Caracterización agroecológica de poblaciones ferales brasicáceas con resistencia a herbicidas

Abstract

Las brasicáceas son una importante familia vegetal distribuida en todo el mundo. Brassica rapa L. (nabo), B. napus L. (colza, canola) y Raphanus sativus L. (rábano, nabón) son especies anuales de esta familia, cultivadas desde hace siglos. B. napus se destaca por su elevada participación en la producción mundial de aceites comestibles. Las poblaciones ferales de estas especies son malezas en diversos ambientes agrícolas de clima templado, incluyendo Argentina. Actualmente no se dispone de datos de estudios sistemáticos sobre flujo génico entre colza y especies silvestres emparentadas en Argentina, y la dispersión de biotipos de brasicáceas resistentes a herbicidas. Los objetivos de la presente tesis fueron actualizar la información sobre la naturalización y distribución de brasicáceas emparentadas con el cultivo de colza en la región pampeana argentina, y caracterizarlas morfológicamente. Asimismo, se propuso evaluar el flujo génico entre el cultivo de colza y la maleza emparentada B. rapa, y comprobar la transferencia de la resistencia a herbicidas desde cultivares con esa característica. Además, caracterizar poblaciones de Raphanus sp. resistentes a herbicidas AHAS y poblaciones ferales de Brassica sp. resistentes a glifosato. Evaluar en cada caso las condiciones agroecológicas de su emergencia, el origen de la resistencia y, en última instancia, diseñar medidas de control alternativo. Los resultados de las exploraciones demostraron que Argentina mantiene su vigencia como centro de biodiversidad secundario de especies emparentadas con el cultivo de colza, con la presencia de poblaciones brasicáceas ampliamente distribuídas en la región pampeana. La caracterización de las diferentes especies puso de manifiesto las diferencias entre ellas y se observaron rasgos en algunas poblaciones de B. rapa y R. sativus que podrían inferir el origen feral de estas. La presencia de plantas híbridas en cuatro poblaciones de B. rapa colectadas en cercanías de cultivos de colza fue confirmada mediante distintos métodos (morfología, fertilidad masculina, contenido de ADN, resistencia a herbicidas). El riesgo de impacto ambiental inherente al empleo de variedades de colza con resistencia a herbicidas fue real, aunque la baja fertilidad de los híbridos podría atenuar el efecto y reducir la dispersión de estos biotipos. Se confirmó la presencia de poblaciones de R. sativus con resistencia a todas las familias químicas de inhibidores de la AHAS. La secuenciación de las accesiones resistentes confirmaron un cambio puntual de aminoácido en el gen de la enzima AHAS, de triptofano a leucina. La experimentación mostró que existen otras alternativas para el control de los nabones resistentes a IMI en varias situaciones y cultivos. Se detectaron poblaciones naturales de B. napus y B. rapa con resistencia transgénica a glifosato. Este descubrimiento podría sugerir que el caracter provino de cultivos de colza transgénica realizados de manera informal en el país o de individuos ingresados como contaminante de semilla, e involucraría procesos de endo y exoferalidad. Dos de las accesiones de B. rapa presentaron además resistencia a herbicidas inhibidores de la AHAS. La presencia de estas poblaciones presenta un panorama complejo que involucra aspectos de impacto ambiental por la liberación en ambientes naturales del transgen.

The Brassicaceae is an important plant family distributed worldwide. Brassica rapa L. (turnip, bird's rape), B. napus L. (oilseed rape, canola) and Raphanus sativus L. (radish) are annual Brassicaceae species cultivated for centuries. B. napus is one of the most important sources of vegetable oil. Feral populations of these species are weeds in many agricultural environments, including Argentina. At present, there are no systematic studies on gene flow between oilseed rape and wild relatives and the spread of herbicide resistant Brassicaceae biotypes in Argentina. The objectives of this thesis were to update the information on naturalization and distribution of oilseed rape wild relatives in Argentina, and to characterize some of these populations. Also, to assess the gene flow between oilseed rape and B. rapa. In addition, to characterize Raphanus sp. AHAS-inhibiting resistant populations and Brassica sp. glyphosate resistant biotypes. To assess in each case the ecological conditions of its emergence, the origin of the resistance and, finally, to design alternative control strategies. The exploration showed that Argentina remains as a secondary center of biodiversity of oilseed rape wild relatives. Brassicaceae populations are widely distributed in the Pampas. The characterization of the different species revealed differences between them and traits were observed in some populations of B. rapa and R. sativus that could infer a feral origin. The presence of hybrid plants in four populations of B. rapa collected in the proximity of oilseed rape was confirmed by different methods (morphology, male fertility, DNA content and herbicide resistance). The environmental impact inherent of the use of herbicide resistant oilseed rape cultivars was real, but the low fertility of hybrids could mitigate the effect and reduce the spread of these biotypes. The presence of AHAS-inhibiting R. sativus biotypes in Argentina was confirmed. The sequencing of the AHAS-resistant accessions confirmed a single amino acid change from tryptophan to leucine at position 574 in the AHAS gene. The assays showed that there are alternatives to control of AHAS-inhibiting resistant biotypes. Brassica napus and B. rapa populations with transgenic glyphosate resistance were detected. Two of the B. rapa accessions also showed AHAS-inhibiting resistance. These findings suggested that glyphosate resistance might come from GM oilseed rape crops cultivated illegally in the country or as a contaminant of seed, and implies gene flow between feral populations of GM B. napus and wild B. rapa. The presence of these biotypes presents a complex situation that involves environmental impact of the dispersion of a transgene in natural habitats.