Analysis of multiple-herbicide resistant Amaranthus palmeri populations from Spain points to an introduction of the eccDNA from America.
Pest Manag Sci · 2025 · 81:6807-6819 · PMID 40635530 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 농업과 정책 > 저항성 잡초 · 식물
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배경: 제초제 내성 침입 잡초종인 Amaranthus palmeri는 스페인 및 기타 유럽 국가의 농업 생산과 토착 식물 생태계에 위협이 되고 있다. 제초제 내성 대립유전자가 현지에서 진화하는 것인지 유전자 흐름을 통해 도입되는 것인지는 여전히 불분명하다. 이를 해결하기 위해, 본 연구에서는 두 스페인 A. palmeri 개체군에서 식물 수준으로 아세토락테이트 합성효소(ALS) 및 5-엔올피루빌시키메이트-3-인산 합성효소(EPSPS) 저해성 제초제에 대한 다중 내성을 특성화하였다. 또한, 글리포세이트 내성이 국지적 선택압의 결과인지 유전자 흐름에 의해 도입되었는지를 판단하기 위해 초염색체형 원형 DNA(eccDNA)를 분석하였다. 결과: 두 개체군 모두 ALS 및 EPSPS 저해성 제초제에 대한 다중 내성을 보이는 개체를 나타냈다. 내성 식물에서 Pro-197-Ile를 포함한 8가지 다른 ALS 대립유전자 돌연변이가 확인되었으며, 이는 이전에 단일 종에서만 보고된 바 있다. 두 개체군의 글리포세이트 내성은 eccDNA에 의해 매개된 유전자 중복의 결과이다. 스페인 및 북미 eccDNA는 완전한 동일성을 보였으며, 분석된 비암호화 영역의 부분 서열 간에는 단일 염기 다형성(SNP)이 발견되지 않았다. 결론: 본 연구는 두 스페인 A. palmeri 개체군에서 집단 수준과 개체 수준 모두에서 ALS 및 EPSPS 저해제에 대한 내성을 유럽에서 처음으로 확인하였다. 참고 문헌 미국 참조 서열 대비 스페인 개체군의 eccDNA에서 SNP가 부재하고 ALS 유전자에서 표적 부위 돌연변이가 발생한 것이 ALS 제초제의 선택압 없이 일어난 것은, 내성 형질의 기원이 다른 곳에서 진화하여 원산지에서 스페인으로 도입되었음을 시사한다. 그러나 연구된 개체군의 수가 제한적이고 eccDNA의 부분 서열 분석만으로는 내성 메커니즘의 정확한 기원을 결정적으로 확증할 수는 없다. 본 연구는 유럽에 이러한, 그리고 잠재적으로 다른 새로운 제초제 내성 A. palmeri 개체군이 도착하는 것에 대한 우려를 제기하며 관리상의 어려움을 초래한다.ORIGINAL ABSTRACT
BACKGROUND: The herbicide-resistant invasive weed species Amaranthus palmeri threatens agricultural production and native plant ecology in Spain, as well as in other European countries. Understanding whether herbicide resistance alleles evolve in situ or are introduced via gene flow remains unclear. To address this, we characterized multiple resistance to acetolactate synthase (ALS)-- and 5-enolpyruvylshikimate-3phosphate synthase (EPSPS)-inhibiting herbicides in two Spanish A. palmeri populations at the plant level. Additionally, we analyzed the extra-chromosomal circular DNA (eccDNA) to determine whether glyphosate resistance resulted from local selection pressure or was introduced by gene flow. RESULTS: Both populations exhibit individuals that survived both herbicide MoA, with multiple resistance mechanisms to ALS- and EPSPS-inhibiting herbicides. Eight different ALS allele mutations were identified in resistant plants, including Pro-197-Ile, reported only in one species previously. Glyphosate resistance in the two populations is to the result of gene duplication mediated by eccDNA. Spanish and North American eccDNAs showed complete identity, with no single nucleotide polymorphisms (SNPs) found between the partial analyzed sequences of noncoding regions. CONCLUSION: We confirm for the first time in Europe resistance to ALS and EPSPS inhibitors at both the population and individual levels in two Spanish A. palmeri populations. The absence of SNPs in the eccDNA from Spanish populations compared to the reference American sequence and the presence of target-site mutations in the ALS gene occurred without selective pressure from ALS herbicides, suggests that the origin of resistance traits may have evolved elsewhere and been introduced from the place of origin to Spain. However, it is important to note that the limited number of populations studied and the partial sequencing of eccDNA do not provide definitive confirmation of the exact origins of resistance mechanisms. This work raises concerns about the arrival of this and potentially other new herbicide-resistant A. palmeri populations in Europe posing challenges for management. © 2025 The Author(s). Pest Management Science published by John Wiley & Sons Ltd on behalf of Society of Chemical Industry.| 저자 | Manicardi, A.; Mora, G.; Araujo, A. L. S.; Gaines, T. A.; Lozano-Juste, J.; Torra, J. |
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| 저널 | Pest management science |
| 권·호·쪽 | 81(10), 6807-6819 |
| PMID | 40635530 |
| DOI | 10.1002/ps.70034 |
| MeSH | Amaranthus; Herbicide Resistance; Herbicides; Spain; Acetolactate Synthase; Glyphosate; Glycine; 3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; Plant Weeds; Plant Proteins; Introduced Species |