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Resistencia a imidazolinonas en arroz maleza

Un estudio reveló que más del 60% de los biotipos de arroz maleza en el NEA son resistentes a imazapyr por hibridación con cultivares locales, representando un nuevo desafío para los sistemas arroceros argentinos.

El arroz cultivado (Oryza sativa L.) es uno de los cereales más importantes del mundo, pero su productividad se ve amenazada por una maleza muy cercana a él: el arroz maleza, también conocido como "arroz rojo". Esta maleza, que ha evolucionado junto al cultivo, puede no solo causar pérdidas de hasta el 80% en los rendimientos, sino reducir la calidad del grano y, por lo tanto, su valor comercial.

En un estudio reciente*, un grupo de investigadores argentinos junto a colegas internacionales confirmaron que biotipos de arroz maleza (Oryza sativa) del NEA -de la misma especie que el arroz domesticado-, desarrollaron resistencia al activo imazapyr de la familia de herbicidas imidazolinonas (IMI), adquirida por hibridación con el arroz cultivado. Se trata del primer reporte en Argentina de resistencia en esta maleza, aunque ya existían antecedentes en países como Brasil, Colombia, Costa Rica, Grecia, Italia, Malasia, Turquía y Estados Unidos.

Arroz cultivado y arroz maleza: una historia de evolución conjunta

En Argentina, el arroz se cultiva principalmente en el noreste del país (Corrientes, Entre Ríos y Santa Fe), con una producción promedio de más de 1,2 millones de toneladas, de las cuales la mitad se exporta. Los programas de mejoramiento comenzaron hacia 1930, desde entonces, ha existido un intenso intercambio de germoplasma entre Brasil, Uruguay y Argentina. 

Más recientemente, en 2005 se introdujo la primera variedad con resistencia a herbicidas IMI en varios cultivares modernos. Actualmente, variedades de arroz CL (Clearfield®) con resistencia a imidazolinonas se siembran en al menos la mitad de la superficie arrocera del país. Estas variedades obtuvieron la resistencia a través de técnicas de mejoramiento genético tradicional y mutaciones inducidas.

En este escenario, una de las hipótesis que barajaban los investigadores para explicar la resistencia del arroz maleza a IMI, apuntaba al fenómeno conocido como exoferalidad. Esto implica que una especie silvestre adquiere rasgos de un cultivo por cruzamiento, es decir mediante el flujo de genes; combinando así la capacidad competitiva de una maleza con una característica de cultivo tan desafiante como la resistencia a herbicidas.

La confirmación del origen de la resistencia

Para evaluar la resistencia del arroz maleza, el equipo de investigación liderado por Alejandro Presotto, junto a colegas de la Universidad Nacional del Sur (UNS), la Universidad de British Columbia, el INTA (experimentales de Corrientes y Concepción del Uruguay, y el Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular-Castelar), y la Universidad de Massachusetts Amherst, entre 2018 y 2020, evaluó un total de 103 biotipos a lo largo de las provincias de Santa Fe, Corrientes, Chaco y Entre Ríos. 

El ensayo, que consistió en aplicar imazapyr en plántulas, confirmó que el 62% de los biotipos de maleza en el noreste del país eran resistentes al herbicida. De los cuales 64 biotipos fueron resistentes, 13 susceptibles y 26 mostraron segregación, es decir, una mezcla de plantas resistentes y susceptibles. 

Con el objetivo de comprender si esta resistencia era producto del flujo de genes, se genotiparon las muestras de ADN para identificar las tres mutaciones conocidas del gen ALS que confieren resistencia en cultivares. 

Se encontró una correlación perfecta entre la resistencia al herbicida y la presencia de mutaciones en el gen ALS. La mutación más frecuente fue la A122T, presente en el 92.3% de los biotipos resistentes. Tres individuos resistentes portaban la mutación S653D, y dos individuos segregantes eran heterocigotos para la mutación A122T. No se encontró la mutación G654E, ni individuos con más de una mutación. Estos resultados confirman que la resistencia a herbicidas está directamente ligada a estas mutaciones genéticas desarrolladas en programas de mejoramiento para cultivares de arroz resistentes en la región. 

Debido a que el genotipado reveló las mutaciones exactas, no fue necesaria una curva de dosis-respuesta para el estudio, aunque se espera que el factor de resistencia sea equivalente al del propio cultivo, dado que se trata de la misma mutación, en la misma especie. 

Por otra parte, el análisis genético reveló que la mayoría de las malezas resistentes no son de un linaje puro, sino que son híbridos del cruce entre arroz maleza de tipo aus y cultivares de O. sativa tipo indica. Esto significa que, a través de la introgresión adaptativa, la maleza “tomó prestado” un rasgo del cultivo para sobrevivir y prosperar. La evolución de esta resistencia fue notablemente rápida, considerando que las variedades con la mutación A122T se comenzaron a comercializar en Argentina en 2005 y la colección de biotipos se inició en 2017. Esto indica que la presión de selección generó una rápida adquisición del rasgo por parte de la maleza.

Una combinación de rasgos, un problema complejo

El estudio no solo identificó la introgresión del gen de resistencia, sino que fue más allá rastreando otros rasgos de maleza en el genoma de los biotipos híbridos. El análisis de genomas confirmó que, mientras la resistencia a herbicidas (gen ALS) fue introgresada desde los cultivares, otros rasgos clave para la supervivencia fueron heredados del linaje aus.

Estos incluyen el desgrane de la semilla (gen Sh4), que le permite a la maleza dispersar sus semillas fácilmente antes de la cosecha; la dormición de las semillas, asociada al color del pericarpio rojo (genes Rd y Rc), que le permite persistir en el banco de semillas del suelo y germinar en ciclos futuros; la presencia de aristas; y la forma y el tamaño del grano. Adicionalmente, el estudio sugiere que el momento de floración (gen MADS51) también ha contribuido a la adaptación de la maleza, permitiéndole coordinar su ciclo de vida con el del cultivo.

Implicancias para el cultivo

Los resultados de este estudio no solo brindan una explicación genética para la proliferación del arroz maleza, sino que también subrayan la necesidad de repensar las estrategias de manejo. Se postula que la rápida diseminación de estos biotipos se debe al movimiento de semillas no certificadas y a la maquinaria agrícola, lo que complica aún más los esfuerzos de control en los sistemas de producción.

Es claro que la clave del manejo frente a esta resistencia es diversificar las herramientas. Para ello, es fundamental el uso de semillas certificadas y la limpieza rigurosa de la maquinaria (especialmente cosechadoras) al moverse entre lotes para evitar la dispersión de nuevos biotipos. 

Adicionalmente, se recomienda complementar las aplicaciones con prácticas agronómicas como la rotación de cultivos con especies no afines. El manejo de arroz maleza también puede incluir la rotación entre ciclos de cultivos y el uso de cultivos de servicios, como el trébol alejandrino, según estudios preliminares. En cuanto al control químico, es esencial rotar los modos de acción de los herbicidas.

Otro punto clave es el manejo adecuado de los programas de mejoramiento y su regulación, para evitar que la historia se repita con otros modos de acción. En Brasil, por ejemplo, ya se han liberado cultivares resistentes a ACCasa que recientemente generaron resistencia en arroz maleza.

El conocimiento de que la resistencia proviene de un flujo de genes entre el cultivo y la maleza destaca la importancia de monitorear estas dinámicas y de implementar prácticas agrícolas que minimicen la posibilidad de hibridación. Comprender el origen de la resistencia es el primer paso para desarrollar soluciones más efectivas y sostenibles para el control de malezas en el arroz.

Presotto, A., Hernández, F., Vercellino, R. B., Kruger, R. D., Fontana, M. L., Ureta, M. S., Crepy, M., Auge, G. & Caicedo, A. (2024). Introgression from local cultivars is a driver of agricultural adaptation in Argentinian weedy rice. Molecular Ecology, 33(11), e17368. 

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