Molecular characterization of accessions of crabgrass (Digitaria nuda) and response to ametryn

Vieira, Viviane Cristina; Alves, Pedro Luís da Costa Aguiar; Picchi, Simone Cristina; Lemos, Manoel Victor Franco; Sena, Janete Apparecida Desidério

doi:10.4025/actasciagron.v32i2.3841

Abstracts

Digitaria species are sugar cane crop weeds in Brazil and are being controlled with herbicides, although there are some reports of control failure, notably to the triazine group. Molecular techniques are recommended to analyze the genetic variability in weeds. RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA), PCR-RFLP (Polymerase Chain Reaction - Restriction Fragment Length Polymorphism) and, in combination with sequencing, allow the localization of resistance genes, as well as possible mutations related to the onset of resistant individuals in some species. Thus, the objective of this work was to characterize ten accessions of Digitaria spp. by RAPD and PCR-RFLP markers, to sequence a conserved region of the psbA gene and evaluate the accessions response to ametryn. As showed by molecular analysis there was high genetic similarity among the accessions, all of them presented similar genetics profiles and were susceptible to ametryn.

Digitaria; psbA gene; RAPD; sequencing; triazine; weed

As espécies de Digitaria são plantas daninhas nas lavouras de cana-de-açúcar no Brasil e estão sendo controladas com herbicidas, porém há alguns relatos de falha no controle, notavelmente ao grupo das triazinas. Técnicas moleculares são recomendadas para análise da variabilidade genética em plantas daninhas, como o RAPD (DNA Polimórfico Amplificado ao Acaso) e PCR-RFLP (Reação da Polimerase em Cadeia - Polimorfismo no Comprimento de Fragmentos de Restrição) e, aliadas ao sequenciamento, permitem a localização de genes de resistência, bem como possíveis mutações relacionadas ao surgimento de indivíduos resistentes em algumas espécies. Com isso, o objetivo deste trabalho foi caracterizar dez acessos de Digitaria spp. por meio de marcadores RAPD e PCR-RFLP, sequenciar uma região conservada do gene psbA e analisar a resposta destes à ametrina. Pela análise molecular houve elevada similaridade genética entre os acessos, pois todos apresentaram perfis genéticos semelhantes e foram suscetíveis à ametrina.

Digitaria; gene psbA; RAPD; sequenciamento; triazina; planta daninha

GENETICS AND PLANT BREEDING

Molecular characterization of accessions of crabgrass (Digitaria nuda) and response to ametryn

Caracterização molecular de acessos de capim-colchão (Digitaria nuda) e resposta à ametrina

Viviane Cristina Vieira^* * Author for correspondence. E-mail: vivicvieira@yahoo.com.br License information: This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. ; Pedro Luís da Costa Aguiar Alves; Simone Cristina Picchi; Manoel Victor Franco Lemos; Janete Apparecida Desidério Sena

Departamento de Biologia Aplicada à Agropecuária, Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho", Via de Acesso Prof. Paulo Donato Castellane, s/n, 14884-900, Jaboticabal, São Paulo, Brasil.

ABSTRACT

Digitaria species are sugar cane crop weeds in Brazil and are being controlled with herbicides, although there are some reports of control failure, notably to the triazine group. Molecular techniques are recommended to analyze the genetic variability in weeds. RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA), PCR-RFLP (Polymerase Chain Reaction Restriction Fragment Length Polymorphism) and, in combination with sequencing, allow the localization of resistance genes, as well as possible mutations related to the onset of resistant individuals in some species. Thus, the objective of this work was to characterize ten accessions of Digitaria spp. by RAPD and PCR-RFLP markers, to sequence a conserved region of the psbA gene and evaluate the accessions response to ametryn. As showed by molecular analysis there was high genetic similarity among the accessions, all of them presented similar genetics profiles and were susceptible to ametryn.

Key words: Digitaria, psbA gene, RAPD, sequencing, triazine, weed.

RESUMO

As espécies de Digitaria são plantas daninhas nas lavouras de cana-de-açúcar no Brasil e estão sendo controladas com herbicidas, porém há alguns relatos de falha no controle, notavelmente ao grupo das triazinas. Técnicas moleculares são recomendadas para análise da variabilidade genética em plantas daninhas, como o RAPD (DNA Polimórfico Amplificado ao Acaso) e PCR-RFLP (Reação da Polimerase em Cadeia Polimorfismo no Comprimento de Fragmentos de Restrição) e, aliadas ao sequenciamento, permitem a localização de genes de resistência, bem como possíveis mutações relacionadas ao surgimento de indivíduos resistentes em algumas espécies. Com isso, o objetivo deste trabalho foi caracterizar dez acessos de Digitaria spp. por meio de marcadores RAPD e PCR-RFLP, sequenciar uma região conservada do gene psbA e analisar a resposta destes à ametrina. Pela análise molecular houve elevada similaridade genética entre os acessos, pois todos apresentaram perfis genéticos semelhantes e foram suscetíveis à ametrina.

Palavras-chave: Digitaria, gene psbA, RAPD, sequenciamento, triazina, planta daninha.

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Received on November 8, 2008.

Accepted on June 9, 2009.

CANTO-DOROW, T. S. Digitaria Heister ex Haller. In: WANDERLEY, M. G. L.; SHEPHERD, G. J.; GIULIETTI, A. M. (Ed.). Flora fanerogâmica do Estado de São Paulo São Paulo: HUCITEC, 2001. p. 143-150.
CANTO-DOROW, T. S. Caracterização e distribuição de espécies de Digitaria Haller (Poaceae) conhecidas como "capim-colchão" Santa Maria: Universidade Federal de Santa Maria, 2009.
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DIAS, N. M. P.; CHRISTOFFOLETI, P. J.; TORNISIELO, V. L. Identificação taxonômica de espécies de capim-colchão infestantes da cultura da cana-de-açúcar no Estado de São Paulo e eficácia de herbicidas no controle de Digitaria nuda Bragantia, v. 64, n. 3, p. 389-396, 2005a.
DIAS, N. M. P.; PEREIRA, M. R. D. B.; LOPEZ-OVEJERO, R. F.; CHRISTOFFOLETI, P. J.; BARELA, J. F.; TORNISIELO, V. L. Population dynamics of Digitaria spp. submitted to selection pressure by herbicides in sugarcane crop. Journal of Environmental Science and Health, v. 40, n. 1, p. 21-28, 2005b.
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*

Author for correspondence. E-mail:

vivicvieira@yahoo.com.br

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28 June 2013
Date of issue
June 2010

History

Received
08 Nov 2008
Accepted
09 June 2009

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

[1] CANTO-DOROW, T. S. Digitaria Heister ex Haller. In: WANDERLEY, M. G. L.; SHEPHERD, G. J.; GIULIETTI, A. M. (Ed.). Flora fanerogâmica do Estado de São Paulo São Paulo: HUCITEC, 2001. p. 143-150.

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[4] CARDOSO, L. R.; MARTINS, D.; MORI, E. S.; TERRA, M. A. Variabilidade genética entre populações de Pistia stratiotes Planta Daninha, v. 23, n. 2, p. 181-185, 2005.

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[8] DIAS, N. M. P.; CHRISTOFFOLETI, P. J.; TORNISIELO, V. L. Identificação taxonômica de espécies de capim-colchão infestantes da cultura da cana-de-açúcar no Estado de São Paulo e eficácia de herbicidas no controle de Digitaria nuda Bragantia, v. 64, n. 3, p. 389-396, 2005a.

[9] DIAS, N. M. P.; PEREIRA, M. R. D. B.; LOPEZ-OVEJERO, R. F.; CHRISTOFFOLETI, P. J.; BARELA, J. F.; TORNISIELO, V. L. Population dynamics of Digitaria spp. submitted to selection pressure by herbicides in sugarcane crop. Journal of Environmental Science and Health, v. 40, n. 1, p. 21-28, 2005b.

[10] FREY, J. E.; MÜLLER-SCHÄRER, H.; FREY, B.; FREI, D. Complex relation between triazine-susceptible phenotype and genotype in the weed Senecio vulgaris may be caused by chloroplast DNA polymorphism. Theoretical and Applied Genetics, v. 99, n. 3-4, p. 578-586, 1999.

[11] GORDON, D.; ABAJIAN, C.; GREEN, P. Consed: a graphical toll for sequence finishing. Genome Research, v. 8, n. 3, p. 195-202, 1998.

[12] HOLT, J. S.; POWLES, S. B.; HOLTUM, A. M. Mechanisms and agronomic aspects of herbicide resistance. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, v. 44, p. 203-229, 1993.

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[15] SINNING, I.; MICHEL, H.; MATHIS, P.; RUTHERFORD, A. W. Characterization of four herbicide-resistant mutants of Rhodopseudomonas viridis by genetic analysis, eletron paramagnetic resonance, and optical spectroscopy. Biochemistry, v. 28, n. 13, p. 5544-5553, 1989.

[16] SWOFFORD, D. L. PAUP: Phylogenetic analysis using parcimony, version 4.0b10. Sunderland: Sinauer Associates, 2002.

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[19] TREBST, A. The three-dimensional structure of the herbicide binding niche on the reaction center polypeptides of photosystem II. Zeitschrift fur Naturforschung. Section C. Biosciences, v. 42, n. 6, p. 742-750, 1987.

[20] WILLIAMS, J. G. K.; KUBELIK, A. R. K.; LIVAK, J. L. DNA polymorphisms amplified by arbitrary primers are useful as genetic markers. Nucleic Acids Research, v. 18, n. 22, p. 6531-6535, 1990.

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