Mutation of Trp-574-Leu ALS gene confers resistance of radish biotypes to iodosulfuron and imazethapyr herbicides Translated title: Mutação da Trp-574-Leu do gene ALS confere resistência de biótipos de nabo ao herbicida iodosulfurom e imazetapir

Abstract

ABSTRACT. Acetolactate synthase inhibitors are the main group of herbicides used in winter crops in Southern Brazil where their intensive use has selected for herbicide-resistant biotypes of radish. The resistance affects the efficacy of herbicides, and identifying the resistance mechanism involved is important for defining management strategies. The aim of this study was to elucidate the resistance mechanism of radish biotypes by quantifying the enzyme activity, ALS gene sequencing and evaluating the response of biotypes to iodosulfuron and imazethapyr herbicide application after treatment with a cytochrome P450 monooxygenase inhibitor. The susceptible (B1) and resistant (B4 and B13) biotypes were from wheat fields in the Northwest of Rio Grande do Sul State. The results demonstrated that the enzyme affinity for the substrate (KM) was not affected in biotypes B4 and B13 but that the Vmax of the resistant biotypes was higher than that of biotype B1. The resistant biotypes showed no differential metabolic response to iodosulfuron and imazethapyr herbicides when inhibited by malathion and piperonyl butoxide. However, gene sequencing of ALS showed a mutation at position 574, with an amino acid substitution of tryptophan for leucine (Trp-574-Leu) in resistant biotypes.

Translated abstract

RESUMO. Os inibidores da acetolactato sintase são o principal grupo de herbicidas usados em culturas de inverno do Sul do Brasil onde seu uso intenso selecionou biótipos resistentes de nabo. A resistência afeta a eficácia dos herbicidas, e a identificação do mecanismo de resistência envolvido é importante na definição de estratégias de manejo. O objetivo deste estudo foi elucidar o mecanismo de resistência em biótipos de nabo através da quantificação da atividade da enzima, sequenciamento do gene ALS e avaliar a resposta dos biótipos à aplicação do herbicida iodosulfurom e imazetapir após tratamento com inibidores do metabolismo da citocromo P450 monooxigenase. Os biótipos suscetível (B1) e resistentes (B4 e B13) eram de lavouras de trigo da região Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul. Os resultados demonstraram que a afinidade da enzima pelo substrato (KM) não foi afetada nos biótipos B4 e B13, porém o Vmax dos biótipos resistentes foi superior quando comparado ao biótipo B1. Os biótipos resistentes não apresentaram resposta metabólica diferencial ao herbicida iodosulfurom e imazetapir quando inibidos pelo malathion e butóxido de piperolina. Entranto, o sequenciamento do gene ALS evidenciou mutação na posição 574 com uma substituição do aminoácido triptofano por leucina (Trp-574-Leu) nos biótipos resistentes.