Unkräuter, die in landwirtschaftlichen Ökosystemen wachsen, sind meist einjährige Arten. Zusätzlich zur Konkurrenz durch Nutzpflanzen sind Unkrautpopulationen starken anthropogenen Störungen ausgesetzt, die darauf abzielen, sie auszurotten. Diese Störungen können in landwirtschaftliche Praktiken unterteilt werden, die vor oder nach der Aussaat angewendet werden. Praktiken vor der Aussaat wie Bodenbearbeitung oder nicht kulturselektive Herbizidanwendungen eliminieren früh gekeimte Unkrautsämlinge. In der konventionellen Landwirtschaft bestehen Nachsaatpraktiken im Wesentlichen aus pflanzenselektiven Herbizidanwendungen, die nach der Ernte gekeimte Unkrautsämlinge beseitigen. Durch landwirtschaftliche Praktiken ausgeübter selektiver Druck fördert die Entwicklung adaptiver Merkmale in Unkrautpopulationen. Die Keimung spielt eine herausragende Rolle bei der Anpassung, da ein angemessener Keimungszeitpunkt es den Sämlingen ermöglicht, sich den Praktiken vor der Aussaat zu entziehen und unter den bestmöglichen Wachstumsbedingungen zu wachsen. Die Fähigkeit, Herbizidwirkungen zu widerstehen, dh Herbizidresistenz, ist ein weiteres wichtiges Anpassungsmerkmal. Beide Eigenschaften sind entscheidend für den Erfolg von Unkraut in landwirtschaftlichen Ökosystemen.
Ein kürzlich erschienener Artikel in Annals of Botany untersucht die Wirkung von Herbizidresistenzallelen auf die Dynamik der Samenkeimung und das Auflaufen der Sämlinge in der Ungräser Alopecurus myosuroides Huds. (schwarzes Gras). Die Ergebnisse zeigen, dass pleiotrope Wirkungen, die direkt mit verschiedenen Allelen verbunden sind, erheblich mit dem Allel variieren und auch mit der Umgebung variieren können. Interessanterweise sind solche Ergebnisse nicht nur Pflanzen vorbehalten. Die schädlichen Auswirkungen auf das Überleben im Winter von vier mutierten Allelen, die der Mücke dieselbe Anpassung (Insektizidresistenz) verleihen Culex Pipiens Es wurde gezeigt, dass es mit dem Allel und in der Hefe variiert Saccharomyces cerevisiaewurden die pleiotropen Wirkungen mehrerer mutanter Allele, die Fungizidresistenz verleihen, einzeln für jedes von mehreren Genen untersucht. Eine Variation assoziierter pleiotroper Wirkungen mit dem Resistenzallel und mit der Umgebung kann somit eine allgemeine Regel sein.
Délye, C., Menchari, Y., Michel, S., Cadet, É., & Le Corre, V. (2013) Ein neuer Einblick in die adaptive Evolution von Ackerunkraut: Mutationen, die eine Herbizidresistenz verleihen, wirken sich auch auf die Keimungsdynamik und das Auflaufen von Sämlingen aus. Annals of Botany 111(4): 681-691. doi: 10.1093/aob/mct018
Selektiver Druck, der von der Landwirtschaft auf Populationen von Ackerunkräutern ausgeübt wird, fördert die Entwicklung von Anpassungsmerkmalen. Keimungs- und Auflaufdynamik sowie Herbizidresistenz sind wichtige Anpassungsmerkmale. Herbizidresistenzallele können pleiotrope Auswirkungen auf den Lebenszyklus eines Unkrauts haben. Diese Studie untersuchte die pleiotropen Wirkungen von drei Acetyl-Coenzym-A-Carboxylase (ACCase)-Allelen, die Herbizidresistenz verleihen, auf den Teil des Lebenszyklus des Unkrauts vom Samen bis zur Pflanze Alopecurus myosuroides. In jeder von zwei Versuchsreihen wurden A. myosuroides-Populationen mit homogenisiertem genetischem Hintergrund und Segregation für Leu1781-, Asn2041- oder Gly2078-ACCase-Mutationen, die unabhängig entstanden, verwendet, um die Keimungsdynamik, das Überleben im Boden und das Vorauflaufwachstum von Sämlingen zwischen Samen zu vergleichen, die Wild enthalten -Typ, heterozygote und homozygote mutierte ACCase-Embryonen. Asn2041 ACCase verursachte keine signifikanten Wirkungen. Die Haupteffekte von Gly2078 ACCase waren eine kodominante Beschleunigung der Samenkeimung (1- und 25-fache Verkürzung der Zeit bis zum Erreichen von 1 % Keimung (T10) für homozygote bzw. heterozygote mutierte Embryonen). In einer Reihe von Experimenten wurde eine Segregationsverzerrung gegenüber homozygoten mutierten Embryonen oder eine kodominante Zunahme der tödlichen Keimung beobachtet. Die Haupteffekte von Leu50 ACCase waren eine kodominante Verzögerung der Samenkeimung (50- bzw. 1781-facher Anstieg von T1 für homozygote bzw. heterozygote mutierte Embryonen), verbunden mit einer wesentlichen kodominanten Abnahme der tödlichen Keimung. Unter gegenwärtigen landwirtschaftlichen Systemen haben Pflanzen, die Leu41- oder Gly1-ACCase tragen, einen durch Herbizidresistenz verliehenen Fitnessvorteil, der durch direkte pleiotrope Wirkungen auf die Pflanzenphänologie verstärkt bzw. ausgeglichen wird. Pleiotrope Effekte im Zusammenhang mit Mutationen, die Herbizidresistenz verleihen, spielen zweifellos eine bedeutende Rolle in der evolutionären Dynamik der Herbizidresistenz in Unkrautpopulationen. Mutierte ACCase-Allele sollten sich auch als nützlich erweisen, um die Rolle zu untersuchen, die Samenspeicherlipide bei der Kontrolle der Samenruhe und -keimung spielen.
