zespół udokumentował 49 odmian wsobnych kukurydzy cukrowej (43) i kukurydzy polnej (6), które doznały umiarkowanych lub ciężkich uszkodzeń spowodowanych tolpyralatem. Co ważne, źródło genu wzmacniającego cukier w kukurydzy cukrowej, linii rodzicielskiej wielu mieszańców kukurydzy cukrowej, należało do najbardziej wrażliwych genotypów, co sugeruje, że wrażliwość może być jeszcze bardziej rozpowszechniona.

Co ciekawe, obrażenia były znacznie poważniejsze po dodaniu atrazyny i adiuwantów herbicydowych, powszechnie stosowanych razem z inhibitorami HPPD.

„Kiedy zastosowaliśmy czysty tolpiralan do wrażliwej kukurydzy cukrowej, plony wyglądały dobrze” – powiedział Williams. „Ale kiedy dodaliśmy adiuwanty zalecane na etykiecie herbicydu – olej roślinny lub metylowany olej z nasion – otrzymaliśmy silną reakcję wybielającą. A kiedy dodaliśmy także atrazynę, która jest powszechna w przypadku inhibitorów HPPD, śmiertelność roślin była szybka”.

Williams wyjaśnił, że nie da się po prostu usunąć adiuwantów ze zbiornika. Poprawiają pobieranie herbicydów przez chwasty i są niezbędne do skutecznego zwalczania chwastów.

„Tolpyralat ma zalety agronomiczne, ale oczywiście będzie miał ograniczoną użyteczność, jeśli zaszkodzi uprawom” – powiedział Williams.

Mając coraz więcej dowodów sugerujących, że nsf1 nie jest winny wrażliwości na tolpiralan, zespół następnie zmapował genom, aby znaleźć winowajcę.

„Korzystając z oryginalnej wrażliwej linii kukurydzy cukrowej do mapowania cechy, zawęziliśmy ją do regionu na chromosomie 5 w pobliżu Nsf1. Ale to nie jest Nsf1, a w zidentyfikowanym przez nas regionie genomu nie ma nic oczywistego, co łatwo wyjaśniałoby wrażliwość na tolpiralan. zmapowaliśmy tę cechę, mechanizm fizjologiczny pozostaje nieuchwytny”.

Williams zauważa, że ​​potrzebne są dalsze badania, aby dotrzeć do sedna wrażliwości na tolpiralan, zarówno pod względem mechanizmu fizjologicznego, jak i tego, jak powszechna jest ta cecha u wszystkich rodzajów kukurydzy. Powiedział, że istnieje potencjał opracowania markerów molekularnych umożliwiających identyfikację wrażliwych linii kukurydzy, co byłoby przydatne w poprawie tolerancji na tolpiralan.

Na razie chce podnieść świadomość hodowców kukurydzy, hodowców i firm chemicznych pracujących nad następną generacją inhibitorów HPPD, zwłaszcza że jest to pierwszy przypadek genetycznej podatności na herbicyd kukurydzy udokumentowany od ponad trzech dekad.

„To, czego nauczyliśmy się z tych badań, może być pomocne nie tylko jako sam tolpyralat, ponieważ opracowywanych jest kilka nowych inhibitorów HPPD pochodzących z tej samej struktury chemicznej” – powiedział Williams. „Jeśli możemy uniknąć dodatkowych problemów w przyszłości, zróbmy to teraz”.