The TAP-IVS-EPSPS glyphosate resistance mutation evolved in Amaranthus hybridus exhibits an adaptation cost in a glyphosate free environment.
Plant Sci · 2025 · 360:112731 · PMID 40854373 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 농업과 정책 > 저항성 잡초 · 식물
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제초제 저항성 잡초는 새로운 환경에 대한 빠른 전 지구적 적응의 대표적인 예시이며, 식물의 진화 생태학뿐만 아니라 현대 농업의 기술 및 경제에도 중대한 영향을 미친다. 특히, A. hybridus의 글리포세이트에 대한 저항성은 매우 높은 것으로 나타났으며, 이는 최근 EPSPS의 새로운 삼중 돌연변이에 기인하는 것으로 알려졌다. 그럼에도 불구하고, 글리포세이트 선택압이 없는 환경에서는 저항성 식물이 감수성 식물에 비해 생태적 적합도 감소로 발현되는 적응 비용을 보일 것으로 예상된다. 주요 잡초인 A. hybridus에서 EPSPS의 삼중 TAP-IVS 돌연변이를 부여하는 자연적으로 진화된 글리포세이트 저항성은 식물 경쟁 상호작용이 존재하는 환경에서 식물 적합도 페널티와 관련이 있다. 이 페널티는 EPSPS 효소 수준과 식물 수준 모두에서 두드러지게 나타난다. TAP-IVS 돌연변이를 가진 식물은 글리포세이트 감수성 개체군과의 경쟁 환경에서 상당한 적합도 비용(즉, 생태학적 기반 적합도 비용)을 나타내지만, 이러한 비용은 비경쟁 조건에서는 부재하거나 미미하였다. 흥미롭게도, 이는 생화학적 기반의 적합도 비용 메커니즘이기도 한데, A. hybridus에서 유래한 변형된 E. coli TAP-IVS 변종의 EPSPS 촉매 효율이 WT에 비해 0.3배 감소하였기 때문이다. 이러한 발견들은 제초제 저항성을 부여하는 돌연변이의 진화적 궤적을 평가할 때 적응 비용을 고려하는 것의 중요성을 강조한다.ORIGINAL ABSTRACT
Herbicide-resistant weeds are a prominent example of rapid global adaptation to new environments, significantly impacting the evolutionary ecology of plants, as well as the technology and economy of modern agriculture. In particular, the resistance of A. hybridus to glyphosate was found to be exceptionally high, and this has been recently attributed to a novel triple mutation in the EPSPS. Nevertheless, in environments lacking glyphosate selection pressure, it is anticipated that resistant plants would exhibit an adaptive cost, manifested as a reduction in ecological fitness relative to susceptible plants. The naturally evolved glyphosate resistance endowing triple TAP-IVS mutation in the EPSPS in the major weed A. hybridus is associated with a plant fitness penalty in environments under plant competitive interactions. This penalty is notably expressed both at the EPSPS enzyme and plant level. Plants with the TAP-IVS mutation express a notable increase in fitness cost in a competitive environment with glyphosate susceptible counterparts (i.e. ecological-based fitness cost), although this cost was absent or moderate under non-competitive conditions. Interestingly, this is also a biochemical-based fitness cost mechanism, as the EPSPS catalytic efficiency of the transformed E. coli TAP-IVS variant from A. hybridus decreased 0.3-fold compared to WT. These findings underscore the importance of considering adaptive costs when assessing the evolutionary trajectory of mutations conferring herbicide resistance.| 저자 | Perotti, V. E.; Palmieri, V. E.; Graves, A.; Menéndez, A. I.; Casas, C.; Permingeat, H. R.; Vila-Aiub, M. M. |
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| 저널 | Plant science : an international journal of experimental plant biology |
| 권·호·쪽 | 360, 112731 |
| PMID | 40854373 |
| DOI | 10.1016/j.plantsci.2025.112731 |
| MeSH | Glycine; Glyphosate; Herbicide Resistance; Amaranthus; Herbicides; Mutation; 3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; Adaptation, Physiological; Plant Proteins; Genetic Fitness |