Propriedades enzimáticas da enzima ALS de Cyperus difformis e mecanismo de resistência da espécie ao herbicida pyrazosulfuron-ethyl / Enzymatic properties of Cyperus difformis ALS enzyme and mechanism resistance of the species to pyrazosulfuron-ethyl herbicide

Cyperus difformis L. é uma planta daninha ocorrente em lavouras de arroz irrigado, que tem apresentado dificuldade de controle devido à resistência a herbicidas inibidores da enzima ALS. Os objetivos deste trabalho foram investigar características cinéticas da enzima ALS de biótipos de C. difformis e determinar as bases bioquímicas da resistência da espécie ao herbicida pyrazosulfuron-ethyl. Para isso, foram conduzidos experimentos em laboratório do BIOAGRO/UFV. O método utilizado baseou-se na metologia utilizada por CAREY et al. (1997) e adaptada por VARGAS et al. (1999), com algumas modificações. Foram avaliadas a concentração de substrato (piruvato) que fornece velocidade inicial igual à metade da velocidade máxima de reação (K M) e velocidade máxima de reação (Vmáx), bem como a atividade da enzima ALS na presença do inibidor (pyrazosulfuron-ethyl). Diante dos resultados, pode-se observar que a resistência de C. difformis a pyrazosulfuron-ethyl é decorrente da insensibilidade da enzima ALS ao herbicida, não acarretando, porém, prejuízo aos parâmetros cinéticos K M e Vmáx da enzima ALS.

Cyperus difformis L. is a weed that occurs in flooded rice, which has presented difficulty in controlling due to the resistance to ALS inhibiting herbicides. The objectives of this research were to investigate kinetic characteristics of ALS enzyme from C. difformis biotypes and to determine the biochemical bases of resistance from the species to pyrazosulfuron-ethyl herbicide. For that, experiments were conducted at the BIOAGRO/UFV laboratory. The method used was based on the methodology used by CAREY et al. (1997) and adapted by VARGAS et al. (1999), with some modifications. It was evaluated substratum concentration (pyruvate) that provides initial velocity equal to half the speed reaction (K M) and maximum velocity of reaction (Vmáx), as well the activity of the ALS enzyme in the presence of the inhibitor (pyrazosulfuron-ethyl). According to the results, it is possible to observe that C. difformis resistance to pyrazosulfuron-ethyl is due to the insensibility of the ALS enzyme to the herbicide, however without penalty to K M and Vmáx kinetic parameters of the ALS enzyme.

Isolamento do gene ALS e investigação do mecanismo de resistência a herbicidas em Sagittaria montevidensis / Isolation of the ALS gene and investigation of the mechanism of herbicide resistance in Sagittaria montevidensis

Diversos biótipos de sagitária (Sagittaria montevidensis Cham. & Schlecht) foram constatados como resistentes a herbicidas inibidores da enzima ALS no Brasil e em outros locais do mundo. Os objetivos deste trabalho foram isolar e sequenciar o gene ALS de sagitária de forma a identificar a ocorrência de mutações relacionadas ao mecanismo de resistência de insensibilidade do local da ação de herbicidas. O material vegetal consistiu de sementes de sagitária coletadas em lavouras de arroz irrigado localizadas na região Sul do Estado de Santa Catarina. Nove pares de sequências nucleotídicas iniciadoras foram desenhadas para a amplificação dos domínios C, A e D do gene ALS. As sequências nucleotídicas dos fragmentos amplificados com quatro pares de oligonucleotídeos inciadores resultaram em amplicons com 360 a 393 nucleotídeos. Essas sequências apresentaram homologia com o gene ALS padrão de Arabdopsis thaliana e arroz, possuindo apenas três mutações de ponto. Uma dessas alterações foi a mutação Pro197Phe, que é relacionada à ocorrência de resistência à herbicida em diversas espécies vegetais. As sequências obtidas evidenciaram que o gene ALS avaliado encontrava-se em heterozigose. Esses resultados sugerem a ocorrência de insensibilidade do local de ação como mecanismo de resistência a herbicidas inibidores de ALS em sagitária. A prevenção e o controle da resistência a herbicidas inibidores da ALS em sagitária devem ser fundamentados na rotação de herbicidas com diferentes mecanismos de ação.

California arrowhead (Sagittaria montevidensis Cham. & Schlecht) is an aquatic weed often found in rice paddy fields. Several biotypes of California arrowhead resistant to ALS-inhibiting herbicides were found in Brazil and in several rice fields worldwide. The objective of this study was to sequence the ALS gene of California arrowhead and to identify the occurrence of mutations related to target site insensitivity as the mechanism of herbicide resistance. The plant material consisted of seeds collected in rice paddy fields located in the state of Santa Catarina, Brazil. Nine pairs of primers were designed for the amplification of the domains C, A and D of the ALS gene. PCR reactions with four pairs of primers resulted in amplification of fragments with size close to expected, ranging from 360 to 393 nucleotides. These sequences showed high homology to the standard ALS gene Arabdopsis thaliana and rice having only three point mutations. One of these mutations was Pro197Phe that is related with herbicide resistance in several weeds. The sequences obtained indicated that the ALS gene evaluated was heterozygous. These results suggest the occurrence of insensitivity of the site of action as the mechanism of resistance to ALS-inhibitors herbicides in California arrowhead. The prevention and control of resistance to ALS-inhibitors in California arrowhead should be based on the rotation of herbicides with different mechanisms of action.