Herbicide metabolism and EPSPS Pro-106-Ser substitution confer multiple resistance in Chenopodium spp. from Southern Spain.
Pestic Biochem Physiol · 2026 · 221:107132 · PMID 42264735 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로 · 식물 · 제형(GBH)
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지중해성 다년생 시스템에서의 장기간 제초제 사용은 잡초 개체군에 지속적인 선택압을 가하여 다중 내성을 촉진하였다. 본 연구에서는 20년 이상 글리포세이트계 관리 이후 남부 스페인 지역의 Chenopodium album (Ca) 및 C. vulvaria (Cv)에서 내성 메커니즘을 조사하였다. 연구 목표는 (i) 아트라진, 트라이벤우론-메틸(TM), 글리포세이트, 2,4-D에 대한 내성을 확인하고; (ii) 표적 부위 내성과 대사적 내성을 구별하며; (iii) 교차 및 다중 제초제 내성의 생화학적 및 분자적 근거를 규명하는 것이었다. 스크리닝 분석 결과, 내성(R) 개체군은 아세토락테이트 합성효소(ALS)-, 광계 II(PSII)-, 옥신계-, 그리고 5-엔올피루빌시키메이트-3-인산 합성효소(EPSPS)-억제 제초제에 대해 높은 생존율(78-100%)을 보였다. 농도 반응 분석은 내성을 확인하였으며, CaR 및 CvR에서 아트라진의 경우 각각 6.7과 5.1의 내성 지수(RI), TM의 경우 19.0과 17.3, 글리포세이트의 경우 7.0과 13.9, 2,4-D의 경우 6.0과 6.9를 보였다. 방사표지 및 분석 대사 분석은 R 개체군에서 향상된 제초제 대사를 입증하였다: 아트라진(S 대비 94-95% vs. 13-16%), TM(24-25% 대비 68-69%), 2,4-D(2-4% 대비 64-65%), 및 글리포세이트(8-9% 대비 39-43%)가 그러하였다. 말라티온은 아트라진, TM, 2,4-D에 대한 내성을 부분적으로 역전시켰으며, 이는 사이토크롬 P450 (CYP450)의 관여를 시사한다. 반면, 글리포세이트 대사는 CYP450 또는 글루타티온 S-전달효소 억제와 무관하였다. 생화학적 분석에서는 PSII 또는 ALS 민감도에 차이가 없었으며 (I₅₀ RI ≈ 1), EPSPS 억제 분석에서는 CvR에서 I₅₀가 10배 증가한 것이 나타났다. 염기서열 분석을 통해 EPSPS에서 Pro-106-Ser 치환이 오직 CvR에서만 확인되었다. 향상된 대사는 R Chenopodium spp. 개체군에서 우세하게 나타났으며, CvR에서는 대사적 및 표적 부위 메커니즘의 공존이 관찰되어 지속적인 제초제 의존 하에 추가적인 교차 내성의 위험을 증가시키고 있다.ORIGINAL ABSTRACT
Long-term herbicide programs in Mediterranean perennial systems have imposed sustained selection pressure on weed populations, promoting the evolution of multiple resistance. We investigated resistance mechanisms in Chenopodium album (Ca) and C. vulvaria (Cv) from southern Spain following more than two decades of glyphosate-based management. We aimed to (i) confirm resistance to atrazine, tribenuron-methyl (TM), glyphosate, and 2,4-D; (ii) distinguish between target-site and metabolic resistance; and (iii) characterize the biochemical and molecular basis of cross- and multiple-herbicide resistance. Screening assays revealed high survival (78-100%) of resistant (R) populations to acetolactate synthase (ALS)-, photosystem II (PSII)-, auxinic-, and 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS)-inhibiting herbicides. Dose-response assays confirmed resistance, with resistance indices (RI) of 6.7 and 5.1 for atrazine, 19.0 and 17.3 for TM, 7.0 and 13.9 for glyphosate, and 6.0 and 6.9 for 2,4-D in CaR and CvR, respectively. Radiolabelled and analytical metabolism assays demonstrated enhanced herbicide metabolism in R populations: atrazine (94-95% vs. 13-16% in S), TM (68-69% vs. 24-25%), 2,4-D (64-65% vs. 2-4%), and glyphosate (39-43% vs. 8-9%). Malathion partially reversed resistance to atrazine, TM, and 2,4-D, supporting cytochrome P450 (CYP450) involvement. In contrast, glyphosate metabolism was independent of CYP450 or glutathione S-transferases inhibition. Biochemical assays showed no differences in PSII or ALS sensitivity (I₅₀ RI ≈ 1), whereas EPSPS inhibition assays revealed a tenfold increase in I₅₀ in CvR. Sequencing identified a Pro-106-Ser substitution in EPSPS exclusively in CvR. Enhanced metabolism predominates in the R Chenopodium spp. populations, with coexistence of metabolic and target-site mechanisms in CvR, increasing the risk of further cross-resistance under continued herbicide reliance.| 저자 | Rojano-Delgado, A. M.; Sohrabi, S.; Santana, A. P. D. S.; Palma-Bautista, C.; Domínguez-Valenzuela, J. A.; Gherekhloo, J.; Alcántara-de la Cruz, R.; De Prado, R. |
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| 저널 | Pesticide biochemistry and physiology |
| 권·호·쪽 | 221, 107132 |
| PMID | 42264735 |
| DOI | 10.1016/j.pestbp.2026.107132 |
| MeSH | Herbicides; Herbicide Resistance; Chenopodium; Spain; Glyphosate; 3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; Plant Proteins; Glycine; Acetolactate Synthase |