Herbicid rezisztencia

A herbicid rezisztencia jelenségét 1968-ban figyelték meg először (HUNYADI, 1994). Az imidazolinon toleráns (IMI) növények nemesítése az USA-ban kezdődött el a 80-as évek végén, kukoricában. A fejlesztés és a gyakorlati bevezetés eredményeként 1997-ben az USA-ban már 1,2 millió ha-on termesztettek IMI kukoricát. Magyarországon 1999-ben már több mint 3000 ha-on (CHRISTENSEN-REISINGER, 2000) került bevezetésre a CLEARFIELD technológia.

Az első imidazolinon-ellenálló napraforgó vonalakat Kansas-ben több éven át imazetapir hatóanyagú herbiciddel kezelt szójatáblán rezisztenssé vált vad napraforgókból nyerték (SCHNEITER-MILLER, 1981). Ezekből pollent gyűjtöttek be, majd elismert vonalakkal keresztezték. A rezisztenciát többszöri visszakeresztezésekkel rögzítették. Mivel az IMI-rezisztencia recesszíven öröklődik, mindkét szülői vonalba kell a IMI-rezisztencia forrást minimálisan hétszeri visszakeresztezéssel rögzíteni (NAGY et al., 2006).

Az első tribenuron-metil rezisztens napraforgót 1994-ben Kanadában találták (MILLER-SCHEILER, 2005). A DuPont-Pioneer kutatói az imidazolinon és szetoxidim tolerancia megvalósításához hasonlóan visszakeresztezéses módszerrel hoztak létre tribenuron-metil hatóanyaggal szembeni toleráns napraforgó vonalakat (DPX-L5300). Széles genetikai populációt kezeltek tribenuron-metil hatóanyagú készítménnyel (Granstar 75 DF) és folyamatosan szelektálták a túlélő egyedeket, létrehozva egy genetikai bázist. Az így létrehozott hibrideknél keresztrezisztencia nem áll fenn, tehát más szulfonil karbamid hatóanyagú készítményekkel kezelve károsodnak. A géntechnológia és a kapcsolódó molekuláris módszerek az elmúlt 20 év alatt nemcsak a növények életjelenségeinek megismertetésében váltak nélkülözhetetlenné, hanem a fajta előállító növénynemesítés eszköztárát is sokban gazdagították (KÁDÁR, 2005).

25

A gyomirtó szer rezisztenciát hordozó géneket az apa-és anyavonalak is tartalmazzák, s a hibridek F2 nemzedékében, azaz az árvakelésben is a hasadási jelenségeknek megfelelően, különböző mértékben ugyan, de jelen lesz a rezisztencia. Sőt azt sem szabad figyelmen kívül hagyni, hogy a rezisztenciagén a pollennel is terjed. Így 5-8 éven belül már mindenki számíthat arra, hogy az árvakelésekben valamilyen szintű rezisztenciát hordozó egyedek állandóan jelen lesznek (BENÉCSNÉ, 2005).

A közvetlen szelekció a herbicid rezisztens növények és fajták esetében a különböző herbicidekre történik. Különösen sikeres volt a szulfonilurea és az imidazolinon hatóanyagú herbicidekre történő szelekció a szója, gyapot a kukorica, napraforgó és a cukorrépa esetében.

Ezek közül a szulfonilurea rezisztens kukorica hibridek az 1990-es években SUMO néven, az imidazolinon rezisztens kukorica hibridek IMI néven állami elismerésben részesültek hazánkban.

Herbicid rezisztens napraforgó hibridek pedig 2005-ben kerültek köztermesztésbe. Előnyük, hogy a herbicid rezisztencia nem géntechnológiai úton, hanem sejtszínű szelekcióval lett kialakítva, tehát ezek nem transzgénikus (GMO) hibridek (HESZKY et al., 2005).

A szulfonilurea és imidazolinon típusú gyomirtószerek a gyűrűs aminosavak bioszintézisét (valin, leucin, izoleucin) gátolják (4. ábra). A szulfonilurea típusú szerek hatóanyagai (pl. szulfometuronmetil, klórszulfuron) az acetolaktát szintáz (ALS) működését gátolják, míg az imidazolinon típusú szerek (pl. imazamox, imazetapir) a hidroxiecetsav szintáz (AHAS) működését akadályozzák. Az AHAS és az ALS ugyanazt az enzimet jelöli, amelynek kettős funkciója van(HESZKY, 2000). Az AHAS tehát azonos az ALS-sel, funkciójuk:

- az enzim képes katalizálni a piroszőlősavból és acetil-aldehidből az α-acetolaktázt (α-keto-izovaleriánsav) kialakulását. Ez az ALS típusú hatás, ezt a funkciót gátolják a klórszulfuron típusú herbicidek.

- az enzim képes továbbá az α-acetil-α-hidroxivajsav kialakulását is katalizálni az αketovajsavból és a piroszőlősavból, mely az AHAS funkciót jelenti. Ezt gátolják az imidazolinon típusú herbicidek (DUDITS-HESZKY, 2000).

26

4. ábra: Az acetolaktát szintáz (ALS) és a hidroxiecetsav szintáz (AHAS) enzimek (HESZKY-GALLI, 2008).

Számos AHAS gént izoláltak még más növényekben is, melyek köztermesztésben vannak, ezek az imidazolinon toleráns kukorica, búza, rizs, repce és természetesen a napraforgó (TAN et al., 2005).

Az ALS a sejtmagban van kódolva, de az aminosavak szintézise a kloroplasztiszban történik. Az imidazolinon típusú gyomirtó szerek is az ALS gátlásán keresztül fejtik ki hatásukat.

A géntechnológia stratégiáját a mutáns génnel való transzformáció jelenti (HESZKY, 2000). A mutáns sejt közvetlen szelekciójának a lényege, hogy a szelekciós ágenst a táptalajba kell helyezni (szelekciós táptalaj) a letális dózishoz közel álló vagy azt eltérő koncentrációban. A túlélő sejteket/sejtkolóniákat még néhányszor átoltjuk és tenyésztjük a szelekciós táptalajon, majd a túlélő mutáns (rezisztens) sejtkolóniákból növényeket regenerálunk (HESZKY et al., 2005).

A mutáns ALS gént sikerrel izolálták mikroorganizmusokból (pl. élesztő) és növényekből (pl. Arabidopsis) (MAZUR-FALCO, 1989). A napraforgónál három AHASL gént azonosítottak (AHASL1, AHASL2, AHASL3). Az AHAS-gátló toleranciát eredményező változásokat az AHASL1 génen alakulnak ki (KOLKMAN et al., 2004). Számos imidazolinokkal szemben rezisztens kultúrnövényt nemesítettek, mint például a búzát (NEWHOUSE et al., 1992), a cukorrépát (WRIGHT-PRENNER, 1998), a kukoricát (NEWHOUSE et al., 1991) és természetesen a napraforgót (MILLER-AL-KHATIB, 2002). Magyarországon imidazolinon rezisztens változatokkal a napraforgó termesztésénél találkozhatunk, ahol a technológia már évek óta sikeresen alkalmazható (REISINGER et al., 2006). Mutáns szelekcióval szulfonil-karbamid–

rezisztens vonalakat hoztak létre árpában, dohányban, cukorrépában, szójában, rizsben, lenben és

27

több kertészeti növényben. A tulajdonság mindig egyetlen génmutáció és rendszerint szemidomináns vagy domináns tulajdonságként öröklődik. Génsebészeti úton számos szulfonil urea rezisztens kultúrnövényt állítottak elő (HUNYADI et al., 2000). Az első szulfonil–karbamid ellenállóságot szabadföldi körülmények között 1987-ben az USA-ban mutatták ki Lactuca seriola poulációban (MALLORY-SMITH et al., 1990).

A rezisztencia kialakításának (rezisztens fajták előállításának) többféle módja is lehet (5.

ábra):

a./ A herbicid hatóanyaga által károsított enzim génjének mutáns változatát elő lehet állítani géntechnológiai úton, amellyel a növényt transzformálhatjuk. Ez azonban transzgénikus növényfajtákat eredményez, amellyel szemben a 21. század elején még jelentős ellenállást tapasztalhatunk a lakosság részéről.

b./ A rezisztencia előállítható a mutáns génekre történő szelekcióval is. Kukorica és újabban a napraforgó esetében ezt már megoldották és kereskedelmi forgalomban is vannak a szulfonilurea és imidazolinon gyomirtószerekkel szemben rezisztens SUMO, illetve IMI jelöléső hibridek.

Ezeket in vitro szövettenyésztéssel állították elő úgy, hogy az adott herbicid szubletális dózisát tartalmazó táptalajon tenyésztették a sejteket és a túlélő sejtekből növényeket regeneráltak.

5. ábra: A rezisztencia kialakításának módjai (DUDITS-HESZKY, 2000).

28

Azokban a rezisztens sejtekben, melyekből a növényregenerációt végezték, mutáció következett be a herbicid hatóanyaga által károsított enzimfehérje génjében. A regenerált növények minden sejtje a mutáns gént tartalmazta. A mutáns génről szintetizálódó „mutáns” enzimfehérjéhez (bizonyos pozícióban az aminosav sorrend megváltozott) a herbicid hatóanyaga már nem tud hozzákapcsolódni. Ennek következtében érzéketlenek, tehát rezisztensek a herbicidre. A SUMO és IMI hibrideket termesztő gazdák, tehát nyugodtan használhatják a szulfonilurea és imidazolinon hatóanyagú herbicideket, az csak a gyomokat fogja elpusztítani a rezisztens kultúrnövényt nem. A módszer hátránya, hogy elvileg ilyen mutációk a természetes gyomflórában spontán is keletkezhetnek, mely rezisztens gyomok kialakulásához vezethet.

Megfelelő agrotechnikával ez a veszély minimalizálható (HESZKY-GALLI, 2008).