Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Sự thoát và tồn tại của gen trong một hệ sinh thái nông nghiệp: trường hợp Brassica rapa L. kháng glyphosate ở miền trung Argentina
Tóm tắt
Brassica rapa L. là một loài thuộc họ Cải (Brassicaceae) hàng năm được trồng để sản xuất dầu và thực phẩm, trong khi dạng hoang dã của nó là cỏ dại của các cây trồng trên toàn thế giới. Ở các vùng ôn đới Nam Mỹ, đặc biệt là ở vùng Pampas của Argentina, loài này phân bố rộng rãi. Trong năm 2014, các quần thể B. rapa hoang dã đã thoát khỏi sự kiểm soát bởi các ứng dụng glyphosate của nông dân đã được phát hiện trong khu vực này. Các cây này được xác định qua hình thái học và đặc điểm axit của hạt giống, và tất cả các đặc điểm đều phù hợp với mô tả về B. rapa. Các thử nghiệm liều phản ứng cho thấy các sinh thái này có khả năng kháng glyphosate cao. Nó cũng được chỉ ra rằng chúng có khả năng kháng nhiều loại thuốc diệt cỏ ức chế AHAS. Nguồn gốc chuyển gen của sự kháng glyphosate trong các sinh thái B. rapa đã được xác minh bằng một thử nghiệm miễn dịch, xác nhận sự hiện diện của protein CP4 EPSPS và bằng dấu ấn phân tử GT73 đặc hiệu sự kiện. Sự tồn tại của gen trong tự nhiên đã được xác nhận ít nhất trong 4 năm, trong các môi trường sống thổ cư và nông nghiệp. Phát hiện này cho thấy rằng sự kháng glyphosate có thể đến từ các vụ mùa cải dầu biến đổi gen được trồng bất hợp pháp trong nước hoặc dưới dạng ô nhiễm hạt giống, và điều này hàm ý dòng gen và sự nhập gen giữa các quần thể hoang dã của B. napus GM và B. rapa hoang dã. Sự tồn tại và lan rộng của sự kháng trong môi trường nông nghiệp đã được thúc đẩy bởi áp lực chọn lọc cao do việc sử dụng thuốc diệt cỏ mạnh mẽ trong các hệ thống canh tác không cày xới phổ biến.
Từ khóa
#Brassica rapa #kháng glyphosate #dòng gen #bền vững #hệ sinh thái nông nghiệpTài liệu tham khảo
Agnihotri A, Prem D, Gupta K (2007) The chronicles of oil and meal quality improvement in oilseed rape. In: Gupta S (ed) Advances in botanical research, Volume 45: Rapeseed breeding. Academic Press - Elsevier Ltd, San Diego, pp 49–97
Allainguillaume J, Alexander M, Bullock JM, Saunders M, Allender CJ, King G, Ford CS, Wilkinson MJ (2006) Fitness of hybrids between rapeseed (Brassica napus) and wild Brassica rapa in natural habitats. Mol Ecol 15:1175–1184. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2006.02856.x
Allender CJ, King GJ (2010) Origins of the amphiploid species Brassica napus L. investigated by chloroplast and nuclear molecular markers. BMC Plant Biol 10:54. https://doi.org/10.1186/1471-2229-10-54
Aono M, Wakiyama S, Nagatsu M, Nakajima N, Tamaoki M, Kubo A, Saji H (2006) Detection of feral transgenic oilseed rape with multiple-herbicide resistance in Japan. Environ Biosaf Res 5:77–87. https://doi.org/10.1051/ebr:2006017
Aono M, Wakiyama S, Nagatsu M, Kaneko Y, Nishizawa T, Nakajima N, Tamaoki M, Kubo A, Saji H (2012) Seeds of a possible natural hybrid between herbicide-resistant Brassica napus and Brassica rapa detected on a riverbank in Japan. GM Crops 2:201–210. https://doi.org/10.4161/gmcr.2.3.18931
Busi R, Powles SB (2016) Transgenic glyphosate-resistant canola (Brassica napus) can persist outside agricultural fields in Australia. Agric Ecosyst Environ 220:28–34. https://doi.org/10.1016/j.agee.2015.12.028
Christoffoleti PJ, Galli AJB, Carvalho SJP, Moreira MS, Nicolai M, Foloni LL, Martins BAB, Ribeiro DN (2008) Glyphosate sustainability in South American cropping systems. Pest Manag Sci 64:422–427. https://doi.org/10.1002/ps.1560
Clay S, Johnson G (2002) Scouting for weeds. Crop Manag. https://doi.org/10.1094/CM-2002-1206-01-MA
Cobb A, Reade J (2010) Herbicides and plant physiology, 2nd edn. Wiley-Blackwell, Oxford
Crouch JH, Lewis BG, Lydiate DJ, Mithen R (1995) Genetic diversity of wild, weedy and cultivated forms of Brassica rapa. Heredity 74:491–496. https://doi.org/10.1038/hdy.1995.69
Devos Y, De Schrijver A, Reheul D (2008) Quantifying the introgressive hybridisation propensity between transgenic oilseed rape and its wild/weedy relatives. Environ Monit Assess 149:303–322. https://doi.org/10.1007/s10661-008-0204-y
Devos Y, Hails RS, Messéan A, Perry JN, Squire GR (2012) Feral genetically modified herbicide tolerant oilseed rape from seed import spills: are concerns scientifically justified? Transgenic Res 21:1–21. https://doi.org/10.1007/s11248-011-9515-9
Di Rienzo JA, Casanoves F, Balzarini MG, Gonzalez L, Tablada M, Robledo CW (2016) Infostat versión 2016. Grupo InfoStat, FCA-Universidad Nacional de Córdoba, Córdoba
Doyle JJ, Doyle JL (1987) A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue. Phytochem Bull 19:11–15. https://doi.org/10.2307/4119796
Evans JA, Tranel PJ, Hager AG, Schutte B, Wu C, Chatman LA, Davis AS (2016) Managing the evolution of herbicide resistance. Pest Manag Sci 72:74–80. https://doi.org/10.1002/ps.4009
FAOSTAT (2016) Food and agriculture Organization of the United Nations. http://www.fao.org/faostat/en/. Accessed 19 Dec 2016
FitzJohn RG, Armstrong TT, Newstrom-Lloyd LE, Wilton AD, Cochrane M (2007) Hybridisation within Brassica and allied genera: evaluation of potential for transgene escape. Euphytica 158:209–230. https://doi.org/10.1007/s10681-007-9444-0
Friesen L, Nelson A, Van Acker R (2003) Evidence of contamination of pedigree canola (Brassica napus) seedlots in western Canada from genetically engineered herbicide resistance traits. Agron J 95:1342–1347
Gomez-Campo C, Prakash S (1999) Origin and domestication. In: Gomez-Campo C (ed) Biology of Brassica coenospecies. Elsevier Science, Madrid, pp 33–58
Gulden RH, Warwick SI, Thomas AG (2008) The biology of Canadian weeds. 137. Brassica napus L. and B. rapa L. Can J Plant Sci 88:951–996. https://doi.org/10.4141/CJPS07203
Gupta S, Pratap A (2007) History, origin, and evolution. In: Gupta S (ed) Advances in botanical research, Rapeseed breeding, first edit., vol 45. Academic Press - Elsevier Ltd., San Diego, pp 1–20
Hall L, Topinka K, Huffman J, Davis L, Good A (2000) Pollen flow between herbicide-resistant Brassica napus is the cause of multiple-resistant B. napus volunteers. Weed Sci 48:688–694. https://doi.org/10.1614/0043-1745(2000)048[0688:PFBHRB]2.0.CO;2
Hecht M, Oehen B, Schulze J, Brodmann P, Bagutti C (2014) Detection of feral GT73 transgenic oilseed rape (Brassica napus) along railway lines on entry routes to oilseed factories in Switzerland. Environ Sci Pollut Res Int 21:1455–1465. https://doi.org/10.1007/s11356-013-1881-9
Ibarra FE (1937) Malezas más comunes del trigo y del lino. In: Almanaque del Ministerio de Agricultura, Buenos Aires, pp 405–410
IBPGR (International Board for Plant Genetic Resources) (1990) Descriptors for Brassica and Raphanus. Rome
INASE (Instituto Nacional de Semillas) (2007) Resolución 305/2007: Prohíbe la importación de colza portadora de eventos transgénicos no autorizados para su producción y comercialización en la República Argentina. http://wwwinasegovar/indexphp?option=com_remository&Itemid=102&func=fileinfo&id=547. Accessed 20 Mar 2017
INASE (Instituto Nacional de Semillas) (2016) Catálogo Nacional de Cultivares http://www.inase.gov.ar. Accessed 12 Dec 2016
Iniguez-Luy F, Federico M (2011) The genetics of Brassica napus. In: Schmidt R, Bancroft I (eds) Genetics and genomics of the Brassicaceae. Springer, Berlin, pp 33–66
Iriarte L (2015) Cultivo de colza: comportamiento varietal y manejo, XXIII Congreso AAPRESID http://2015congresoaapresidorgar/wp-content/uploads/Iriarte-Liliana-Actapdf. Accessed 06 Mar 2016
Iriarte L, Valetti O (2008) Cultivo de Colza. Chacra Experimental Integrada Barrow, Convenio MAAyP-INTA, Tres Arroyos
ISAAA (International Service for the Acquisition of Agri-Biotech Applications) (2016) Global status of commercialized biotech/GM crops: 2016. ISAAA brief no. 52. ISAAA, Ithaca
Jorgensen R, Andersen B (1994) Spontaneous hybridization between oilseed rape (Brassica napus) and weedy B. campestris (Brassicaceae): a risk of growing genetically modified oilseed rape. Am J Bot 81:1620–1626
Knispel AL, McLachlan SM, Van Acker RC, Friesen LF (2008) Gene flow and multiple herbicide resistance in escaped canola populations. Weed Sci 56:72–80. https://doi.org/10.1614/WS-07-097.1
Kumar A, Salisbury PA, Gurung AM, Barbetti MJ (2015) Importance and origin. In: Kumar A, Banga SS, Meena PD, Kumar PR (eds) Brassica oilseeds: breeding and management. CABI International, Oxfordshire, pp 1–10
Linnaeus C (1753) Species plantarum, vol 2, p 666 http://wwwbiodiversitylibraryorg/item/13830#page/108/mode/1up. Accessed 20 Mar 2017
Martinez-Laborde JB (1999) Brassicaceae. In: Zuloaga FO, Morrone O (eds) Catálogo de las Plantas Vasculares de la Argentina. Dycotyledoneae Monogr Syst Bot Missouri Bot Gard 74:1–1246
Marzocca A, Marisco O, Del Puerto O (1976) Manual de Malezas, 3rd edn. Hemisferio Sur, Buenos Aires
Mazzara M, Grazioli E, Savini C, Van den Eede G (2007) Event specific method for the quantitation of oilseed rape line RT73 using real-time PCR. Italy
MinAgro (Ministerio de Agroindustria) (2016) Datos Abiertos Agroindustria. https://datos.magyp.gob.ar/. Accessed 12 Dec 2016
Monsanto Biotechnology Regulatory Sciences (2004) A recommended procedure for real-time quantitative TaqMan PCR for Roundup Ready® canola RT73
Mueller-Dombois D, Ellemberg H (1974) Aims and methods of vegetation ecology, 1st edn. Wiley, New York 547 p
Mulligan G (1995) Key to the Brassicaceae (cruciferae) of Canada and Alaska. Agriculture Canada, Ottawa
Nagaharu U (1935) Genome-analysis in Brassica with special reference to the experimental formation of B. napus and peculiar mode of fertilization. Japanese J Bot 7:389–452
Pandolfo CE, Presotto A, Carbonell FT, Ureta S, Poverene M, Cantamutto M (2016) Transgenic glyphosate-resistant oilseed rape (Brassica napus) as an invasive weed in Argentina: detection, characterization, and control alternatives. Environ Sci Pollut Res. https://doi.org/10.1007/s11356-016-7670-5
Pascale N (1976) Colza. Su cultivo, mejoramiento y usos. In: Kugler W (ed), Enciclopedia Argentina de Agricultura y Jardineria – Tomo II. Editorial Acme (2da edicion), Buenos Aires
Patiño VM (1963) Plantas cultivadas y animales domésticos en América Equinoccial IV: Plantas introducidas. Editorial Imprenta Departamental, Cali
Prakash S, Wu X, Bhat SR (2012) History, evolution, and domestication of Brassica crops. In: Plant breeding reviews. Wiley, Hoboken, pp 19–84
R Core Team (2016) R: a language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna www.R-project.org
Ritz C (2010) Toward a unified approach to dose-response modeling in ecotoxicology. Environ Toxicol Chem 29:220–229. https://doi.org/10.1002/etc.7/abstract
SAGPyA (Secretaría de Agricultura, Ganadería, Pesca y Alimentación) (1997) Solicitud de ensayo a campo de canola tolerante al herbicida glifosato. Resolución N° 228
Saji H, Nakajima N, Aono M, Tamaoki M, Kubo A, Wakiyama S, Hatase Y, Nagatsu M (2005) Monitoring the escape of transgenic oilseed rape around Japanese ports and roadsides. Environ Biosaf Res 4:217–222. https://doi.org/10.1051/ebr:2006003
Schafer MG, Ross AA, Londo JP, Burdick CA, Lee EH, Travers SE, Van de Water PK, Sagers CL (2011) The establishment of genetically engineered canola populations in the U.S. PLoS One 6:e25736. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0025736
Schoenenberger N, D’Andrea L (2012) Surveying the occurrence of subspontaneous glyphosate-tolerant genetically engineered Brassica napus L. (Brassicaceae) along Swiss railways. Environ Sci Eur 24:23. https://doi.org/10.1186/2190-4715-24-23
Schulze J, Brodmann P, Oehen B, Bagutti C (2015) Low level impurities in imported wheat are a likely source of feral transgenic oilseed rape (Brassica napus L.) in Switzerland. Environ Sci Pollut Res 22:16936–16942. https://doi.org/10.1007/s11356-015-4903-y
Simard M-J, Légère A, Warwick SI (2006) Transgenic Brassica napus fields and Brassica rapa weeds in Quebec: sympatry and weed-crop in situ hybridization. Can J Bot 84:1842–1851. https://doi.org/10.1139/B06-135
Snapp SS, Swinton SM, Labarta R, Mutch D, Black JR, Leep R, Nyiraneza J, O’Neil K (2005) Evaluating cover crops for benefits, costs and performance within cropping system niches. Agron J 97(1):322–332. https://doi.org/10.2134/agronj2005.0322
Snow A, Andersen B, Jørgensen R (1999) Costs of transgenic herbicide resistance introgressed from Brassica napus into weedy B. rapa. Mol Ecol 8:605–615
Suwabe K, Iketani H, Nunome T, Kage T, Hirai M (2002) Isolation and characterization of microsatellites in Brassica rapa L. Theor Appl Genet 104:1092–1098. https://doi.org/10.1007/s00122-002-0875-7
Tenembaum J (1937) El Nabo. Su cultivo en el país. In: Almanaque del Ministerio de Agricultura, Buenos Aires, pp 329–334
Vila-Aiub MM, Vidal RA, Balbi MC, Gundel PE, Trucco F, Ghersa CM (2008) Glyphosate-resistant weeds of South American cropping systems: an overview. Pest Manag Sci 64:366–371. https://doi.org/10.1002/ps.1488
Warwick SI, Simard M-J, Légère A, Beckie HJ, Braun L, Zhu B, Mason P, Séguin-Swartz G, Stewart CN (2003) Hybridization between transgenic Brassica napus L. and its wild relatives: Brassica rapa L., Raphanus raphanistrum L., Sinapis arvensis L., and Erucastrum gallicum (Willd.) O.E. Schulz. Theor Appl Genet 107:528–539. https://doi.org/10.1007/s00122-003-1278-0
Warwick SI, Légère A, Simard M-J, James T (2008) Do escaped transgenes persist in nature? The case of an herbicide resistance transgene in a weedy Brassica rapa population. Mol Ecol 17:1387–1395. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2007.03567.x
Wu C, Davis AS, Tranel PJ (2017) Limited fitness costs of herbicide-resistance traits in Amaranthus tuberculatus facilitate resistance evolution. Pest Manag Sci. https://doi.org/10.1002/ps.4706
Yoshimura Y, Beckie HJ, Matsuo K (2006) Transgenic oilseed rape along transportation routes and port of Vancouver in western Canada. Environ Biosaf Res 5:67–75. https://doi.org/10.1051/ebr:2006019