Quando as ervas daninhas agrícolas desenvolvem resistência aos herbicidas, fazem-no de uma de duas maneiras. Na resistência ao local alvo, uma pequena mutação no código genético da planta significa que o produto químico já não cabe na proteína que foi concebido para atacar. Na resistência não-alvo, a planta emprega uma série de enzimas que desintoxicam a substância química antes que esta possa causar danos.
A resistência ao local alvo é fácil para os cientistas. Eles sabem qual é a proteína alvo, o que significa que podem olhar diretamente para o código genético para descobrir a mutação responsável. Mas para a resistência não-alvo, é um jogo de adivinhação. Os investigadores podem por vezes dizer que classe de enzimas desintoxica a substância química, mas não sabem quase nada sobre qual o código genético dessas enzimas. Por outras palavras, a resistência de locais não visados é uma caixa negra.
Um estudo da Universidade de Illinois é o primeiro a abrir essa caixa de uma nova forma, identificando as regiões genéticas responsáveis pela resistência aos herbicidas não-alvos no cânhamo aquático.
"Utilizámos uma abordagem de mapeamento genético com o genoma de referência para o cânhamo aquático, uma espécie que pode causar perdas de rendimento superiores a 70% no milho e é resistente a sete modos de ação herbicida", diz Pat Tranel, professor e chefe associado do Departamento de Ciências Culturais da Universidade de Illinois e co-autor do estudo. "Conseguimos reduzi-lo a duas regiões do genoma, ou cerca de 60 genes".
Ser capaz de identificar os genes de resistência não-alvo poderia permitir ferramentas para a detecção precoce e gestão de herbicidas.
"Queremos eventualmente desenvolver um ensaio que os agricultores possam utilizar para saber se o cânhamo de água no seu campo é resistente a um determinado químico, quer para confirmar porque é que uma aplicação anterior não funcionou, quer antes de pulverizar para ver se vão desperdiçar dinheiro", diz Brent Murphy, investigador de doutoramento e autor principal do estudo. "Estes ensaios genômicos existem para a resistência do local alvo, porque conhecemos a região do genoma onde se encontram essas mutações, mas para a resistência do local não alvo, não tínhamos ideia de onde procurar até agora.
"Agora sabemos que os genes responsáveis estão algures nestas duas pequenas regiões do genoma. Assim, chegámos a um passo intermédio para eventualmente desenvolver um ensaio que os cultivadores possam utilizar para determinar se devem ou não estar a pulverizar uma certa química".
Os investigadores procuraram especificamente genes que permitissem ao cânhamo de água escapar aos herbicidas inibidores de HPPD, tais como a tembotriona, um químico comummente aplicado no milho-semente e outros sistemas de produção.
Para encontrarem as regiões genômicas responsáveis, acasalaram plantas de cânhamo de água que mostraram resistência ou sensibilidade aos inibidores de HPPD. Depois expuseram os netos dessas plantas-mãe aos herbicidas inibidores da HPPD para ver como se saíam. Como o genoma completo do cânhamo de água está agora disponível, puderam procurar semelhanças entre as plantas que sobreviveram à aplicação inibidora de HPPD.
"Basicamente, para as plantas resistentes, que parte do seu genoma têm em comum? E isso leva-o a saber que parte do genoma controla o traço de interesse. Usando esta abordagem, conhecida como mapeamento genético, identificámos duas regiões do genoma que pareciam estar associadas à resistência", diz Tranel.
Murphy foi capaz de determinar que plantas tinham cada uma das duas regiões, e quais tinham ambas. Isto permitiu-lhe classificar a importância das regiões do gene.
"Muitas vezes, sabemos que uma característica é controlada por dois genes. Mas será que isso significa que ambos os genes são igualmente importantes, ou que um gene é 90% responsável, e o outro gene é 10%? Isso faz parte do que estamos a ver na arquitetura genética de um traço: o número de genes, onde estão, e a importância relativa destes diferentes genes", diz Tranel. "Aqui, vimos um belo efeito passo-a-passo. Se tivéssemos uma das regiões, éramos um pouco resistentes. Se tivéssemos a outra, éramos um pouco resistentes. Se tivesse os dois? És bastante resistente. Essencialmente como o pai resistente".
Embora os investigadores ainda não saibam quais dos 60-ish genes são essenciais para a resistência aos inibidores de HPPD - têm em mente estudos de acompanhamento para restringir ainda mais a busca - não sabem nenhum dos genes codifica as enzimas p450. Estas têm sido implicadas em múltiplos estudos como agentes-chave na resistência não-alvo.
"Embora uma enzima p450 ainda possa estar envolvida, o nosso estudo cartográfico indica que a alteração que causa a resistência está num gene que regula o p450, e não no próprio gene p450", explica Tranel.
Os inibidores HPPD são normalmente utilizados em sementes de milho e outros sistemas de produção de milho, mas, curiosamente, não tinham sido utilizados no campo onde os investigadores recolheram o cânhamo de água para o estudo.
"Não havia uma história anterior de utilização no campo desta química. Portanto, foi realmente interessante ver que a nossa população era resistente a ela. Como é que isto se desenvolveu? Na maioria das vezes espera-se que a resistência se desenvolva como resultado de alguma forma de pressão de seleção. Mas aqui, não temos uma óbvia", diz Murphy.
A Tranel pensa que a resistência não-alvo a uma classe de herbicidas pode conferir resistência cruzada a outras classes. A população do estudo era resistente ao 2,4-D, um herbicida de outra classe que poderia ter desencadeado resistência aos inibidores de HPPD.
"Porque é que temos esta planta que é resistente a herbicidas múltiplos? Existem algumas mudanças genômicas em comum para facilitar essa resistência? É realmente importante compreender isto, pois tentamos dar conselhos aos agricultores sobre o que podem fazer para mitigar a resistência não-alvo, porque continua a ser um pouco uma caixa negra", diz Tranel. "Com a resistência ao local alvo, podemos dizer-lhes para usarem herbicidas com diferentes modos de ação. Mas na resistência a sítios não visados, diferentes herbicidas poderiam ser metabolizados, por exemplo, por diferentes p450s que são regulados da mesma forma. É por isso que precisamos de desvendar ainda mais esta questão, para elaborarmos estratégias melhores e mais bem informadas para mitigar a resistência não-alvo".
A Tranel espera que, à medida que mais genomas de ervas daninhas se tornarem disponíveis, o mapeamento genético se torne uma base para a investigação da resistência de locais não visados.
"Finalmente, estamos a obter as ferramentas necessárias para chegarmos realmente ao fundo da resistência metabólica dos herbicidas, que é a maior ameaça à gestão contemporânea das ervas daninhas", diz ele.
O artigo, "Arquitetura genética subjacente à resistência dos inibidores de HPPD numa população de Nebraska Amaranthus tuberculatus", é publicado em Pest Management Science.
