سرقت مقاومت به علف‌کش توسط برنج وحشی از برنج زراعی در جنوب شرقی آمریکا

بررسی مقاومت علف‌های هرز برنج به علف‌کش‌ها

علف‌های هرز برنج، نزدیک‌ترین خویشاوند برنج کشت‌شده، در مزارع برنج در سرتاسر جهان رشد می‌کنند و به‌طور چشمگیری باعث کاهش محصول می‌شوند. برای مقابله با این آفت کشاورزی، کشاورزان برنج در جنوب‌شرقی ایالات متحده اقدام به کشت ارقام برنجی کردند که به‌گونه‌ای اصلاح شده بودند تا بتوانند علف‌کش‌هایی را اعمال کنند که علف‌های هرز برنج را هدف قرار دهند بدون اینکه به محصول آسیب برسانند. اما تنها چند سال پس از معرفی برنج مقاوم به علف‌کش در اوایل دهه ۲۰۰۰، کشاورزان آرکانزاس گزارش دادند که علف‌های هرز در مزارعشان نیز در حال تبدیل شدن به علف‌های هرز مقاوم به علف‌کش هستند.

تحلیل‌های آزمایشگاهی این گزارش‌ها را تأیید کرد: دانشمندان شواهدی مشاهده کردند که علف‌های هرز با برنج کشت‌شده در حال جفت‌گیری هستند و نسل‌های بعدی علف‌های هرز هیبرید، سطحی از مقاومت ژنتیکی به علف‌کش‌ها را نشان می‌دهند. اکنون یک مطالعه جدید از دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس نشان می‌دهد که بیش از نیمی از علف‌های هرز برنج نمونه‌برداری شده در منطقه کشت برنج جنوب‌شرقی ایالات متحده به علف‌کش‌ها مقاوم شده‌اند.

دانشمندان دانشگاه واشنگتن دریافتند که ۵۷٪ از ۲۰۱ نمونه علف هرز برنج که در سال ۲۰۲۲ از مزارع نه شهرستان در میسوری، آرکانزاس و لوئیزیانا جمع‌آوری شده بودند، به خانواده علف‌کش‌های ایمیدازولینون (IMI) مقاوم بودند. علاوه بر این، ۳.۵٪ از نمونه‌ها به کلاس جدیدتری از علف‌کش‌ها که از سال ۲۰۱۸ تنها در مزارع برنج جنوب‌شرقی ایالات متحده استفاده شده، مقاوم بودند.

مارشال وجر، پژوهشگر فوق‌دکتری در رشته زیست‌شناسی در دانشکده هنر و علوم، سال‌هاست که روندهای مقاومت علف‌های هرز برنج به علف‌کش‌ها را مستند می‌کند. در تحقیقات قبلی، وجر دریافت که ۹۸٪ از علف‌های هرز برنجی که در مزارع آرکانزاس در سال ۲۰۱۸ نمونه‌برداری کرده بود، نشانگرهای ژنتیکی برای سطحی از مقاومت به علف‌کش‌ها داشتند. برای مطالعه جدید در نشریه مکانیسم‌های مولکولی، وجر دامنه تحقیق خود را گسترش داد تا شامل علف‌های هرز برنج نمونه‌برداری شده از ایالت‌های همجوار نیز شود و همچنین تنوع‌های ژنتیکی در جمعیت‌های مختلف علف‌های هرز برنج در منطقه مطالعه‌اش را مورد بررسی قرار داد.

وجر در این باره گفت: “کلیرفیلد (یک بذر برنج تجاری ثبت شده) برای کشاورزان برنجی که مجبور به زندگی با علف‌های هرز بودند، معجزه‌آسا عمل کرده است. این صنعت را متحول کرد.” او به برنج مقاوم به علف‌کش اشاره کرد که کشاورزان از اوایل دهه ۲۰۰۰ شروع به کشت آن کردند. “با افزایش مقاومت به IMI در علف‌های هرز، کشاورزان مشتاق بودند تا رقم بعدی مقاوم به علف‌کش را پیدا کنند.”

مقاومت برنج پرویزیا و مکس-ایس در برابر علف‌کش‌ها

برنج‌های پرویزیا و مکس-ایس (دیگر بذرهای تجاری برنج) در برابر QPE مقاوم هستند که در خانواده‌ای کاملاً متفاوت از علف‌کش‌ها قرار دارد. این بدان معناست که مقاومت متقابل بسیار کمی وجود دارد. به همین دلیل، این نوع برنج به عنوان یک ابزار جدید در اختیار کشاورزان قرار می‌گیرد. ویدجر گفت: «این موضوع شبیه به آنتی‌بیوتیک‌ها در پزشکی است. وقتی مقاومت گسترش می‌یابد، ما به آنتی‌بیوتیک دیگری روی می‌آوریم. این کمتر به معنای شکست Clearfield است و بیشتر نشان‌دهنده این است که عمر آن به پایان رسیده است.»

چالش‌های برنج علفی

برنج علفی یکی از معضلات تولید برنج در کشت‌های سراسر جهان است. علف‌های هرز کشاورزی که خویشاوندان نزدیک محصولات هستند، چالشی برای کشاورزان به شمار می‌روند زیرا شباهت‌های فیزیکی‌شان به محصولات، شناسایی و نابودسازی آنها را دشوار می‌کند. این علف‌های هرز با محصولات برای آب، مواد مغذی و فضا رقابت می‌کنند و اغلب باعث کاهش عملکرد محصولات می‌شوند.

تا اوایل دهه ۲۰۰۰، برنج علفی به ندرت با انواع برنجی که در ایالات متحده به‌طور معمول کشت می‌شدند، تلاقی می‌کرد. ویدجر گفت: «پذیرش گسترده برنج‌های مقاوم به علف‌کش همزمان با افزایش وابستگی به ارقام برنج هیبریدی بود.» برنج هیبریدی نسبت به ارقام سنتی برنج عملکرد بالاتری دارد، اما همچنین بیشتر در معرض ریزش دانه در مزرعه است. این دانه‌ها می‌توانند در زمستان زنده بمانند و در سال‌های بعد به عنوان «برنج داوطلب» دوباره ظهور یابند. داوطلب‌ها در بازه زمانی وسیع‌تری گل می‌دهند و فرصت‌های جدیدی برای تلاقی با آفت برنج علفی فراهم می‌کنند. این یکی از راه‌هایی است که ژن‌ها می‌توانند از محصول به آفت منتقل شوند.

چالش‌های مدیریت برنج علفی

ویدجر گفت: «ما متوجه شده‌ایم که حداقل در حال حاضر، هر مزرعه ترکیب خاص خود را از برنج علفی از نظر نوع و مقاومت به علف‌کش دارد که مدیریت آن را دشوارتر می‌کند.» آلودگی به برنج علفی اهمیت زیادی دارد زیرا تأثیر اقتصادی قابل توجهی دارد. برنج علفی سالانه حدود ۴۵ میلیون دلار خسارت اقتصادی در ایالات متحده ایجاد می‌کند و صدها میلیون دلار خسارت اضافی در سطح جهانی به بار می‌آورد.

کنث اولسن، استاد زیست‌شناسی در دانشگاه جورج ویلیام و آیرین کچیک فریبرگ و نویسنده ارشد این مطالعه گفت: «این یافته‌ها نشان‌دهنده سازگاری فوق‌العاده برنج علفی و دیگر علف‌های هرز کشاورزی هستند و توانایی آنها برای رشد و شکوفایی با وجود تلاش‌های ما برای کنترل آنها.» در این خصوص، آنها بهترین دفاعی را که ما در برابر آنها داشتیم – یعنی مقاومت به علف‌کش – از ارقام برنج با عملکرد بالا خودمان گرفته‌اند.

تأمین مالی

این مطالعه بخشی از طریق برنامه تحقیقاتی ژنوم گیاهی بنیاد ملی علوم (NSF) با شماره IOS-1947609 تأمین مالی شده است.