Exploring the Effects of Different Stubble Tillage Practices and Glyphosate Application Combined with the New Soil Residual Herbicide Cinmethylin against Alopecurus myosuroides Huds. in Winter Wheat

Effective control of Alopecurus myosuroides Huds. (blackgrass) solely with a chemical treatment is not guaranteed anymore because populations exhibit resistance to almost all herbicide modes of action. Integrated weed management (IWM) against blackgrass is necessary to maintain high weed control efficacies in winter cereals. Four field experiments were conducted in Southwest Germany from 2018 to 2020 to control A. myosuroides with a combination of cultural and chemical methods. Stubble treatments, including flat, deep and inversion soil tillage; false seedbed preparation and glyphosate use, were combined with the application of the new pre-emergence herbicide cinmethylin in two rates in winter wheat. Average densities of A. myosuroides in the untreated control plots were up to 505 plants m−2. The combination of different stubble management strategies and the pre-emergence herbicide cinmethylin controlled 86–97% of A. myosuroides plants at the low rate and 95–100% at the high rate until 120 days after sowing. The different stubble tillage practices varied in their efficacy between trials and years. Most effective and consistent were pre-sowing glyphosate application on the stubble and stale seedbed preparation with a disc harrow. Stubble treatments increased winter wheat density in the first year but had no effect on crop density in the second year. Pre-emergence application of cinmethylin did not reduce winter wheat densities. Multiple tactics of weed control, including stubble treatments and pre-emergence application of cinmethylin, provided higher and more consistent control of A. myosuroides. Integration of cultural weed management could prevent the herbicide resistance development.

The blackgrass genome reveals patterns of divergent evolution of non-target site resistance to herbicides.

Globally, weedy plants result in more crop yield loss than plant pathogens and insect pests combined. Much of the success of weeds rests with their ability to rapidly adapt in the face of human-mediated environmental management and change. The evolution of resistance to herbicides is an emblematic example of this rapid adaptation. Here, we focus on Alopecurus myosuroides (blackgrass), the most impactful agricultural weed in Europe. To gain insights into the evolutionary history and genomic mechanisms underlying adaptation in blackgrass, we assembled and annotated its large, complex genome. We show that non-target site herbicide resistance is oligogenic and likely evolves from standing genetic variation. We present evidence for divergent selection of resistance at the level of the genome in wild, evolved populations, though at the transcriptional level, resistance mechanisms are underpinned by similar patterns of up-regulation of stress- and defence-responsive gene families. These gene families are expanded in the blackgrass genome, suggesting that the large, duplicated, and dynamic genome plays a role in enabling rapid adaptation in blackgrass. These observations have wide significance for understanding rapid plant adaptation in novel stressful environments.

First Detection and Characterization of Cross- and Multiple Resistance to Acetyl-CoA Carboxylase (ACCase)- and Acetolactate Synthase (ALS)-Inhibiting Herbicides in Black-Grass (Alopecurus myosuroides) and Italian Ryegrass (Lolium multiflorum) Populations from Ireland

Understanding the resistance spectrum and underlying genetic mechanisms is critical for managing herbicide-resistant populations. In this study, resistance to acetyl CoA carboxylase (ACCase) and acetolactate synthase (ALS) inhibitors was investigated in four suspected resistant populations of Alopecurus myosuroides (ALOMY-001 to ALOMY-004) and Lolium multiflorum (LOLMU-001 to LOLMU-004), collected from cereal production fields in Ireland. Glasshouse assays with three ALOMY-active herbicides [propaquizafop, cycloxydim (ACCase) and mesosulfuron + iodosulfuron (ALS)] or five LOLMU-active herbicides [pinoxaden, propaquizafop, cycloxydim (ACCase) and mesosulfuron + iodosulfuron, pyroxsulam (ALS)], and target-site resistance mechanism studies, based on pyrosequencing, were carried out in each of those populations. For A. myosuroides, Ile-1781-Leu ACCase mutation contributed to propaquizafop and cycloxydim resistance (shoot dry weight GR50 resistance factor (RF) = 7.5–35.5) in all ALOMY populations, and the independent Pro-197-Thr or Pro-197-Ser ALS mutation contributed to mesosulfuron + iodosulfuron resistance (RF = 3.6–6.6), in ALOMY-002 to ALOMY-004. Most of the analyzed plants for these mutations were homo/heterozygous combinations or only heterozygous. For L. multiflorum, phenotypic resistance to mesosulfuron + iodosulfuron (RF = 11.9–14.6) and pyroxsulam (RF = 2.3–3.1) was noted in all LOLMU populations, but the Pro-197-Gln or Pro-197-Leu ALS mutation (mostly in homozygous status) was identified in LOLMU-001, LOLMU-002 and LOLMU-004 only. Additionally, despite no known ACCase mutations in any LOLMU populations, LOLMU-002 survived pinoxaden and propaquizafop application (RF = 3.4 or 1.3), and LOLMU-003 survived pinoxaden (RF = 2.3), suggesting the possibility of non-target-site resistance mechanisms for ACCase and/or ALS resistance in these populations. Different resistance levels, as evidenced by a reduction in growth as dose increased above field rates in ALOMY and LOLMU, were due to variations in mutation rate and the level of heterozygosity, resulting in an overall resistance rating of low to moderate. This is the first study confirming cross- and multiple resistance to ACCase- and ALS-inhibiting herbicides, highlighting that resistance monitoring in A. myosuroides and L. multiflorum in Ireland is critical, and the adoption of integrated weed management strategies (chemical and non-chemical/cultural strategies) is essential.

Effect of pathogen virulence on pathogenicity, host range and reproduction of Plasmodiophora brassicae, the causal agent of clubroot disease

A series of greenhouse experiments was conducted to evaluate the effect of Plasmodiophora brassicae virulence on clubroot development and propagation of resting spores in 86 plant species from 19 botanical families. Plants were artificially inoculated with two isolates of P. brassicae, which were either virulent on clubroot-resistant oilseed rape cv. Mendel (P1 (+)) or avirulent on this cultivar (P1). Clubroot severity and the number of resting spores inside the roots were assessed 35 days post inoculation. Typical clubroot symptoms were observed only in the Brassicaceae family. P1 (+)-inoculated species exhibited more severe symptoms (2 to 10–fold more severe), bigger galls (1.1 to 5.8 fold heavier) and higher number of resting spores than the P1-inoculated plants. Among all Brassica species, Bunias orientalis, Coronopus squamatus and Raphanus sativus were fully resistant against both isolates, while Camelina sativa, Capsella bursa-pastoris, Coincya momensis, Descurainia sophia, Diplotaxis muralis, Erucastrum gallicum, Neslia paniculata, Sinapis alba, S. arvensis, Sisymbrium altissimum, S. loeselii and Thlaspi arvense were highly susceptible. Conringia orientalis, Diplotaxis tenuifolia, Hirschfeldia incana, Iberis amara, Lepidium campestre and Neslia paniculata were completely or partially resistant to P1-isolate but highly susceptible to P1 (+). These results propose that the basis for resistance in these species may be similar to that found in some commercial cultivars, and that these species could contribute to the build-up of inoculum of virulent pathotypes. Furthermore, the pathogen DNA was detected in Alopecurus myosuroides, Phacelia tanacatifolia, Papaver rhoeas and Pisum sativum. It can concluded that the number and diversity of hosts for P. brassicae are greater than previously reported.

Development of an Agar Bioassay Sensitivity Test in Alopecurus myosuroides for the Pre-Emergence Herbicides Cinmethylin and Flufenacet

Rapid and reliable tests for pre-emergence herbicide susceptibility in weeds are important to test a wider range of accessions on their baseline sensitivity, as well as to provide information on putative resistance. This study focused on the development of an agar quick test to determine sensitivity differences in Alopecurus myosuroides Huds. to pre-emergence herbicides containing flufenacet and cinmethylin. The new agar quick test and a standardized whole plant pot bioassay were conducted twice in 2019. For both test systems, seeds of 18 populations of A. myosuroides originated from Southwest Germany and Great Britain were used and treated with discriminating rates of herbicides in dose-response studies. After 28 days, the above-ground dry matter of the plants was determined and the resistance factors were calculated. The agar test was able to provide information on the resistance status of the tested biotype within 12 days. All populations did not show reduced sensitivity to cinmethylin. Within three populations, differences in sensitivity levels were observed between the two test systems. As cinmethylin is not yet marketed in Europe, these resistance factors can also be considered as a baseline sensitivity for A. myosuroides. For flufenacet, the resistance factors differed significantly from the whole plant pot bioassay and the agar test for the biotypes A (0.35, 13.1), C (0.56, 13.2), D (1.87, 12.4), E (15.5, 3.5) and H (2.95, 14). It was possible for the most part for the cinmethylin tested populations to confirm the results of the standardized whole plant pot bioassay in the agar bioassay sensitivity tests, and hence create a promising, faster test system.

Μελέτη και χαρακτηρισμός ενζύμων για την αντιμετώπιση της ανθεκτικότητας έναντι βιοτικών και αβιοτικών παραγόντων

Το φαινόμενο της γενικευμένης πολλαπλής ανθεκτικότητας, που πλέον παρατηρείται κατά την εφαρμογή παρασιτοκτόνων (π.χ. ζιζανιοκτόνων, εντομοκτόνων κ.τ.λ.), αλλά και κατά τη χορήγηση θεραπευτικών σκευασμάτων στον τομέα της υγείας, όπως είναι τα αντιβιοτικά, αντι-ρετροϊικά κ.ά. έχει καταστεί παγκόσμια απειλή και αποτελεί μείζον ζήτημα για την αειφορία του αγροτικού τομέα και της δημόσιας υγείας, αντίστοιχα. Η επιτυχής αλλά και εντατική εφαρμογή των αντιμικροβιακών ενώσεων, καθώς και των παρασιτοκτόνων, οδήγησε σε επαναλαμβανόμενα φαινόμενα ανθεκτικότητας, τα οποία οφείλονται κυρίως στο αποτέλεσμα της ανθρωπογενούς εξελικτικής πίεσης, που εφαρμόζεται λόγω μείωσης των πληθυσμών των ανεπιθύμητων μικροοργανισμών ή ζιζανίων. Στα πλαίσια της πολλαπλής ανθεκτικότητας, επιλέχθηκαν περιπτώσεις εμφάνισης του φαινομένου αυτού, οι οποίες διακρίνονται σε δύο βασικούς άξονες. Ο πρώτος περιλαμβάνει το φαινόμενο της πολλαπλής ανθεκτικότητας που εμφανίζεται σε βιοτικούς παράγοντες. Ένας σχετικός βιοτικός παράγων είναι τα πολυανθεκτικά βακτήρια, τα οποία προκαλούν επικίνδυνες λοιμώξεις σε όλο τον κόσμο, λόγω φαινομένων ανθεκτικότητας έναντι των αντιβιοτικών. Η άμεση απειλή για την ανθρώπινη υγεία καθοδηγεί την έρευνα στην ανάπτυξη νέων και καινοτόμων αντιβακτηριακών ενώσεων. Ο δεύτερος άξονας περιλαμβάνει την πολλαπλή ανθεκτικότητα, που οφείλεται σε αβιοτικούς παράγοντες, όπως τα ζιζανιοκτόνα, που σκοπό έχουν τον έλεγχο των πολυανθεκτικών ζιζανίων στις αγροτικές καλλιέργειες. Έχοντας σαν απώτερο σκοπό την εύρεση καινοτόμων τρόπων αντιμετώπισης της ανθεκτικότητας, επιχειρήθηκε, αρχικά, η έρευνα στο πεδίο των πολυανθεκτικών βακτηρίων, με ιδιαίτερη έμφαση στα βακτήρια Acinetobacter baumannii και Staphylococcus aureus. Το ζητούμενο ήταν η εξεύρεση ενός τρόπου αντιμετώπισης μέσω υδρολυτικών ενζύμων (ενδολυσίνες), που προέρχονται από βακτηριοφάγους, τα οποία έχουν την ικανότητα να υδρολύουν την πεπτιδογλυκάνη του κυτταρικού τοιχώματος των θετικών και αρνητικών κατά Gram βακτηρίων. Αν και η προσέγγιση είναι γνωστή από πιο παλιά, η διαφοροποίηση έρχεται ως προς την εξεύρεση ενζύμων με ιδιαίτερα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά επιλέγοντας ως πηγή αναζήτησης μεταγονιδωματικές βιβλιοθήκες προερχόμενες από ακραία περιβάλλοντα βιοποικιλότητας. Για το σκοπό αυτό, επιλέχθηκε το περιβάλλον των θερμών πηγών από το νησί της Λέσβου. Με δειγματοληψίες χώματος σε τέσσερις διαφορετικές τοποθεσίες του νησιού, έγινε απομόνωση του ολικού γονιδιωματικού DNA και, στη συνέχεια, ακολούθησε αλληλούχηση της υπερμεταβλητής περιοχής V3-V4 του 16S rRNA με σκοπό τη μελέτη των βακτηριακών κοινοτήτων που αναπτύσσονται στα εν λόγω περιβάλλοντα. Η γενική επισκόπηση της βακτηριακής κοινότητας που υπάρχει, οδήγησε στην κατά προσέγγιση ταυτοποίηση ορισμένων θερμόφιλων και υπερθερμόφιλων βακτηριακών ειδών, όπου για την αναζήτηση γονιδίων υδρολασών της πεπτιδογλυκάνης σχεδιάστηκαν εκκινητές για την εξεύρεση ομόλογων ακραιόφιλων ενζύμων. Η αναζήτηση οδήγησε στην ανακάλυψη μιας Ν-ακετυλομουραμοϋλ-L-αλανινο-αμιδάσης της πεπτιδογλυκάνης τύπου 2 (NALAA 2), η οποία παρουσιάζει οξεόφιλο χαρακτήρα, καθώς λειτουργεί σε περιβάλλον όξινου pH, και αυξημένη θερμική σταθερότητα, ενώ ταυτόχρονα, φαίνεται να εμφανίζει εξειδίκευση ως προς τα βακτήρια του γένους Staphylococcus. Παράλληλα, έγινε συγκριτική μελέτη δύο υδρολασών της πεπτιδογλυκάνης, της LysK από τον βακτηριοφάγο Κ, που προσβάλλει τον S. aureus, και της LysAB2 από τον βακτηριοφάγο ΑΒ2 που προσβάλλει το A. baumannii. Τα δύο προαναφερθέντα ένζυμα εμφανίζουν συγκριτικά χαμηλότερη θερμική σταθερότητα σε σχέση με την αμιδάση της θερμής πηγής, ωστόσο, ως προς την εξειδίκευση, η LysK παρουσιάζει το μεγαλύτερο εύρος δράσης. Στο δεύτερο μέρος της μελέτης, πραγματοποιήθηκε μελέτη ενζύμων, που εμπλέκονται στην εμφάνιση της πολλαπλής ανθεκτικότητας που αναπτύσσεται σε ζιζάνια εξαιτίας της εφαρμογής των ζιζανιοκτόνων. Δύο ζιζάνια τα οποία εμφανίζουν ιδιαίτερα αυξημένα επίπεδα πολυανθεκτικότητας είναι το Alopecurus myosuroides και το Lolium rigidum. Τα υψηλά επίπεδα ανθεκτικότητας έχουν συνδεθεί με αυξημένα επίπεδα έκφρασης του ενζύμου τρανσφεράση της γλουταθειόνης που ανήκει στην τάξη Phi (GSTF). Επιλέγοντας τις συγκεκριμένες GSTFs (AmGSTF και LrGSTF), καθώς και δύο ομόλογες αλληλουχίες από τα καλλιεργούμενα φυτά Triticum aestivum (TaGSTF) και Hordeum vulgare (HvGSTF) έγινε συγκριτική μελέτη των τεσσάρων ενζύμων και αξιολόγηση της ικανότητας ενός συνόλου ενώσεων, να προκαλεί αναστολή στα εν λόγω ένζυμα. Σκοπός της μελέτης αυτής ήταν η συνδυαστική χρήση με ήδη υπάρχοντα εμπορικά σκευάσματα ζιζανιοκτόνων για τον μετριασμό των φαινομένων ανθεκτικότητας. Επιπρόσθετα, επιλύθηκε η κρυσταλλική δομή δύο εξ αυτών (AmGSTF και LrGSTF), γεγονός που παρέχει περισσότερη γνώση ως προς τον μηχανισμό δράσης των ενζύμων αυτών, που συμβάλλουν στην πολυανθεκτικότητα, αλλά και ως προς την ευκολία σχεδιασμού ειδικού φαρμακοφόρου για την πρόκληση αναστολής της ενζυμικής δράσης.

Néhány kiegészítés a Jászság flórájához

Magyarország Flóratérképezési Programja során 2012-ben 9 kvadrát felmérését vé­geztem el a Jászságban. Az adatgyűjtést 2020-ban kiegészítettem. Cikkemben az érdekesebb, regionáli­san fontos florisztikai adatokat közlöm 68 edényes növényfajra vonatkozóan. Közöttük vannak idegen­honos taxonok (pl. Alopecurus myosuroides, Amaranthus deflexus, Juncus tenuis, Phytolacca esculenta) országosan (Silene bupleuroides), vagy regionálisan ritka fajok (pl. Coronopus squamatus, Linaria biebersteinii), a térség egykori erdeinek túlélői (pl. Clematis recta, Elymus caninus, Melica altissima, Sisymbrium strictissimum) és ritka gyomok (pl. Aegilops cylindrica, Bupleurum affine, Myagrum perfolia­tum). Bemutatok egy szikes fajokban gazdag műút menti padkát is (Artemisia santonicum, Chenopodium chenopo­dioides, Hordeum hystrix, Plantago maritima).

Growth Stage of Alopecurus myosuroides Huds. Determines the Efficacy of Pinoxaden

Alopecurus myosuroides Huds. is an important pinoxaden-resistant grass weed in many countries of Europe. Recently, the low efficacy of pinoxaden was reported in winter cereals in Croatia, but a preliminary dose–response trial showed no herbicide resistance for the investigated weed population. Therefore, a two-year experiment was conducted under greenhouse conditions to determine the efficacy of various pinoxaden doses (20, 40 and 80 g a.i. ha−1) on weed visual injuries and biomass reduction after herbicide application at different growth stages. As expected, the maximum weed biomass reduction (97.3%) was achieved by applying the highest dose (80 g a.i. ha−1) at the earliest growth stage (ZCK 12–14). A pinoxaden dose of 20 g a.i. ha−1 resulted in satisfactory weed biomass reduction (88.9%) only when applied at ZCK 12–14. The recommended dose (40 g a.i. ha−1) also provided sufficient weed control up to the growth stage ZCK 21–25. Slightly delayed (ZCK 31–32) application of the recommended dose brought about a low weed biomass reduction (60.1%). Double than the recommended dose also failed to provide satisfactory weed control at the advanced weed growth stages (ZCK 31–32 and ZCK 37–39). Thus, reported low efficacy of pinoxaden is most likely because of delayed herbicide application when A. myosuroides is overgrown.