In un articolo pubblicato sulla rivista Communications Biology , scienziati della Washington University di St. Louis e dell'Università dell'Arkansas riferiscono che un parassita delle colture chiamato riso infestante è diventato ampiamente resistente agli erbicidi nelle regioni in cui viene piantato riso resistente agli erbicidi. Lo studio mette in evidenza le sfide che i coltivatori di riso statunitensi devono affrontare quando combattono un nemico erbaceo strettamente correlato a una pianta coltivata desiderabile.

L'indagine genetica è stata condotta su campioni raccolti nelle risaie dell'Arkansas, dove viene coltivato quasi il 50% del riso della nazione.

Il riso Weedy è un cugino strettamente correlato del riso raccolto. Compete in modo aggressivo con il riso coltivato sul campo, portando a una perdita di resa e riduzioni della qualità del raccolto che compromettono il valore di mercato. Le infestazioni da riso infestante causano ogni anno circa 45 milioni di dollari di perdite economiche negli Stati Uniti e centinaia di milioni di dollari in tutto il mondo.

I biologi hanno utilizzato sequenze dell'intero genoma di 48 piante di riso erbacee contemporanee per mostrare come la resistenza agli erbicidi si sia evoluta dal flusso genico dal riso raccolto. Quasi tutti gli altri casi di resistenza agli erbicidi nelle erbacce agricole derivano dalla selezione di genotipi tolleranti nelle specie infestanti. Solo 20 anni dopo la prima adozione del riso resistente agli erbicidi negli Stati Uniti meridionali, la maggior parte dei campi con una storia di coltivazione del riso resistente agli erbicidi ha piante di riso erbacee che sono anche resistenti agli erbicidi.

"Nel corso della sua storia di quasi 200 anni negli Stati Uniti, il riso con erbacce ha avuto un tasso molto basso di incroci con il riso coltivato", ha affermato Marshall Wedger, ricercatore post-dottorato associato in biologia in Arts &Sciences presso la Washington University e primo autore dello studio . "Abbiamo scoperto che il riso erboso degli Stati Uniti è sopravvissuto alla pressione degli erbicidi con la sopravvivenza di quelle poche piante che si incrociano, acquisendo di conseguenza il tratto di resistenza agli erbicidi".

"I cambiamenti tecnologici nella coltivazione del riso negli Stati Uniti dagli anni 2000 hanno portato a una rivoluzione genetica completa nella composizione del riso erboso che infesta i campi degli Stati Uniti", ha affermato Kenneth Olsen, professore di biologia alla Washington University e autore senior dello studio.

"Negli ultimi 20 anni, il riso infestante è passato dall'essere molto distinto dal punto di vista genetico dalle varietà di colture statunitensi a oggi derivato principalmente dall'ibridazione delle colture infestanti", ha affermato Olsen. "Le erbacce stanno acquisendo alcuni tratti del raccolto che sono utili per loro, inclusa la resistenza agli erbicidi".

Le erbacce colgono il loro momento

Il riso Weedy è un flagello della produzione di riso coltivata in tutto il mondo. Ma fino all'inizio degli anni 2000, il riso con erbacce nei campi degli Stati Uniti si incrociava raramente con i tipi di riso comunemente coltivati ​​in questo paese.

Riso raccolto e riso infestante sono le stesse specie, quindi sono in grado di incrociarsi o ibridarsi. Il loro tasso di ibridazione è generalmente basso, generalmente inferiore all'1%, perché il riso è autoimpollinato.

Ma è successo qualcosa che ha cambiato la dinamica secolare tra queste due piante strettamente correlate. A partire dai primi anni 2000, nei campi statunitensi sono stati adottati due nuovi tipi di riso coltivato. Uno era un nuovo riso ibrido che offriva una resa sostanzialmente migliore, rispetto alle tradizionali cultivar di riso consanguinee (autoimpollinanti). L'altro era un nuovo tipo che era stato ottimizzato per essere tollerante a un certo tipo di erbicida. Queste cosiddette cultivar Clearfield hanno permesso agli agricoltori di piantare riso e quindi di applicare sostanze chimiche ai loro campi per uccidere il riso e altre erbacce agricole senza danneggiare il raccolto.

Già nel 2004, appena due anni dopo l'adozione del nuovo riso a livello locale, gli agricoltori dell'Arkansas segnalavano già alcuni casi di resistenza agli erbicidi nel riso infestante. Tali piante resistenti erano probabilmente incroci con riso resistente agli erbicidi.

"La situazione è in qualche modo analoga alla salute umana e all'emergere di agenti patogeni batterici resistenti agli antibiotici. L'uso diffuso di antibiotici finisce per selezionare fortemente la rapida evoluzione dei ceppi resistenti ai farmaci", ha affermato Olsen. "Con il riso infestante, le erbacce resistenti agli erbicidi sono state rilevate solo un paio d'anni dopo la prima commercializzazione del riso resistente agli erbicidi."

Come è successo? Affinché si verifichi il flusso genico da un raccolto a un parente erbaceo, i due devono crescere in una vicinanza fisica sufficientemente vicina per il trasferimento del polline.

"Le piante di riso infestanti resistenti agli erbicidi sono il prodotto dell'incrocio con colture tolleranti agli erbicidi", ha affermato Nilda Roma Burgos, professoressa di fisiologia delle infestanti presso l'Università dell'Arkansas e coautrice dello studio. "L'outcrossing si verifica quando il riso infestante non è controllato al 100% dall'erbicida e le restanti piante di riso fioriscono contemporaneamente al raccolto di riso tollerante agli erbicidi."

Riso e riso alle erbe crescono certamente negli stessi campi. Tuttavia, è stata la fastidiosa abitudine del riso ibrido di produrre volontari, ovvero sviluppare e far cadere con successo semi che svernano e poi emergono come nuove piante negli anni successivi, che ha aperto le porte al riso erbaceo.

I volontari del raccolto sono cresciuti esibendo tratti variabili, comprese modifiche ai tempi di fioritura che hanno reso molto più probabile che avrebbero scambiato il polline con il riso infestante.

"Come parente delle erbacce disaddomesticate, il riso delle erbacce è sempre stato in grado di incrociarsi con il riso coltivato. Sulla base dei nostri risultati, questa capacità di incrociarsi è ciò che ha portato alla maggior parte della resistenza agli erbicidi che vediamo oggi", ha detto Wedger.

Un anno particolarmente impegnativo per i coltivatori

I risultati di questo nuovo studio sono stati riportati durante un anno particolarmente difficile per i coltivatori di riso dell'Arkansas. I problemi con la catena di approvvigionamento globale, così come l'aumento dei costi dei principali fattori produttivi come i fertilizzanti, hanno reso la coltivazione del riso più difficile e costosa.

Allo stesso tempo, il cambiamento climatico globale sta avendo effetti locali sui tempi in cui è possibile piantare il riso. Quest'anno, gli agricoltori hanno dovuto stipare la semina che di solito avviene per un periodo di quattro settimane in una finestra molto abbreviata. Anche quest'anno le temperature notturne nel nord-est dell'Arkansas sono state ostinatamente elevate durante i mesi di luglio e agosto, con possibili effetti negativi sui raccolti di riso. Solo il tempo dirà cosa porterà la vendemmia 2022, che inizierà questo mese.

Una cosa è certa, tuttavia:il rapido adattamento del riso infestante all'applicazione di erbicidi costituisce un altro esempio dei pericoli derivanti dal fare affidamento su metodi unici di controllo dei parassiti agricoli, affermano gli autori dello studio.

"La velocità con cui una popolazione di riso resistente alle erbacce si accumula al punto in cui l'erbicida non è più utile dipende da come il produttore gestisce la tecnologia del riso tollerante agli erbicidi", ha affermato Roma Burgos. "Esistono linee guida sulle migliori pratiche di gestione che aiutano i coltivatori a evitare l'evoluzione della resistenza per lungo tempo, se implementate."

"Proprio come nel caso della resistenza agli antibiotici, l'aumento della resistenza a questo particolare erbicida sarà affrontato con una nuova tecnologia che si basa su un nuovo erbicida", ha affermato Wedger. "Nuove cultivar resistenti agli erbicidi sono già in fase di sviluppo, quindi mi aspetto che questo processo si ripeta". + Esplora ulteriormente

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