TEMA 7. RESISTÊNCIA AOS HERBICIDAS CAUSADA POR MECANISMOS

RELACIONADOS AO LOCAL DE AÇÃO DE HERBICIDAS

Introdução

Alterações no sítio de ação

Superexpressão enzimática

Considerações Finais

Introdução

Nos sistemas agrícolas, a presença de plantas daninhas é um dos fatores mais

limitantes à produtividade das culturas. Devido à ação rápida e seletiva, somada aos

custos e praticidade, a aplicação de herbicidas se tornou o método de controle de plantas

daninhas mais utilizado no mundo. O uso indiscriminado desses, porém, proporcionou a

seleção de diferentes espécies de plantas daninhas resistentes. A resistência de plantas

daninhas é definida como a capacidade adquirida e herdável de uma população em

sobreviver e se reproduzir após a exposição à determinada dose de um herbicida que é

letal para uma população suscetível. Essa definição é antrópica e trata-se de um

processo evolucionário onde uma população deixa de ser suscetível para se tornar

resistente.

Atualmente existem 480 casos únicos de resistência no mundo, sendo 46 deles

no Brasil. Com relação aos mecanismos de ação de herbicidas, dos 26, já existem

plantas resistentes à 23 mecanismos. Essa situação é preocupante ao passo que novos

mecanismos de ação de herbicidas não são sendo lançados a mais de vinte anos e vem-

se cada vez mais perdendo ferramentas no controle dessas plantas. Conhecer os

mecanismos de resistência presentes em uma espécie, fornece subsídios para que a

melhor estratégia de manejo seja tomada.

Os mecanismos de resistência presentes em plantas daninhas podem ser

divididos entre aqueles que se relacionam ao local de ação do herbicida (mecanismos

RELA) e aqueles não relacionados com esse local de ação (N-RELA). Mecanismos

associados ao local de ação, podem ser divididos entre alterações da enzima alvo,

causada por mutações ou depleções de aminoácidos ou pela superexpressão da enzima,

causada pela amplificação do gene ou de promotores. Esses mecanismos estão

comumente presentes em plantas conferindo resistência à herbicidas inibidores da

ACCase, inibidores da ALS, inibidores do Fotossistema II, inibidores da síntese de

Tubulina, inibidores da PPO e inibidores da EPSPS. Ao contrário do que se imaginava

antigamente, não são todos os casos que apresentam uma simples dominância de alelos

para explicar os mecanismos RELA.

Ressalta-se que uma espécie, pode apresentar resistência, devido ao acúmulo de

mecanismos de resistência, sejam eles RELA ou N-RELA. Quando uma população

apresenta resistência à mais de um herbicida com o mesmo mecanismo de ação, temos a

resistência cruzada. Quando resistente a mais de um mecanismo de ação, essa

resistência é denominada de resistência múltipla.

Alterações no sítio de ação

A resistência causada por alterações no sítio de ação dos herbicidas é na maioria

das vezes ocasionada por mudanças na estrutura 3D da proteína alvo do herbicida,

alterando a estabilidade de ligação do herbicida. Essas alterações em geral são

ocasionadas por substituições de aminoácidos em posições específicas e pontuais na

sequência gênica da enzima. Hoje, existem casos da presença de duplas mutações e de

deleções de aminoácidos. Como regra, diversas mudanças podem conferir resistência

aos herbicidas que uma vez não ligado a enzima, deixa de apresentar seu efeito de

controle da planta. A magnitude de redução da afinidade do herbicida com seu sítio de

ligação depende da mudança estrutural na proteína alvo e da molécula do herbicida. O

nível da resistência irá depender especificadamente de cada alteração, de cada espécie,

do número de alelos e das doses dos herbicidas utilizados (Moss, 2017).

Resistência aos herbicidas inibidores do FSII

Herbicidas inibidores do FSII competem com a plastoquinona (PQ) pelo sítio de

ligação na proteína D1, do fotossistema II, na etapa fotoquímica da fotossíntese. A

interrupção do FSII leva a não produção de NADPH e ATP pela quebra do transporte de

elétrons, reduzindo o ciclo de redução do carbono, levando a planta a deficiência de

carboidratos e ao estresse oxidativo.

Diversas espécies estão relatadas como resistentes a esses herbicidas por

mecanismos RELA devido principalmente a extensa utilização desses. A resistência a

esses herbicidas está presente em mais de 30 espécies. Em todos esses casos, com

algumas exceções, a resistência às triazinas está presente devido uma única mutação

pontual no gene psbA, que traduz a proteína D1, causando uma troca de uma serina, na

posição 264 do gene, por uma glicina (Ser-264-Gli). Essa mutação, permite a ligação da

plastoquinona, porém impede a ligação do herbicida na proteína D1, devido a uma

remoção de uma ponte de hidrogênio, fundamental para ligação do herbicida. Por outro

lado, essa mutação também compromete a ligação da plastoquinona, alterando a

fotossíntese das plantas resistentes

Essa mutação altera a afinidade com a atrazina, porém mantem normal a

atividade de outros herbicidas atuantes no FSII. Outras mutações são responsáveis por

causarem resistência a outros grupos de herbicidas com o mesmo mecanismo de ação,

como a Serina-264-Treonina, que confere resistência a triazina e a uréias (linuron) ou

Leu-218-Val que confere resistência às triazinonas (metribuzin). Sendo assim, conhecer

especificamente as mutações presentes em cada espécie, é essencial para a

recomendação do herbicida a ser utilizado (Powles; Yu, 2010).

Resistência aos herbicidas inibidores da ALS

A acetolactato sintase (ALS) é a primeira enzima na via bioquímica da produção

dos aminoácidos valina, leucina e isoleucina. A ALS é a enzima alvo de vários grupos

de herbicidas, entre os quais as sulfoniluréias e imidazolinonas. Esses herbicidas atuam

inibindo a ALS e interrompendo a produção dos aminoácidos. O uso desses compostos,

elevou-se de maneira significativa devido a fatores como; eficácia de baixas doses,

baixa toxicidade a mamíferos e seletividade a culturas. Esse uso, porém, permitiu a

seleção de plantas daninhas resistentes e hoje a maioria dos casos de resistência em

plantas daninhas, ocorre para esse grupo de herbicidas, sendo registrados 159 espécies

resistentes aos inibidores da ALS.

Desde 1994, diversas mutações na enzima ALS foram relatadas por conferir

resistência nessas plantas aos herbicidas. Hoje são relatadas 25 mutações em 8 possíveis

posições do gene ALS que podem promover essa resistência. As mutações mais

observadas, presentes em mais de 20 espécies, estão relacionadas com mutações na

posição 197 e 574 do gene ALS, onde ocorre uma substituição de um prolina por uma

serina (Pro-197-Ser), e um triptofano por uma leucina (Tri-574-Leu), respectivamente.

Ainda, uma mesma espécie, pode apresentar diferentes mutações na ALS. Plantas de

Amaranthus palmeri que podem apresentar mutações na posição 574 ou 653 e plantas

de Kochia scoparia mutações nas posições 197, 376 ou 574

Assim como na resistência aos inibidores do FSII, mutações específicas

conferem resistências específicas. Por exemplo modificações Pro-197-Ser confere

resistência ao grupo das sulfoniluréias e a modificação Tri-574-Leu, resistência as

sulfoniluréias e as imidazolinonas. Modificações do tipo Ala-122-Ter conferem

resistência ao grupo das imidazolinonas, enquanto Asp-376-Glu confere resistência a

todos os grupos químicos inibidores da ALS. Ainda, existem variações entre os grupos

químicos, como plantas de Cyperus variando de resistência dentro dos herbicidas das

sulfoniluréias.

Em geral, essas mutações não causam efeitos deletérios no desenvolvimento das

plantas resistentes. Ainda a herança da resistência aos inibidores da ALS é semi-

dominante, prevalecendo resistentes biótipos heterozigóticos. Esses fatores, somados

aos elevados pontos passíveis de alterações da enzima, explicam as elevadas frequências

de plantas resistentes em uma população suscetível antes da seleção promovida pela

aplicação dos herbicidas. Novamente, conhecer qual o mecanismo, e mais

especificamente qual a mutação presente, é essencial para recomendar ou deixar de

recomendar herbicidas.

Resistência aos inibidores da ACCase

A Acetil-CoA carboxilase (ACCase), é uma enzima chave na biossíntese de

lipídeos que catalisa a formação de malonil-CoA pela carboxilação da acetil-CoA.

Existem dois tipos de ACCase em plantas, uma forma heteromérica e uma forma

homomérica. Em gramíneas, a ACCase localizada em plastídios é homemérica e é alvo

de três importantes classes de herbicidas onde o herbicida compete com o substrato

acetil-CoA pela ligação na enzima, sendo eles os grupos dos ariloxifenoxipropionatos

(fops), ciclohexanodionas (dim) e fenilpirazolinas (den). Os herbicidas inibidores da

ACCase bloqueiam a síntese de ácidos graxos, impossibilitando a formação de lipídeos

e metabólitos secundários nas plantas. Na maioria das folhas largas, a enzima ACCase

nos plastídios está presente na sua forma heteromérica, tornando essas plantas tolerantes

a esses herbicidas.

A utilização frequente então desses herbicidas em culturas dicotiledôneas

baseada a seletividade ao longo dos anos, selecionou diversas espécies gramíneas

resistentes. A primeira identificação de mutações na ACCase relatou uma alteração de

uma leucina na posição 1781 do gene por uma isoleucina (Leu-1781-Iso), que é a mais

encontrada até hoje. Outras posições também se alteradas, geram plantas resistentes,

como por exemplo as modificações nas posições 2027, 2041, etc.

Com estudos recentes, demonstrou-se que o nível de resistência, bem como aos

herbicidas em que a planta é resistente, dependem dessas mutações e do número de

alelos presentes na planta (homozigose ou heterozigose). Dessa forma, uma mesma

mutação pode resultar em biótipos contrastantes quanto a sensibilidade à herbicidas em

espécies diferentes, como a mutação Isoleucina-2041-Asparagina, que confere

resistência a cicloxydim em Phalaris paradoxa mas não em Alopecurus myosuroides.

Resistência aos inibidores da EPSPS

A 5-enolpiruvilchiquimato-3-fosfato sintase (EPSPS) é uma enzima presente na

via do ácido chiquímico, responsável pela reação de fosfoenolpiruvato (PEP) e

chiquimato-3-fosfato em 5-enolpiruvilchiquimato-3-fosfato, que será utilizado na

produção dos aminoácidos aromáticos triptofano, tirosina e fenilalanina. O sítio ativo da

enzima EPSPS é altamente conservado. O efeito do herbicida glyphosate nessa enzima,

se dá pela ligação do herbicida no sítio de ligação do PEP. O herbicida glyphosate, de

longe é o herbicida mais utilizado no mundo. Sua utilização tornou-se extensiva após a

aprovação de culturas transgênicas tolerantes, somado ao fato de que é um herbicida de

amplo espetro de controle, controla espécies perenes, é barato e tem baixo impacto

ambiental.

A resistência ao glyphosate causada por mecanismos RELA, foi primeiramente

identificada em biótipos de Eleusine indica, em uma substituição pontual na posição

106 do gene, substituindo um prolina por uma serina. Posteriormente também foram

encontradas substituições dessa prolina por treonina, leucina e alanina. Porém em todos

esses casos, sozinhas, essas mutações não conferem elevados níveis de resistência às

plantas que as possuem. Existem casos, onde a aplicação do herbicida glyphosate em

plantas com a presença de mutação na Prolina 106, geram sintomas de fitotoxicidade e

podem inclusive levar as plantas à morte.

Porém, recentemente, detectou-se uma presença de dupla mutação na enzima

EPSPS em plantas de Eleusine indica. Esse é uma situação atípica, onde na posição 102

do gene, ocorre uma mudança do aminoácido treonina pra isoleucina, e na posição 106,

de uma prolina para uma serina. A planta com essa dupla mutação (TIPS), apresenta

uma elevada resistência ao herbicida glyphosate, onde em laboratório essa resistência

chegou a ser 2.647 vezes maior do que para planta suscetível e 600 vezes mais resistente

que as plantas com apenas uma mutação. Por outro lado, a presença dessa dupla

mutação penaliza o crescimento das plantas, reduzindo seu desenvolvimento frente as

plantas selvagens e com mutações pontuais na P106. Segundo autores, a presença dessa

segunda mutação é originada de plantas com a presença de uma mutação na P106. A

origem direta, de uma mutação na posição 102, resultaria em um impacto elevado no

desenvolvimento de plantas, impedindo a sobrevivência dessas (Yu et al., 2015). Hoje,

essa dupla mutação vem tentando ser inserida junto à superexpressão da EPSPS em

novos cultivos transgênicos, porém em fase inicial de desenvolvimento.

Resistência aos inibidores da síntese de Tubulina.

Os herbicidas que atuam na síntese de Tubulina, possuem seu efeito decorrente

da ligação desses com dímeros de Tubulina, impedindo o crescimento de microtúbulos,

polímeros que estão envolvidos em processos essenciais como mitose, transporte

vesicular e outros. Nos casos envolvendo mecanismos RELA, foram encontradas

mutações genéticas na sequência do gene alfa-tubulina, na posição 239, substituindo

uma treonina por uma isoleucina. Nesse caso, o herbicida não consegue se ligar à

Tubulina. Além dessas, outras mutações pontuais podem conferir resistência de plantas

à esses herbicidas. O interessante nesses casos é que a herança dessa resistência é

recessiva e contralada por um simples gene nuclear, assim, apenas indivíduos

homozigóticos sobrevivem na dose normal do herbicida. Essa característica da

resistência, diminui a importância e o número de casos relatados até hoje.

Resistência aos inibidores da PROTOX

A enzima protoporfirogenio oxidase (PROTOX) é uma enzima chave na

biossíntese do grupo heme e da clorofila. Ela catalisa a reação de oxidação do

protoporfirogenio-IX em protoporfirina-IX. Nas plantas existem duas isoformas da

PPO, uma no cloroplasto e uma na mitocôndria. Na presença dos herbicidas, como por

exemplo, carfentrazone-ethyl, sulfentrazone, fomesafen, lactofen e saflufenacil, tem-se

a inibição competitiva da PROTOX que irá acumular protoporfirina no cloroplasto,

gerando espécies reativas de oxigênio e morte da planta na presença de luz.

A resistência de plantas daninhas a esses herbicidas ocorre raramente, para

poucas espécies (11), porém as razões dessa resistência, são completamente diferentes

das citadas acima. Nesse caso, a resistência causada por mecanismos RELA, ocorre por

deleções de aminoácidos, perdendo o gene PPX2L (responsável pela síntese de

PROTOX), três pares de base (1 códon), deletando o aminoácido glicina na posição 210

do gene. Essa deleção já foi relatada para Amaranthus palmeri e Amaranthus

tuberculatus. Recentemente, outras mutações na posição 98 do gene PP2X2L foram

encontradas, como previamente também descrita para Ambrosia artmisiifolia. Segundo

autores, as modificações presentes, aumentam o volume do sítio ativo da PPO,

readaptando estruturalmente o domínio de ligação do substrato. Essas, conferem

elevados níveis de resistência as plantas, porém, nenhum efeito na ligação da enzima

com seu substrato. Ressalta-se que essa depleção é muito mais rara do que uma

substituição simples de aminoácidos (~10-18 x ~10-9), demonstrando que existe forte

pressão de seleção em alguns casos para esses herbicidas (Giacomini et al., 2017).

Superexpressão enzimática

Um outro mecanismo RELA de resistência de plantas daninhas é a

superexpressão enzimática. Nesse caso, existem relatos de resistência apenas para

herbicidas inibidores da EPSPS. Nessas plantas, o herbicida atinge seu sítio de ação, e

se acopla à enzima EPSPS. Porém o nível de enzimas é muito maior do que o nível de

herbicida presente na célula, sendo que sobram enzimas não inibidas, que continuam o

normal desenvolvimento da planta.

Essa superexpressão foi primeiro relatada para plantas de Amaranthus palmeri

que apresentaram até 160 vezes mais copias do gene EPSPS nas plantas resistentes do

que nas suscetíveis. Também foram encontradas superexpressões do gene EPSPS em

plantas de Kochia scoparia, sendo que apenas um dos alelos mostrou-se sobrexpresso

além da superexpressão também em plantas de Amaranthus tuberculatus, Amaranthus

spinosus, foram também encontradas superexpressões em gramíneas como em plantas

de Lolium multiflorum e Chloris truncata.

Ainda, o motivo pela superexpressão dessa enzima não está esclarecido. Em

alguns casos, o aumento no número de cópias não eleva os níveis de resistência, como

para A. palmeri, e em outros, sim, como em K. scoparia. Nesse segundo caso,

aplicações de altas doses de glyphosate, irão selecionar plantas mais tolerantes, sendo

esse aumento não recomendado.

A causa dessa superexpressão pode ser mediada por transposons (MITEs,

miniature inverted-repeat transposable elements) ou por recombinação entre diferentes

regiões genômicas resultando na replicação dos genes. Interessantemente, plantas que

apresentam essa superexpressão, não demonstraram até o momento, penalidades em seu

desenvolvimento, resultante desse maior gasto energético na produção de cópias

gênicas.

Considerações Finais

Fica claro que conhecer os mecanismos de resistência, e mais precisamente, a

mutação responsável pela resistência quando existente, é fundamental para se preservar

as ferramentas de controle de plantas daninhas existentes. Diferentes mutações

conferem resistência diferencial à grupos e dentro de grupos químicos de herbicidas,

principalmente para herbicidas inibidores da ACCase e da ALS. Além disso, uma

mesma mutação pode conferir resistência à diferentes herbicidas, dependendo da

espécie que a contenha. Além disso, a dupla mutação na EPSPS e sua superexpressão,

recentes mecanismos de resistência descobertos, podem implicar situações específicas

de manejo, como a não utilização de maiores doses de glyphosate e sim a troca de

mecanismos de ação utilizados.

TEMA 8 – RESISTÊNCIA AOS HERBICIDAS CAUSADA POR MECANISMOS

NÃO RELACIONADOS AO LOCAL DE AÇÃO DE HERBICIDAS – N-RELA

Introdução

Diminuição da Absorção

Variação da Translocação

Aumento da Metabolização (AMe)

Respostas ao Estresse Oxidativo

Considerações Finais

Introdução

Nos sistemas agrícolas, a presença de plantas daninhas é um dos fatores mais

limitantes à produtividade das culturas. Devido à ação rápida e seletiva, somada aos

custos e praticidade, a aplicação de herbicidas se tornou o método de controle de plantas

daninhas mais utilizado no mundo. O uso indiscriminado desses, porém, proporcionou a

seleção de diferentes espécies de plantas daninhas resistentes. A resistência de plantas

daninhas é definida como a capacidade adquirida e herdável de uma população em

sobreviver e se reproduzir após a exposição à determinada dose de um herbicida que é

letal para uma população suscetível. Essa definição é antrópica e trata-se de um

processo evolucionário onde uma população deixa de ser suscetível para se tornar

resistente.

Atualmente existem 480 casos únicos de resistência no mundo, sendo 46 deles

no Brasil. Com relação aos mecanismos de ação de herbicidas, dos 26, já existem

plantas resistentes à 23 mecanismos. Essa situação é preocupante ao passo que novos

mecanismos de ação de herbicidas não são sendo lançados a mais de vinte anos e vem-

se cada vez mais perdendo ferramentas no controle dessas plantas. Conhecer os

mecanismos de resistência presentes em uma espécie, fornece subsídios para que a

melhor estratégia de manejo seja tomada. A partir desse conhecimento, podem ser

gerados novos eventos de culturas tolerantes aos herbicidas, bem como novos

herbicidas, inibidores de enzimas associadas à resistência.

Os mecanismos de resistência presentes em plantas daninhas podem ser

divididos entre aqueles que se relacionam ao local de ação do herbicida (mecanismos

RELA) e aqueles não relacionados com esse local de ação (N-RELA). Mecanismos de

resistência não relacionados com o local de ação, envolvem processos fisiológicos que

neutralizam e/ou direcionam a molécula do herbicida para fora do seu sítio de ação. São

um tipo de resposta das plantas à estresses abióticos, que podem ser constitutivos ou

induzidos. A regulação e os caminhos bioquímicos desses mecanismos ainda estão

pouco elucidados. Com o avanço das técnicas “ômicas”, genes e enzimas relacionados à

essa resistência vem sendo descobertos.

A resistência causada por mecanismos N-RELA, apresenta diversas

complicações no controle de plantas daninhas se comparada a mecanismos RELA. O

aspecto mais negativo de mecanismos de resistência N-RELA é que podem ocorrer

casos de resistência cruzada de maneira imprevisível nas plantas daninhas, já que em

geral esses mecanismos estão relacionados a mais de um gene. Ainda, esses

mecanismos podem não ser específicos para determinado modo de ação, permitindo que

mecanismos selecionados para um herbicida, possa oferecer resistência para outros

herbicidas, com outros modos de ação, incluindo herbicidas ainda nem descobertos.

Hoje a resistência causada por mecanismos N-RELA apresentam elevada significância

na resistência de plantas a herbicidas inibidores da ACCase, EPSPS, ALS e inibidores

do FSII (Petit et al., 2010).

Ressalta-se que uma espécie, pode apresentar resistência, devido ao acúmulo de

mecanismos de resistência, sejam eles RELA ou N-RELA. Quando uma população

apresenta resistência à mais de um herbicida com o mesmo mecanismo de ação, temos a

resistência cruzada. Quando resistente a mais de um mecanismo de ação, essa

resistência é denominada de resistência múltipla.

Diminuição da Absorção

A diminuição de absorção em herbicidas já foi relatada para diferentes classes de

herbicidas e pode ocorrer por diferenças nas propriedades físicas ou químicas dos

componentes foliares, retendo o herbicida na folha, como para o glyphosate em plantas

de Lolium multiflorum e Sorghum halepense. Em plantas de L. multiflorum, o contato da

gota pulverizada com a folha de plantas resistentes apresentou-se diferente do que o

ângulo de contato da gota com folhas de plantas suscetíveis, causando reduzida

interceptação e absorção foliar do herbicida.

Esse mecanismo costuma causar baixos níveis de resistência em plantas

daninhas e em geral são considerados de menor importância. A isso se deve ao fato de

que condições ambientais, como temperatura, disponibilidade hídrica e umidade relativa

do ambiente, interferem nas características foliares de plantas. Com isso, dentro de um

mesmo ciclo da vida da planta, essa pode apresentar diferentes absorções de herbicidas,

dependendo do ambiente. Assim, a absorção de herbicidas é mais uma característica

física e sua relação com características biológicas de resistência menor considerada.

Além disso, mesmo com menores absorções de herbicidas, como por exemplo, 30% do

aplicado, esse herbicida em geral é suficiente para atingir seu sítio de ação e causar a

morte de planta.

Variação da Translocação

Para herbicidas sistêmicos, a translocação do herbicida do ponto aplicado até seu

sítio de ação é essencial para sua eficácia. Para herbicidas de contato, como o paraquat,

que possuem restrita translocação essa movimentação, mesmo que pequena, se torna

ainda mais importante.

Para ambos herbicidas, uma das causas na variação da translocação de herbicidas

é o sequestro desses no vacúolo. A resistência ao paraquat está atribuída ao sequestro

vacuolar para espécies do gênero Conyza, Hordeum e Lolium. Estudos relatam possíveis

transportadores de paraquat como transportadores de aminoácidos catiônicos (CAT),

transportadores de cassetes de ligação ATP (ABC) e transportadores de poliaminas.

Para o glyphosate plantas daninhas do gênero Conyza, Lolium e Sorghum

frequentemente apresentam translocação reduzida em plantas resistentes. Para o

glyphosate, o sequestro do herbicida é governado por um processo de transporte ativo,

independente de luz, porém dependente de oxigênio. Nessas plantas o transporte é

saturável e a aplicação de altas doses, pode ocasionar injúrias mesmos nas plantas

resistentes e regulado por transportadores do tipo ABC e transportadores de fosfato

modificados.

A resistência aos herbicidas causadas por processos de sequestro vacuolar são

temperatura-dependentes. Para o paraquat, temperaturas elevadas podem quebrar a

função do transporte vacuolar nas plantas resistentes, ao passo que, para o glyphosate,

baixas temperaturas tornam as plantas resistentes, mais suscetíveis ao herbicida. A esse

fato, atribui-se que baixas temperaturas podem reduzir a atividade catalítica dos

transportadores de glyphosate (Ghanizadeh; Harrington, 2017). Conhecer esse

mecanismo é de importância no manejo dessas plantas resistentes. Do ponto de vista

prático, essas diferenças podem explicar variabilidades de eficiência de controle em

diferentes lavouras ou em uma mesma lavoura com situações diferentes de aplicações.

Ainda, aplicações em baixas temperaturas, podem permitir um melhor controle dessas

populações (Merroto Jr., 2017).

Além do sequestro vacuolar, outros processos que ocorrem na planta podem

modificar a translocação de herbicidas. Um desses casos é a ineficiência da translocação

de herbicidas no floema de plantas, como relatado para plantas de Raphanus

raphanistrum resistentes ao 2,4-D. Sugere-se que alterações na atividade de

transportadores do tipo ABCD da membrana plasmática ou diminuições da afinidade

desses com os herbicidas, podem ser os responsáveis. Esses transportadores são uma

subclasse de transportadores cassete de ligação ATP, relacionados ao transporte de

auxinas nas plantas. Conhecer esses processos melhor é fundamental devido ao aumento

futuro na pressão de seleção de plantas daninhas resistentes ao 2,4-D.

Por fim, as plantas podem apresentar resistência à herbicidas quanto a

translocação por exsudação radicular. Recentemente, relatou-se a resistência de plantas

de Raphanus raphanistrum ao herbicida MCPA causada por esse mecanismo de ação.

Esse mecanismo não está bem elucidado, porém sabe-se que a exsudação pode ser

influenciada por estresses bióticos ou abiótico (Ghanizadeh; Harrington, 2017).

Aumento da metabolização (AMe)

O metabolismo de herbicidas (AMe) em plantas daninhas é um dos maiores

causadores da resistência por mecanismos N-RELA, que ocorre principalmente entre

gramíneas (Délye, 2013). Na metabolização, enzimas são responsáveis por neutralizar e

reduzir o impacto dos herbicidas. Antigamente, acreditava-se que muitos genes estavam

envolvidos no processo, hoje encontram-se alguns genes em comum. Nesse processo,

estão envolvidas fases de ativação e/ou conjugação causadas pela expressão de genes

ligados às enzimas citocromo P450 monoxigenase, Glutationa-S-Transferase, Dedos de

zinco e nitrato oxigenases.

Na ativação, ocorre a hidrólise ou oxidação dos herbicidas, resultando em

moléculas mais hidrofílicas e menos móveis nas plantas, o que restringe a sua

distribuição nas células e tecidos. Nessa fase, diversos estudos apontam a família P450

citocromo monoxigenases (CP450) como principal responsável. Na fase de conjugação,

pode-se incluir a desativação de moléculas de herbicidas derivadas da fase da ativação

pela conjugação dessas moléculas com compostos tais como a glutationa ou a glicose.

Os compostos resultantes são não-tóxicos ou menos tóxicos do que a molécula original.

Essa fase pode ocorrer ainda diretamente, sem a necessidade da fase de ativação. Nessa

fase estão envolvidas proteínas como a glutationa-S-transferase (GST) e

glicosiltransferases (GTs).

As CP450s são enzimas responsáveis por garantir a seletividade em alguns

casos, de culturas, à herbicidas, como a seletividade do trigo ao herbicida diclofop-

methyl e de gramíneas ao 2,4-D. Nas plantas daninhas, em geral, a enzima CP450

adiciona um átomo de oxigênio aos herbicidas, causando hidroxilação ou desalquilação

de moléculas, as tornando produtos em geral mais reativos ou mais solúveis, usando

elétrons derivados do NADPH. Nas plantas, a quantidade de genes relacionados a

CP450 ultrapassa em número os presentes em animais, e em plantas daninhas, diversos

autores, vem encontrando a maior transcrição dos genes, tais como, CYP81A12 e

CYP81A21 e nitrato monoxigenases em plantas resistentes a herbicidas (Ghanizadeh;

Harrington, 2017).

Plantas resistentes de Lolium rigidum apresentam metabolização de herbicidas

inibidores da ACCase e da ALS. Outras espécies foram relatadas por apresentar esse

mecanismo de resistência, como Alopecurus myosuroides e Echinochloa phyllopogon.

Em folhas largas essa metabolização é menor investigada, porém existem relatos da

resistência de Amaranthus tuberculatus ao herbicida mesotrione causada por

metabolização pela enzima CP450.

Conhecer esses casos de resistência é importante, pois a metabolização de

herbicidas em alguns casos pode ser diminuida/anulada pela aplicação de inibidores da

CP450, como por exemplo dos inseticidas organofosforados, promovendo o controle de

plantas daninhas resistentes. Tem-se por exemplo, a reversão da resistência de plantas

de L. rigidum aos herbicidas chlorsulfuron e trifluralina pela aplicação de forato, um

inseticida organofosforados ou da reversão da resistência do capim-arroz ao imazethayr

pela aplicação de malathion. Além disso, esses genes podem ser utilizados para gerar

culturas resistentes a herbicidas. Ainda, a aplicação de baixas doses de herbicida em

plantas que apresentem essa metabolização pode selecionar ao longo de gerações

plantas com maiores níveis de tolerância (Busi et al., 2017).

Na conjugação, uma das enzimas estudadas é a glutationa-S-transferase (GST),

que catalisa a conjugação da glutationa com herbicidas. Essa enzima está presente na

planta na sua forma reduzida (GSH) e atua como um radical eliminador do estresse

oxidativo e detoxificação de xenobióticos. Em culturas é responsável por detoxificar

herbicidas como a atrazina no milho pela conjugação do herbicida com a glutationa

(GSH), o que também ocorre para plantas daninhas, como para Amaranthus

tuberculatus, Amaranthus Palmeri e Lolium rigidum. Sua atividade pode ser induzida

pela presença de herbicidas ou causada por mutações em sequências gênicas, tornando a

ligação da enzima com o herbicida facilitada. A GST pode também estar envolvida em

processos onde ocorra a metabolização por CP450, como em plantas de Lolium sp,

nesses casos a enzima atua diretamente na via conjugando o herbicida ou de maneira

indireta, reduzindo o estrese oxidativo causado pelo herbicida.

Outras enzimas envolvidas na conjugação de herbicidas são as

glicosiltransferases (GTs) que são um grupo de proteínas envolvidas no metabolismo

secundário de plantas que formam conjugados solúveis, que são compartimentalizados

por proteínas de transporte localizadas nas membranas. Em culturas, alguns safeners

apresentam elevada atividade das enzimas GTs, providenciando controle seletivo de

plantas daninhas. Porém pouco se sabe sobre essas enzimas em plantas daninhas. O que

se tem é indícios da expressão induzida dessas enzimas com a aplicação de alguns

herbicidas, em plantas daninhas resistentes como em plantas de Lolium sp e Alopecurus

myosuroides. Com base nessas identificações, vem sendo desenvolvidos testes, do tipo

ELISA, para identificação desses genótipos resistentes nas lavouras (Edwards et al.,

2017).

Com o avanço das técnicas moleculares, hoje, acredita-se que os dedos de zinco

(domínios proteicos), sejam responsáveis por ativar a transcrição de genes relacionados

à metabolização de herbicidas em plantas de Lolium rigidum. Ainda, neste ano, nessa

mesma espécie, resistente à inibidores da ACCase e ALS, além da identificação de nove

genes diferencialmente expressos em plantas resistentes, encontrou-se uma mutação no

gene CP450 responsável pela resistência múltipla à herbicidas. Essa é uma

comprovação de que mutações são também sim responsáveis pelos mecanismos N-

RELA em plantas (Fernandez-nino et al., 2017).

Respostas ao Estresse Oxidativo

Recentemente descoberto, esse mecanismo está presente apenas em uma espécie

(Ambrosia trifida) e confere resistência à apenas um herbicida (glyphosate). Existem

dois tipos de resposta dessas plantas ao herbicida. Em fenótipos de resposta rápida, as

folhas mais velhas desenvolvem sintomas seis horas após a aplicação. As 24 horas,

todas as folhas apresentam-se secas e mortas, caindo da planta posterior a esse período.

Os tecidos jovens e apicais são menos afetados, permitindo plantas resistentes

sobreviver pelo crescimento contínuo de meristemas apicais e gemas auxiliares. As

plantas passam a apresentar crescimento semelhante ao das plantas não tratadas quatro

semanas após aplicadas.

Em fenótipos resistentes de resposta não rápida, o crescimento de plantas

diminui nas primeiras semanas após a aplicação. As plantas continuam a crescer, porém

de maneira menos intensa do que em comparação com plantas não tratadas e com as

plantas de resposta rápida. Não se sabe ao certo como essas plantas sobrevivem ao

herbicida glyphosate, porém, nenhum mecanismo RELA ou N-RELA já conhecido foi

encontrado nesses indivíduos, apenas a presença induzida de peróxido de hidrogênio

(H2O2) em plantas resistentes logo 15 minutos após a aplicação de glyphosate. Esse

acúmulo parece estar envolvido na sinalização de resposta nos fenótipos resistentes para

que esses percam suas folhas e eliminem a translocação do herbicida para seu sítio de

ação. Conhecer esse mecanismo em espécies é muito importante pois já que as plantas

isolam o herbicida pela queda das folhas, outros herbicidas, aplicados em mistura com o

glyphosate, podem também perder sua eficácia de controle (Moretti et al., 2017).

Considerações Finais

Mecanismos de resistência N-RELA em plantas daninhas envolvem vias

regulatórias e desvendar essas vias é importante para um melhor entendimento da

evolução dessa resistência. Os progressos recentes na ciência nos permitirão conhecer

melhor esses processos. Os casos de resistência são específicos e os conhecimentos de

uma espécie não devem ser transferidos para outras. Em um futuro próximo podemos

ter novos cultivos transgênicos baseados em mecanismos N-RELA. Ainda, existe a

necessidade de se pensar em classificações de herbicidas baseadas em mecanismos de

detoxificação ao invés da classificação por mecanismos de ação como é feita hoje.

REFERÊNCIAS

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Merroto JR. A. Mecanismos de resistência das plantas daninhas aos herbicidas. Boas Práticas Agrícolas, Dow AgroSciences Webinar, 2017. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=Rr3S37n7baQ&feature=youtu.be&utm_campaign=agradecimento_webinar_aldo_merotto&utm_medium=email&utm_source=RD+Station. Acesso em: 21 de julho de 2017.

Moretti, M.L. et al. Glyphosate resistance in Ambrosia trifida: II. Rapid response physiology and non-target site resistance. Pest Management Science, 2017 (no prelo).

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Giacomini, D.A. et al. Two new PPX2 mutations associated with resistance to PPO-

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Powles, S.B.; Yu, Q. Evolution in action: Plants resistant to herbicides. Annual

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