Pesticidas y OMG: Glifosato

Es una historia adecuada para una película de terror de Hollywood, sin embargo, es también un principio de la biología evolutiva. Introducir una toxina a un sistema, y ​​que inevitablemente selecciona a los sobrevivientes resistentes. Estos pocos individuos a obtener una ventaja reproductiva y se multiplican, a veces no se puede detener, incluso con los productos químicos más potentes.

Durante años, esta línea argumental general de los titulares en los campos de la resistencia a los antibióticos y la investigación del cáncer. Más recientemente, las plantas se han convertido en un protagonista común. Las malas hierbas de todo el mundo están desarrollando resistencia al glifosato, uno de los herbicidas más comunes en el mercado-y al igual que las bacterias y las células tumorales, muchas plantas también puede resistir varias otras toxinas, cada una con únicas dianas moleculares.

En enero, una infestación de los pelos de punta del arbusto coquia se confirmó en Alberta, Canadá. Originalmente introducido a los climas desérticos como forraje para el ganado, la mala hierba tenaz ahora pueden sobrevivir al glifosato, que apunta a una enzima implicada en la biosíntesis de compuestos aromáticos. También puede soportar los productos químicos que inhiben la enzima ALS, implicado en la producción de aminoácidos. Al menos 2.000 hectáreas están afectadas, y "esperamos más casos se confirmó después de un estudio de campo de este otoño", dijo Hugh Beckie de Agricultura y Agroalimentación de Canadá, el departamento gubernamental que gestiona las políticas agrícolas.

Los Estados Unidos también se están tomando por asalto. Palmer amaranto recientemente desarrollado resistencia a los mismos dos clases de productos químicos en Tennessee. Desde 2009, la hierba alta y larguirucha se ha extendido por 1 millón de acres de tierras de cultivo, causando algunos agricultores a abandonar sus campos. Y en California, una planta llamada trébol peludo recientemente introducido en los viñedos. Ahora es capaz de soportar tanto el glifosato y paraquat, una sustancia química que los fotones secuestros de las proteínas implicadas en la fotosíntesis.

A nivel mundial, 23 especies de malezas han desarrollado resistencia al glifosato, y por lo menos 10 de ellos también han desarrollado resistencia a otros herbicidas, de acuerdo con la Encuesta Internacional de malezas resistentes a herbicidas. Y Bill Freese, del Centro para la Inocuidad de los Alimentos en Washington, DC, considera que estas cifras subestiman el problema. A fin de que una mala hierba que se enumeran como resistentes, debe sobrevivir cuatro veces la concentración utilizada para matar a las plantas susceptibles. "Algunas malezas tolerar niveles más bajos de glifosato, y estos también tienen un gran impacto en el campo", dice.

Las infestaciones de malezas son más una molestia que una monstruosidad, pero van a picar en los bolsillos de los agricultores. En Arkansas, el 61 por ciento de los campos de soya están infestados con resistente al glifosato Palmer amaranto, cuesta a los agricultores $ 71 millones al año en los rendimientos perdidos, y el 80 por ciento del algodón del estado también está infestada, con pérdidas que ya suman $ 10,9 millones.

Selección de súper-malezas

No es raro que las bacterias se multipliquen cada 20 minutos, pero las plantas tienen un ciclo de vida mucho más larga y por lo tanto un ritmo más lento de la evolución. Esto hace que la resistencia a herbicidas aparentemente improbable.


Kochia scoparia
Wikimedia Commons, Jabalí

La probabilidad de que una sola mutación se confieren resistencia a los herbicidas es de 1 en 100.000, haciendo que la probabilidad de un doble mutante resistente a menos de 1 en 10 millones de dólares. A principios patrocinado por la industria de investigación sugirió resistencia al glifosato fue particularmente difícil debido a mutaciones importantes en el objetivo del herbicida, la enzima EPSPS, la haría disfuncional, matando a la planta antes de que pudiera reproducirse.

"Las afirmaciones hechas fueron naïve, y las malas hierbas resistentes se han desarrollado de hecho", dice David Mortensen, un especialista en malezas de la Pennsylvania State University. "Cuando una sustancia química se aplica a una amplia zona a casi toda la soja y el algodón, y un gran porcentaje de maíz y la presión de selección es muy intenso."

De hecho, el uso de glifosato ha aumentado de manera espectacular, de los 4 millones de libras o menos, que se aplicaron al maíz en 2000 a 65 millones de libras el año pasado, con el uso de campos de algodón y soya también la escalada. Gran parte de este aumento puede atribuirse a la incorporación de cultivos genéticamente modificados que no son afectados por el glifosato, que se vende por la sede en St. Louis Monsanto bajo el nombre de Roundup marca. Para ayudar a los agricultores glifosato rociado directamente sobre los campos sin dañar los cultivos, Monsanto lanzó la soja Roundup Ready y canola en 1996. El algodón y el maíz genéticamente pronto siguieron, y en 2001, los cultivos transgénicos se extendió a millones de hectáreas. Esto es cuando las malezas resistentes hicieron su debut.

"El glifosato ha estado presente desde la década de 1970, pero las malas hierbas resistentes no se convirtió en un problema serio hasta que el herbicida se suministra con los cultivos genéticamente modificados", dice Mortensen.

Pero de acuerdo con Rick Cole, quien ve en el manejo de malezas para Monsanto, el uso excesivo no es el problema y la solución consiste simplemente en aplicar un herbicida en segundo lugar con una diana molecular diferente. "El problema es que el glifosato se utiliza solo, una y otra vez", dice. "El uso de un segundo modo de acción reduce el riesgo de resistencia."

En una serie de recomendaciones publicadas a principios de este mes (mayo 10), la Sociedad de Ciencia de las Malezas de América propuso que, además de reducir al mínimo el uso de herbicidas, los agricultores también diversificar los productos químicos que se aplican a sus plantas a fin de mantener los herbicidas eficaces a largo plazo.

Sin embargo, la combinación de productos químicos no siempre funciona según lo previsto, dice Patrick Tranel, un especialista en malezas de la Universidad de Illinois. Mientras que doblar los productos químicos, es poco probable que algo va a sobrevivir, dice, sino que también "aumenta potencialmente la posibilidad de selección de un mecanismo general que confiere resistencia a ambos herbicidas."

Maestros de la supervivencia

Las malezas no pueden crecer las alas o huir, por lo que con el fin de sobrevivir en medios ambientes hostiles, que han desarrollado diversas respuestas, la adaptación generalizada. Recientemente, la Universidad de Washington, profesor de André d'Avignon se topó con un ejemplo sorprendente. Utilizando imágenes de resonancia magnética nuclear, él y su equipo de remontar el glifosato a través de la cola de caballo, una planta nativa que se infiltra en la fila cultivos con semillas arrastradas por el viento. En malezas susceptibles, la química terminó en el citosol, pero en las plantas resistentes, el 85 por ciento estaba destinado en la vacuola dentro de las 24 horas. Este mecanismo también ha sido demostrada en ryegrass resistente a glifosato y ray-grass italiano rígido.


Conyza bonariensis (cola de caballo) cabezas de semillas y flores
Wikimedia Commons, RICKJPELLEG

"Este es un proceso más general que la alteración de una enzima, y ​​eso significa una sola planta probable que pueda adaptarse a los dos productos químicos a la vez", dice Mortensen.

En las bacterias, la resistencia a múltiples drogas a menudo se remontan a la clase grande y diverso de la ATP-binding cassette (ABC) los transportistas, que llevan una gran variedad de sustancias químicas en la célula y los orgánulos. Esta misma clase de proteínas puede ayudar a las plantas resistentes a secuestrar el glifosato. En efecto, de Aviñón ha encontrado evidencia de que la cola de caballo puede sobre-expresan un transportador vacuola localizada, y mientras que la proteína aún no se ha aislado, resultados no publicados sugieren que se necesitan productos químicos de ATP y otros tráficos típicos de los transportadores ABC. "Si hay un transportador ABC implicado, que podría transportar a más de un herbicida a la vacuola", dice d'Avignon, cuya labor es patrocinada por la empresa Monsanto.

Otra estrategia utilizada por las plantas y las bacterias, por igual, es para sobreexpresar enzimas específicas, por lo que algunos todavía pueden funcionar correctamente, incluso mientras que otros son destruidos por el químico. Resistente al glifosato rudis, Palmer amaranto, coquia, y ray-grass italiano, por ejemplo, todos los sobreexpresan el gen EPSPS de que los objetivos de los herbicidas. Sin embargo, en lugar de simplemente upregulating expresión de los genes, las plantas resistentes al glifosato hacer copias múltiples del gen EPSPS. "Esto es muy difícil de hacer-que es mucho menos probable que una mutación puntual", dice Tranel.

El aumento de la resistencia

Si la situación no fuera suficientemente malo ya, que parece ser una bola de nieve. Las malas hierbas en nueve países diferentes se han desarrollado de manera independiente la resistencia a múltiples modos de acción. Algunos sobrevivientes persistentes pueden ahora sobrevivir la mayoría de los productos químicos utilizados por los agricultores, y las infestaciones se extiende.

El año pasado, por ejemplo, los agricultores de Iowa, informó la infestación de rudis en su campos de maíz y de soja. La maleza ha invadido 500 hectáreas, y continúa para sobrevivir tratamientos de glifosato y seis productos químicos adicionales. El caso es un raro ejemplo de una resistencia de las malezas en desarrollo a tres clases de productos químicos, cada uno con una diana molecular única. Aún más impresionante, un biotipo de ryegrass rígido cada vez más en Victoria, Australia, es ahora resistente a cuatro clases de sustancias. Sólo alrededor de 10 hectáreas se ven afectadas hasta ahora, pero las malas hierbas se prevé se extienda.

A pesar de las dificultades que parecen pequeñas de una resistencia de la planta en evolución a múltiples herbicidas, el dramático aumento de malezas resistentes al glifosato, que ahora infestan más de 17 millones de acres en todo el país, ha hecho que esta posibilidad de manera exponencial más probable. "No necesitamos una sola planta que someterse a dos improbables adaptaciones-sólo tenemos un evento que ocurra en un biotipo que ya cuenta con resistencia al glifosato", dice Mortensen.

La próxima ola de semillas genéticamente modificadas será el experimento final, dice Freese. Monsanto está desarrollando cultivos que pueden ser al mismo tiempo fumigados con glifosato y el dicamba herbicida. Dow AgroSciences tiene previsto comercializar semillas de maíz genéticamente modificadas resistentes tanto a glifosato y el herbicida 2,4-D, el Departamento de Agricultura de EE.UU. está revisando la tecnología de este verano. "Así como hemos tenido un aumento de glifosato [uso de] a partir de cultivos Roundup Ready fueron puestos en libertad, pronto podremos ver un gran aumento de 2,4-D", dice Freese. "En nuestra opinión, esto también dará lugar a las malezas con resistencia múltiple a 2,4-D y glifosato. "

Corrección (24 de mayo): Las probabilidades de desarrollar una planta de doble resistencia a los productos químicos mencionados en esta historia son más parecidos a 1 en 10 millones de dólares. La versión original indica "menos de 1 en un trillón", que refleja un número menos conservador. El científico lamenta el error.

Corrección (31 de mayo): Sesenta y uno por ciento de los campos de soja en Arkansas no, Alabama, están infestados con resistente al glifosato Palmer amaranto. El científico lamenta el error.

Fonte: http://the-scientist.com/2012/05/20/revenge-of-the-weeds/?goback=%2Egde_68088_member_126931506