Identification of resistance to multiple herbicides and metabolic resistance to penoxsulam in barnyardgrass (Echinochloa crus-galli).
Pestic Biochem Physiol · 2026 · 222:107231 · PMID 42493042 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 농업과 정책 > 저항성 잡초 · 식물
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벼 생산에서 바니야드그래스(Echinochloa crus-galli)는 문제가 되는 잡초이며, 여러 제초제에 대한 저항성은 지속 가능한 관리를 위협한다. 내성(R) 개체군인 JZWD는 페녹스술람에 대한 ALS 표적 부위 돌연변이가 없어 대사적 저항성을 시사하였다. 전신 분석 결과, JZWD는 페녹스술람, 글루포시네이트 암모늄 및 할록시포프-P에 대해 중간 정도의 저항성을 보였고, 퀴클로락, 글리포세이트 및 할라우이펜-메틸에는 낮은 저항성을 보인 반면, 퀴잘로포프-p-에틸에는 민감하였다. 말라티온의 시너지 효과는 페녹스술람 저항성에 P450의 관여를 확인하였다. 처리되지 않은 개체와 페녹스술람 처리된 내성 및 감수성 식물의 전사체 염기서열 분석(RNA-Seq) 결과, 주요 해독 효소군에 속하는 25개의 후보 유전자(사이토크롬 P450 모노옥시게나제 12개, 글루타티온 S-전달효소 3개, 유리딘 이인산 의존성 당화효소 3개, ATP 결합 캐스케이드 수송체 3개 및 과산화효소 4개)가 확인되었다. 네 가지 핵심 유전자(CYP72A616-like, UGT83A1, CYP97B2 및 PODSPC4-1)는 적어도 두 개의 저항성 관련 비교에서 유의하게 상향 조절되었다. KEGG 농축 분석 결과, 주요 대사 경로가 상향 조절된 유전자들 사이에서 풍부하게 나타났다. 동일한 RNA 샘플에 대한 기술적 qRT-PCR 검증은 대부분의 유전자에 대해 RNA-Seq 결과를 확인하였다. 독립적인 생물학적 샘플을 통해 CYP72A616-like는 R 개체군에서 지속적으로 과발현(35.87배)된 반면, UGT83A1, CYP97B2 및 PODSPC4-1은 페녹스술람에 의해 강하게 유도되었다(8.75배 ~ 334.92배). 추가적인 두 개의 P450(CYP71C42 및 CYP734A1) 또한 상향 조절되었다. 세 가지 추가 내성 개체군 중 네 가지 대표 P450 유전자는 처리되지 않은 조건에서 가변적인 상향 조절 패턴을 보였고(14.79배 ~ 160.19배), 세 개 모두 페녹스술람에 의해 강하게 유도되었다(16.25배 ~ 945.07배). 이러한 결과는 E. crus-galli의 여러 제초제 저항성의 근저에 P450 및 기타 해독 효소에 의한 대사적 저항성이 있음을 시사하며, 이는 저항성 모니터링과 지속 가능한 잡초 관리를 위한 표적을 제공한다.ORIGINAL ABSTRACT
Barnyardgrass (Echinochloa crus-galli) is a problematic weed in rice production, and resistance to multiple herbicides threatens sustainable management. The resistant (R) population JZWD lacks ALS target-site mutations for penoxsulam, indicating metabolic resistance. Whole-plant assays revealed that JZWD exhibited moderate resistance to penoxsulam, glufosinate ammonium and haloxyfop-P, and low resistance to quinclorac, glyphosate and halauxifen-methyl, while it was susceptible to quizalofop-p-ethyl. The synergistic effects of malathion confirmed the involvement of P450 in penoxsulam resistance. Transcriptome sequencing (RNA-Seq) of untreated and penoxsulam-treated resistant and susceptible plants revealed 25 candidate genes belonging to major detoxification enzyme families (12 cytochrome P450 monooxygenases, 3 glutathione S-transferases, 3 uridine diphosphate-dependent glycos-yltransferases, 3 ATP-binding cassette transporters and 4 peroxidase). Four core genes (CYP72A616-like, UGT83A1, CYP97B2 and PODSPC4-1) were significantly upregulated in at least two resistance-related comparisons. KEGG enrichment revealed primary metabolism pathways enriched among the upregulated genes. Technical qRT-PCR validation of the same RNA samples confirmed the RNA-Seq results for most genes. Independent biological samples revealed that CYP72A616-like was constitutively overexpressed (35.87-fold) in the R population, whereas UGT83A1, CYP97B2 and PODSPC4-1 were strongly induced by penoxsulam (8.75 to 334.92-fold). Two additional P450s (CYP71C42 and CYP734A1) were also upregulated. Among the three additional resistant populations, four representative P450 genes showed variable upregulation patterns under untreated conditions (14.79 to 160.19-fold), and all three populations were strongly induced by penoxsulam (16.25 to 945.07-fold). These results suggest that metabolic resistance mediated by P450s and other detoxification enzymes underlies multiple herbicide resistance in E. crus-galli, providing targets for resistance monitoring and sustainable weed management.| 저자 | Shen, J.; Gu, Q.; Huang, Q.; Chu, S.; Li, R. |
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| 저널 | Pesticide biochemistry and physiology |
| 권·호·쪽 | 222, 107231 |
| PMID | 42493042 |
| DOI | 10.1016/j.pestbp.2026.107231 |
| MeSH | Herbicides; Herbicide Resistance; Echinochloa; Sulfonamides; Cytochrome P-450 Enzyme System; Plant Proteins; Uridine |