Evoluzione delle malerbe resistenti agli erbicidi: sviluppi recenti

Maurizio Sattin

CNR - Istituto di Biologia Agro-ambientale e Forestale (IBAF) Legnaro (Padova)

Incontro tecnico: Il controllo delle infestanti Regione Emilia-Romagna, 11 febbraio 2015

Gruppo Italiano di lavoro sulla Resistenza agli erbicidi

(www.resistenzaerbicidi.it)

Biotipo resistente

Gruppo di individui che condividono molte caratteristiche fisiologiche, tra le quali la capacità di sopravvivere ad uno o più erbicidi, appartenenti ad un particolare gruppo, utilizzati ad una dose che normalmente li controllerebbe. Questa capacità deve essere ereditabile.

Da non confondere con tolleranza che è la naturale ed ereditabile capacità di una pianta di sopravvivere ad un trattamento erbicida.

Situazione resistenza in Italia

• 36 biotipi resistenti

• che coinvolgono 23 specie infestanti, prevalentemente monocotiledoni 14, di cui 11 Poaceae

• 17 regioni interessate. In particolare Lombardia, Piemonte, Toscana, Lazio, Puglia, Sicilia

• Emilia Romagna: Lolium spp., Avena spp., Echinochloa crus-galli, Papaver rhoeas, Cyperus difformis e Schoenoplectus mucronatus, Amaranthus spp.

Stato della resistenza in Italia I sistemi colturali principalmente coinvolti: riso,

grano duro, uliveti e mais. Tutti i più importanti meccanismi d’azione (6-7)

degli erbicidi (MdA) sono coinvolti

Foto

–Resistenza incrociata

la stessa popolazione è resistente a più

p.a. aventi lo stesso MdA

–Resistenza multipla

la stessa popolazione è resistente a più

p.a. aventi MdA diversi

Definizione “agronomica”

Resistenza multipla in Italia – 4 poaceae

• A. sterilis (ACCasi ed ALS)

• Echinochloa erecta (propanile e quinclorac)

• Echinochloa spp. (ACCasi ed ALS)

• Lolium spp.; ACCasi-ALS

– ACCasi-glifosate, ALS-glifosate

– ACCasi-ALS-glifosate

– Papaver rhoeas (ALS ed ormonici)

Nuovi biotipi R dal 2010 Specie Anno prima

popolazione R

Erbicida o Gruppo di erbicidi

Sistema colturale Regioni interessate

Oryza sativa var. sylvatica

2010 imazamox Riso Piemonte, Lombardia

Echinochloa spp. 2011 2010

Inib. ACCasi Multi-R ACCasi-ALS

Riso

Piemonte, Lombardia

Conyza sumatrensis

2011 Inib. EPSPS Uliveti Puglia

Lolium spp. 2007

2008

2012

Inib. EPSPS

Multi-R Inib. EPSPS/ACCasi

Multi-R

Inib. EPSPS/ALSasi

Vigneti, uliveti

Annuali (frumento duro)

Annuali

(frumento duro)

Piemonte, Puglia, Calabria

Toscana

Toscana

Conyza bonariensis 2013 Inib. EPSPS Agrumeti Sicilia

Evoluzione cronologica del n° di biotipi e di specie R in Italia

0

5

10

15

20

25

30

35

1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

N° cumulato biotipi R N° cumulato specie

Echinochloa spp 5 biotipi R Lolium spp 6 biotipi R

Amaranthus spp 3 biotipi R

GIRE (www.resistenzaerbicidi.it)

Echinochloa crus-galli N° cumulato popolazioni R

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

N° p

opol

azio

ni

Anno

ECHCG R ALS in mais

ECHCG R ALS in riso

ECHCG R - R multipla ALS-ACCasi in riso

ECHCG - R ACCasi in riso

ECGCG R ACCasi in soia

Echinochloa R in mais

Echinochloa R in riso

Diffusione della resistenza agli erbicidi in riso

www.resistenzaerbicidi.it

Spettro di resistenza Echinochloa spp. in riso

0

20

40

60

80

100

1x 1x 3x 1x 3x 1x 3x

Aura Gulliver imazamox Penoxsulam

% sopr.

VEB

POP 010-55 Bianzè (VC)

0102030405060708090

100

1x 1x 3x 1x 3x 1x 3x

Aura Gulliver imazamox Penoxsulam

% sopr.

VEB

POP 010-56 Livorno Ferraris (VC)

0102030405060708090

100

1x 1x 3x 1x 3x 1x 3x

Aura Gulliver imazamox Penoxsulam

% sopr.

VEB

POP 010-57 Cerano (NO)

0102030405060708090

100

1x 1x 3x 1x 3x 1x 3x

Aura Gulliver imazamox Penoxsulam

% sopr.

VEB

POP 010-59 Casanova Elvo (NO)

Eterogeneità dei pattern di resistenza

Inibitore ACCasi

Inibitori ALS

Panozzo S., Scarabel L., Tranel P.J., Sattin M., 2013. Target-site resistance to ALS inhibitors in the polyploid species Echinochloa crus-galli. Pesticide Biochemistry and Physiology 105, 93–101

S: 07-16 + 05-27 x R: 09-44c 09-45

Leu

Trp/Leu G R

S

Attività enzimatica in vitro dell’acetolattato sintasi (ALS)

Sequenziamento del gene ALS e analisi delle mutazioni che

causano resistenza

Tutte le piante delle popolazioni R hanno la

mutazione in posizione 574

Evoluzione del numero cumulato di popolazioni di Lolium spp. in frumento e resistenti agli inibitori

dell’ACCasi, o dell’ALS oppure ad entrambi

0

20

40

60

80

100

120

1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

N° p

opol

azio

ni

Anno

LOL R ALS

LOL R ACCasi

LOL R ALS-ACCasi

Esperimento di lunga durata sulla gestione della resistenza (Trinitapoli – Puglia)

Herbicide treatments

1 ATLANTIS WG 0.5 Kg/ha(iodo+meso 1:5)ROUNDUP (pre-sowing) 2,0 L/haDICURAN (early post-em.) 0,7 L/ha(chlortoluron)ROUNDUP (fallow) 3,0 L/haLAUREAT 4,5 Kg/ha(chlortoluron+diflufenican)

2 ATLANTIS WG 0.5 Kg/ha(iodo+meso 1:5)

3 TOPIK 0.25 Kg/haAXIAL 0.45 L/ha(pinoxaden)

4 UNTREATED

5 HUSSAR MAXX 0.3 Kg/ha(iodo+meso 1:1)

1°2003

2°2004

3°2005

5°2007

4°2006

6°2008

7°2009

Dose

Collavo A., Strek H., Beffa R., Sattin M., 2013. Management of an ACCase-inhibitor-resistant Lolium rigidum population based on the use of ALS inhibitors: weed population evolution observed over a 7 year field-scale investigation. Pest management Science 69: 200–208.

Herbicide efficacy of field treatments based on no. of Lolium ears

pinoxaden

Collavo et al., 2013.

Greenhouse screenings of survivors at recommended field dose

Collavo et al., 2013. Pest Management Science.

Colture annuali: Lolium 5 R glifosate + inibitori ACCasi 1-2 R glifosate + inibitori ALS

Lolium 1 R glifosate in vite 1 R glifosate in nocciolo

Molte pop. di Lolium R glifosate in oliveto 1 pop Conyza

Resistenza al glifosate in Italia

1 pop Conyza R glifosate in agrumeto

Meccanismi di resistenza • Riduzione in assorbimento e traslocazione

(meccanismo o effetto?)

• Mutazione nel gene EPSPs

• Amplificazione del gene EPSPs

• Esclusione: sequestrazione nel vacuolo

• Rapida necrosi (in Ambrosia trifida; meccanismo ancora poco conosciuto, le foglie mature vengono sacrificate, necrosi in 24h che impedisce traslocazione)

• Metabolismo (…)

Mutazione

• Mutazione in posizione 106 del gene EPSPS • I livelli di resistenza sono bassi (a differenza di

quanto accade quando questo meccanismo è coinvolto nella resistenza degli inibitori dell’ACCasi o dell’ALS)

Esclusione

Qualsiasi barriera fisiologica che impedisce alla molecola erbicida di arrivare al target

– Fisica: passiva e strutturale

– Fisiologica: attiva e biochimica (es. compartimentazione glifosate nel vacuolo)

Meccanismo descritto in Lolium spp. e Conyza spp.

R-332

R-336

Case study: glyphosate resistant Lolium rigidum in perennial crops

Intensive selection pressure in perennials:

– no/reduced tillage

– heavy reliance on glyphosate

Repeated treatments for 20 to 30 years

Two main regions involved, it is estimated that:

– hundreds of ha infested in vineyards from Piedmont

– Tens of thousands of ha in Apulia

R-332

R-336

Compared to the northern vineyards, weed management in the southern olive groves is characterised by:

- higher intensity and longer period of

glyphosate selection

- shallow soil layer that limits mechanical control

- inadequate spraying equipment

- different pattern of rainfalls

Both areas are affected by strong winds during L. rigidum flowering and this represents a major threat for resistance diffusion

Dose-risposta: sopravvivenza Lolium rigidum

Livelli di resistenza molto diversi

L. rigidum è specie a fecondazione incrociata e le piante possono facilmente accumulare più meccanismi di resistenza

0

20

40

60

80

100

100 1000 10000

% S

urv

iva

l re

ferr

ed

to

NT

g a.e. ha-1

S-204

S-328

S-330

R-332

R-336

R-AFLR2

Dose massima di etichetta(2008)

RI336 = 20.5 RI332 = 4.7

Indice Resistenza (I.R.) Pop Meccanismo resistenza IR Sopravvivenza

In base a ED50

332 compartimentazione 4.7

336 Compartim. + Target-site 21

In base a ED80

332 compartimentazione 7.4

336 Compartim. + Target-site 32

Il livello di resistenza dipende dal gruppo di erbicidi coinvolto e dal meccanismo di resistenza

PIÙ MECCANISMI POSSONO SOMMARSI (Es. Lolium rigidum pop. 336)

Livello di Resistenza:

LD50/dose in etichetta • Paraquat • 2,4-D • glyphosate

Immagine cortesemente fornita da Douglas Sammons, Monsanto - USA

Riassumendo

• Generalmente i livelli dei resistenza a glifosate sono bassi

• La selezione di popolazioni resistenti avviene più lentamente

• Più meccanismi «deboli» possono sommarsi causando alti livelli di resistenza

• Problema: discriminare tra R a bassi livelli e S: baselines… e sensitivity analysis

Sensitivity analysis

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

ED90 g a.e. ha-1

Sensibilità al glifosate in Lolium spp. • Manca studio sulla sensibilità iniziale (baseline) di

Lolium spp. al glifosate • Dato il lungo periodo di utilizzo del glifosate oggi è

possibile solo calcolare la sensibilità media e variabilità di popolazioni campionate in ambiente agricolo

• La dose minima di etichetta (360 g a.e ha-1) non è più in grado di controllare efficacemente molte popolazioni di Lolium spp. – dose sub-letale, rischio selezione piante resistenti

Scopo

• Stabilire la dose minima di glifosate consigliabile in ambiente agricolo per il controllo di Lolium spp. (L. rigidum e L. multiflorum + intermedi)

• Determinare la variabilità di GR50, GR90, ED50 ed ED90

Popolazioni

Risultati: ED

Risposta di 30 popolazioni di Lolium spp.al glifosate stimate dalla dose capace di controllare la sopravvivenza del 50 % (ED 50, grafico in basso) e del 90 % (ED 90, grafico in alto). Le barre indicano gli intervalli di confidenza (al 95%) inferiore e superiore. Le popolazioni sono disposte in base al parametro stimato secondo ordine crescente da sinistra a destra. La linea orizzontale rappresenta il valore medio di ED.

259 e 328 ED90= 0.7 Kg a.e. ha-1

0

2

4

6

8

10

12

14

00.

20.

40.

60.

8 11.

21.

41.

61.

8 22.

22.

42.

62.

8 33.

23.

43.

63.

8 44.

24.

44.

64.

8 55.

25.

45.

65.

8 66.

2 1111

.211

.411

.6 21

n° p

opol

azio

ni

kg a.e.ha-1 glyphosate

ED90 for biotypes considered susceptible

ED90 for biotypes considered resistant

Variazioni di ED90

336 ED90=20.5

//

401 ED90= 11.7

AFLR2 ED90= 11.3

332 ED90= 4.8

343 ED90= 2.5

384L ED90= 2

384 ED90= 1.5

403 ED90= 6.2

0,7 kg a.e. ha-1 dose discriminante tra biotipi S ed R

Meccanismi di resistenza 336: compartimentazione glifosate e Pro 106 Leu/Ser 332: compartimentazione glifosate 403: Pro 106 Leu

20 trattamenti 30 trattamenti

Resistenza multipla 403: ACCase Iso1781 Leu and EPSPS Pro 106 Leu 384: glyphosate + ACCase 343: glyphosate + ACCase 512: glyphosate + ALS

392 ED90= 5 512 ED90= 2.2

Conclusioni

• Allo stadio di inizio accestimento (BBCH 21) non deve essere inferiore a 700 g a.e. ha-1

• Usare la dose massima di etichetta nei casi di accertata ridotta sensibilità

• Mantenere l’efficacia vicina al 100%

• Trattare le infestanti nel corretto stadio fenologico

• Utilizzare attrezzatura tarata e appropriata

Girasole

0

20

40

60

80

100

1x 3x 1x 3x 1x 3x

2,4-D imazamox Tribenuron

% sopr.% VEB

13-1

0

20

40

60

80

100

1x 3x 1x 3x 1x 3x

2,4-D imazamox Tribenuron

% sopr.% VEB13-2

0

20

40

60

80

100

1x 3x 1x 3x 1x 3x

2,4-D imazamox Tribenuron

% sopr.% VEB

13-3

0

20

40

60

80

100

1x 3x 1x 3x 1x 3x

2,4-D imazamox Tribenuron

% sopr.% VEB

Pop S

Considerazioni conclusive

Situazione critica in riso dove la pressione di selezione degli ALS è molto elevata (circa il 90% degli appezzamenti sono trattati almeno una volta all’anno con ALS). Ci sono pop. di giavone con resistenza multipla agli inibitori dell’ALS e dell’ACCsi e difficoltà nella gestione delle varietà tolleranti all’imazamox. Situazione critica in frumento duro con pop.

Lolium spp. con resistenza multipla agli inibitori dell’ALS e dell’ACCasi e in Toscana dove ci sono pop. di Lolium spp. con resistenza multipla a glifosate e inibitori dell’ACCasi o dell’ALS.

• Criticità dove la diversità nel tempo e nello spazio è fortemente ridotta, specialmente dove la pressione di selezione degli erbicidi è molto elevata

• Le situazioni più critiche riguardano le resistenze multiple e quelle selezionate in varietà tolleranti ad erbicidi IMI. Attenzione alle varietà di girasole tolleranti agli ALS

• La resistenza va affrontata a livello di sistema colturale ed inserita nel contesto IPM, cioè multidisciplinare

• IWM e gestione della resistenza: esistono principi generali, ma le soluzioni sono locali

• I vincoli posti da una legislazione complessa e sistemi colturali più complessi implicano a tutti i livelli un aumento di professionalità

ed ai collaboratori dell’IBAF: Laura Scarabel Silvia Panozzo Donato Loddo (Alberto Collavo)

Grazie per l’attenzione