Functional synergy and genomic linkage of glyphosate resistance traits in Canada fleabane.
Pest Manag Sci · 2026 · 82:305-318 · PMID 40905242 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 농업과 정책 > 저항성 잡초 · 식물 · 식이
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배경: 캐나다 플리어베인(Conyza canadensis)의 글리포세이트 저항성은 주로 액포 격리 같은 비표적 부위 저항성(NTSR) 기전에 기인하는 것으로 알려져 왔으나, 이 메커니즘들은 아직 명확히 규명되지 않았다. 최근 EPSPS2의 표적 부위 돌연변이(P106S)가 확인되었지만, 이는 많은 저항 사례를 설명하지 못하였다. 이러한 발견들은 본 종에서 글리포세이트 저항성의 유전적 기반을 재평가할 필요성을 시사한다. 결과: 글리포세이트 저항성 및 감수성 생형(biotype)으로부터 유래한 F2 집단을 이용하여, 우리는 표적 부위 저항성(TSR)과 NTSR의 개별적 및 결합 효과를 분리하였다. 용량-반응 표현형 분석 및 유전자형 분석 결과, NTSR은 광범위한 글리포세이트 농도 범위에 걸쳐 폭넓은 보호 효과를 제공한 반면, TSR은 보다 제한적이고 용량 의존적인 이점을 제공하는 것으로 나타났다. 두 메커니즘이 모두 존재할 때, 중반 치사량(LD50) 값은 가산적 예상치를 크게 초과하여 시너지 상호작용을 나타냈다. 정량 형질 위치(QTL) 매핑은 염색체 4번에서 NTSR과 관련된 주요 효과 유전자좌를 확인하였으며, 이와 연관된 후보 유전자들은 막 수송 및 세포소기관 구획화 과정과 관련이 있었다. 분리 왜곡 및 재조합 빈도 추정치는 TSR과 NTSR 유전자좌 사이에 중간 정도의 유전적 연관성을 시사하며, 이는 저항성 대립유전자의 공동 유전을 용이하게 한다. 결론: 본 연구는 C. canadensis에서 제초제 저항성의 근간을 이루는 유전자 $\times$ 유전자 상호작용에 대한 최초의 명시적인 정량적 분석을 제공한다. TSR과 NTSR을 분리함으로써, 우리는 각각 단일 복사본의 TSR 및 NTSR 대립유전자가 약 9배 및 7배의 글리포세이트 저항성을 부여함을 보여준다. 이 두 메커니즘이 결합될 때 시너지를 나타내어, 가산적 LD50 예상치보다 2배 이상 높은 수준의 저항성을 초래한다. TSR과 NTSR 유전자좌 모두 염색체 4번에서 매핑되었으며, 그 사이의 중간 정도의 게놈 연관성(~27% 재조합)은 낮은 선택압 하에서도 고수준 저항성의 지속 및 확산에 기여할 가능성이 있다. © 2025 His Majesty the King in Right of Canada. Pest Management Science는 John Wiley & Sons Ltd가 화학산업협회(Society of Chemical Industry)를 대신하여 출판하였다. 캐나다 농업·농산물부의 허가를 받아 재현함.ORIGINAL ABSTRACT
BACKGROUND: Glyphosate resistance in Conyza canadensis (Canada fleabane) has been primarily attributed to non-target-site resistance (NTSR) mechanisms such as vacuolar sequestration, though these have not been formally elucidated. While a target-site mutation at EPSPS2 (P106S) was recently identified, it failed to account for many resistant cases. These findings underscore the need to re-evaluate the genetic basis of glyphosate resistance in this species. RESULTS: Using an F2 population derived from glyphosate-resistant and susceptible biotypes, we disentangled the individual and combined effects of target-site resistance (TSR) and NTSR. Dose-response phenotyping and genotyping revealed that NTSR conferred broad protection across a wide range of glyphosate doses, while TSR provided a more limited, dose-dependent benefit. When both mechanisms were present, median lethal dose (LD50) values greatly exceeded additive expectations, indicating a synergistic interaction. Quantitative trait locus (QTL) mapping identified a major-effect locus associated with NTSR on chromosome 4, with candidate genes linked to membrane transport and subcellular compartmentalization processes. Segregation distortion and recombination frequency estimates suggest moderate genetic linkage between TSR and NTSR loci, facilitating co-inheritance of resistance alleles. CONCLUSION: This study provides the first explicit quantitative analysis of gene × gene interactions underlying herbicide resistance in C. canadensis. By disentangling TSR and NTSR, we show that single copies of the TSR and NTSR alleles confer approximately nine-fold and seven-fold glyphosate resistance, respectively. When combined, these mechanisms exhibit synergism, resulting in resistance levels that exceed additive LD50 expectations by more than two-fold. Both TSR and NTSR loci have been mapped to chromosome 4, and moderate genomic linkage (~27% recombination) between them will likely contribute to the persistence and spread of high-level resistance, even under low selection pressure. © 2025 His Majesty the King in Right of Canada. Pest Management Science published by John Wiley & Sons Ltd on behalf of Society of Chemical Industry. Reproduced with the permission of the Minister of Agriculture and Agri-Food Canada.| 저자 | Page, E. R.; Martin, S. L.; Meloche, S.; Thibodeau, A.; Laforest, M. |
|---|---|
| 저널 | Pest management science |
| 권·호·쪽 | 82(1), 305-318 |
| PMID | 40905242 |
| DOI | 10.1017/wsc.2024.78 |
| MeSH | Glyphosate; Herbicide Resistance; Glycine; Herbicides; Conyza; Genetic Linkage; Quantitative Trait Loci |