Rabanete selvagem correndo selvagem

rabanete selvagem (Raphanus raphanistrum) é uma erva daninha dicotiledônea proeminente em cenários agrícolas e de beira de estrada em todo o mundo. Uma das razões de seu sucesso é a alta variabilidade genética entre populações e indivíduos, permitindo que ela se adapte às condições e estresses locais. Nos sistemas de cultivo australianos, que são amplamente baseados na perturbação mínima dos solos frágeis, uma grande pressão de seleção imposta às ervas daninhas é o uso intensivo de herbicidas. Consequentemente, o rabanete selvagem desenvolveu resistência a quase todos os modos de ação herbicida mais comumente usados.Owen et al. 2015).

Os herbicidas sintéticos auxínicos, como 2,4-D e dicamba, pertencem a um antigo modo de ação que imita os efeitos promotores de crescimento do hormônio vegetal auxina, mas em um nível descontrolado e amplificado. A resistência às auxinas sintéticas está aumentando no rabanete selvagem, à medida que os agricultores recorrem ao 2,4-D para matar populações resistentes a herbicidas mais novos, mas usados ​​em excesso. Nossa incursão inicial para descobrir como as plantas sobrevivem a esse herbicida revelou um mecanismo aparentemente claro: nas duas populações estudadas, as plantas impediram que o 2,4-D saísse de suas folhas e entrasse em seus pontos vulneráveis ​​de crescimento (Goggin et al. 2016). Também houve uma possível diferença em como as plantas resistentes responderam à auxina, mas isso parecia menos importante. Decidimos expandir nossa investigação para outras 10 populações de rabanete selvagem, para ver se todos seguiram o mesmo caminho para a resistência. Este foi o nosso primeiro erro…

Mudas de rabanete selvagem crescendo ao ar livre no final do outono
Mudas de rabanete silvestre crescendo ao ar livre no final do outono, como parte de um experimento dose-resposta usando os herbicidas sintéticos de auxina 2,4-D e dicamba.

Como estudar a resistência a auxina enquanto mantém a sanidade

Uma cacatua preta de cauda vermelha
Uma cacatua-de-cauda-vermelha se alimentando de frutos de eucalipto em uma árvore de marri (Corymbia calophylla) do lado de fora da janela do laboratório.

Observamos a diversidade dos mecanismos de resistência ao 2,4-D em um total de 13 populações de rabanete selvagem, medindo a resistência, o movimento, o destino e a resposta do 2,4-D em cada um. Também comparamos a expressão gênica global em uma população resistente versus uma suscetível para tentar descobrir como as duas populações diferiam em sua resposta de auxina de curto prazo e qual transportador pode ser responsável pelo movimento reduzido de 2,4-D. Ao todo, isso envolveu um estudo de dose-resposta ao ar livre com 2,4-D e dicamba; medição do alongamento radicular na presença de diferentes auxinas; rastreando o movimento e o destino metabólico do 2,4-D radioativo em plantas jovens; medir a ativação de uma parte da resposta de defesa da planta (conhecida como via MAPK) na presença e ausência de 2,4-D; e um experimento de sequenciamento de RNA de 24 amostras (RNA-seq) seguido de medição direcionada de certos genes excitantes. Felizmente, os eucaliptos do lado de fora da janela do laboratório são ocasionalmente visitados por cacatuas negras, que fornecem uma distração bem-vinda para os pesquisadores saturados de auxina. (Os cockies também gostam muito de sementes de rabanete selvagem, então talvez devêssemos colaborar com eles em métodos não químicos de controle de ervas daninhas.)

Tantas populações, tão pouco acordo

As populações suscetíveis e resistentes usadas no estudo da expressão gênica mostraram respostas muito diferentes ao 2,4-D. A população resistente expressa genes envolvidos na defesa da planta, e um gene que diminui a resposta de auxina (Goggin et al. 2018). Havia até um possível candidato para o transportador 2,4-D. No entanto, foi aí que a clareza terminou. Não houve, infelizmente, nenhuma relação entre o nível de resistência e a extensão do movimento 2,4-D, nenhuma consistência de resposta a diferentes auxinas e nenhum padrão nos níveis de expressão de dois dos genes mais promissores identificados na população original (uma auxina -repressor e um gene de defesa chave na via MAPK). Na verdade, as várias populações de rabanete selvagem pareciam concordar em apenas duas coisas: não houve desintoxicação metabólica aprimorada do herbicida e um nível basal mais alto de ativação da proteína MAPK é muito útil quando se trata de resistir ao 2,4-D.

Variação no movimento de 2,4-D em plantas de diferentes populações resistentes a 2,4-D
Variação no movimento do 2,4-D em plantas de diferentes populações resistentes ao 2,4-D. As partes visíveis da planta são aquelas que contêm 2,4-D marcado radioativamente. A planta resistente na extrema direita mostra um padrão idêntico de movimento 2,4-D para as plantas suscetíveis.

Os pesquisadores de rabanete selvagem podem ser tão persistentes quanto as populações de rabanete selvagem?

Até agora, não há sinal de uma bala mágica para superar a resistência ao 2,4-D no rabanete selvagem, porque ainda há muito que não entendemos. Embora desejássemos que este estudo apresentasse uma explicação inequívoca (e altamente publicável) para a resistência ao 2,4-D no rabanete selvagem, idealmente “a resistência ao 2,4-D no rabanete selvagem é causada pela perda da função do efluxo de auxina transportador X”, as próprias usinas não estavam dispostas a cooperar. Na verdade, nossa descoberta mais flagrante foi que há muita variação entre as populações de ervas daninhas, especialmente em espécies de polinização cruzada como rabanete selvagem, para concluir qualquer coisa sobre qualquer coisa. No entanto, vale a pena aprofundar a questão da defesa vegetal aprimorada. Nosso estudo de proteômica pronto para impressão forneceu alguns resultados promissores, que abrem novos caminhos de estudo. Em primeiro lugar, temos que esperar que as proteínas das 11 populações não incluídas no estudo proteômico mostrem uma consistência que seus genes não tiveram… ​​e que as cacatuas pretas voltem a visitá-las em breve.

Um diagrama altamente especulativo
Um diagrama altamente especulativo de como os produtos dos genes regulados positivamente em uma população de rabanete selvagem resistente a 2,4-D podem interagir para conferir resistência.