INTRODUCCIÓN

El glifosato y los inhibidores de la acetolactato sintasa (ALS) son herbicidas que inhiben la síntesis de aminoácidos en su mecanismo de acción: el glifosato inhibe la síntesis de aminoácidos aromáticos y los inhibidores de la ALS, la de aminoácidos ramificados. Ambos presentan bastantes efectos fisiológicos comunes en su mecanismo de acción: la acumulación de aminoácidos, la disminución de proteína soluble (^{Zulet et al., 2013}) y el estrés oxidativo (^{Eceiza et al., 2022}, 2023).

Las plantas han desarrollado sistemas de señalización molecular en respuesta al estrés causado por las condiciones ambientales adversas, como los herbicidas. Uno de los sistemas de señalización más importantes es el sistema hormonal, que se encarga de la regulación y coordinación mediante la producción de las hormonas. Las hormonas vegetales o fitohormonas se difunden pasando de célula a célula y se requieren en cantidades mínimas para realizar su función: control del crecimiento y el desarrollo, afectando a la división, el alargamiento y a la diferenciación celular. Los grupos clásicos de hormonas incluyen las auxinas, las giberelinas (GAs), las citoquininas (CKs), el ácido abscísico (ABA) y el etileno; aunque, actualmente, también se consideran como principales otras hormonas como el jasmonato (JA). La inducción de cada grupo de hormonas cumple funciones diferentes. Así, el ABA reprime el crecimiento de las plantas induciendo el cierre estomático, mientras que el etileno promueve la senescencia y abscisión foliares; la sobreproducción de ambas hormonas es una respuesta muy común ante diferentes estreses ambientales. Por el contrario, las auxinas (sobre todo el ácido indolacético, IAA) protegen a la planta del estrés oxidativo e inducen el crecimiento, igual que las GAs y las CKs (^{Lecube et al., 2014}; ^{Majid & Abbas, 2018}).

A pesar de que el glifosato y los inhibidores de la ALS son herbicidas ampliamente utilizados y estudiados, hay muy pocos estudios sobre las posibles alteraciones en el contenido de las hormonas en respuesta a dichos herbicidas. En este trabajo, se ha tratado de elucidar la implicación del sistema hormonal en el modo de acción de los herbicidas glifosato y nicosulfurón (inhibidor de la ALS), en individuos sensibles y resistentes target-site de Amaranthus palmeri S. Watson, una de las malas hierbas de mayor interés a nivel mundial en la actualidad.

MATERIALES Y MÉTODOS

Material vegetal y tratamientos

Las poblaciones sensible y resistente a glifosato (GLS y GLR), originarias de Carolina del Norte, EE. UU., fueron cedidas por el Dr. Gaines (Universidad Estatal de Colorado, CO, EE. UU.). Las poblaciones sensible y resistente a inhibidores de la ALS (AIS y AIR), originarias de Lleida, fueron cedidas por el Dr. Torra (Universidad de Lleida). Estudios previos caracterizaron los mecanismos de resistencia target-site frente a glifosato (^{Fernández-Escalada et al., 2016}) y a inhibidores de la ALS (Torra et al., 2020; ^{Eceiza et al., 2023}) en las respectivas poblaciones resistentes. En el caso de la población GLR, la resistencia venía dada por una amplificación génica de la 5-enolpiruvil-3-fosfato sintasa (EPSPS), enzima diana del glifosato. Las plantas de la población AIR contenían una mutación en la posición Trp-574 del gen ALS.

Las plantas fueron crecidas en cultivo hidropónico puro con aireación forzada (^{Fernández-Escalada et al., 2016}) y fueron tratadas a los 19-22 días de edad. Sobre las poblaciones GLS y GLR, se aplicó el herbicida glifosato (Fortin Green®) en dos dosis: dosis recomendada (DR) equivalente a 0,84 kg m.a. ha^-1 y 3 veces la dosis recomendada; sobre las poblaciones GLS y GLR, se aplicó el herbicida nicosulfurón (SAMSON®) en dos dosis: dosis recomendada equivalente a 0,06 kg m.a. ha^-1 y 3 veces la dosis recomendada. Se dejaron algunas plantas sin tratar (controles) en todas las poblaciones. Se muestrearon las hojas a los tres días en el caso del glifosato y de siete días en el caso del nicosulfurón.

Contenido de hormonas

Se analizaron las auxinas (IAA y su forma conjugada, IAAC), el ABA, las GAs, las CKs, el JA y los compuestos de ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico (ACC). El método aplicado para el análisis de las hormonas está basado en ^{Qian et al. (2021}); el contenido de todas ellas fue determinado mediante cromatografía de líquidos de ultra-alto rendimiento.

Análisis estadístico

Las plantas de las poblaciones GLS y GLR no se compararon con las de AIS y AIR, en ningún caso: los experimentos con glifosato y con nicosulfurón fueron experimentos paralelos separados. Las diferencias entre los controles GLS y GLR y entre los controles AIS y AIR se evaluaron mediante la prueba t de Student (p < 0,05). Las diferencias entre tratamientos dentro de una misma población se evaluaron mediante ANOVA de una vía seguida de la prueba posthoc HSD de Tukey (p < 0,05).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En las plantas sensibles (GLS y AIS) tratadas con los herbicidas, el crecimiento se redujo y poco después murieron (aún vivían en el momento del muestreo), aunque la acción del glifosato fue más rápida que la del nicosulfurón. Las plantas resistentes (GLR y AIR) sobrevivieron a todos los tratamientos; en las plantas GLR tratadas con la mayor dosis de glifosato se observaron algunos efectos visuales y una ligera reducción del crecimiento, que no se observó en las plantas AIR tratadas con nicosulfurón.

La Figura 1 muestra el contenido de hormonas ligadas al estrés (JA, ABA, IAA e IAAC). En respuesta al glifosato, destaca el incremento del ABA, tanto en plantas sensibles como en resistentes, junto con el descenso del JA. Sin embargo, en respuesta al nicosulfurón, los incrementos más significativos se observaron en las auxinas (IAA, IAAC) en la población sensible. Así, se muestra una respuesta contraria de las plantas a los herbicidas glifosato y nicosulfurón.

Figura 1 Contenido en ácido jasmónico (JA, A), indolacético (IAA, B), indolacético conjugado (IAA, C) y abscísico (ABA, D) en poblaciones de Amaranthus palmeri sensible a glifosato (GLS), resistente a glifosato (GLR), sensible a inhibidores de ALS (AIS) y resistente a inhibidores de ALS (AIR). Tratamientos: sin tratar (control, C), dosis recomendada de glifosato (G) o nicosulfurón (N), y 3 veces la dosis recomendada de glifosato (3G) o nicosulfurón (3N). Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos en cada población (ANOVA, HSD Tukey, p < 0,05). 

Con respecto a las GAs, se obtuvieron datos representativos de la GA7, la GA15 y la GA19 (datos no mostrados) y la GA7, mostró un ligero incremento significativo en la población AIS tratada con la dosis más alta de nicosulfurón.

El ABA, inducido por el glifosato, es una respuesta clásica a muchos tipos de estreses, e induce el cierre estomático, que se traduce finalmente en una reducción del crecimiento. Tanto las plantas sensibles como las resistentes incrementan el ABA en respuesta al glifosato, lo que indica que, a pesar de la resistencia, el glifosato genera cierta respuesta en las plantas resistentes. Sin embargo, en el caso del nicosulfurón, se induce la síntesis de hormonas del crecimiento: las auxinas y las GAs. Una posible hipótesis es que esta diferencia en la señalización hormonal esté relacionada con el hecho de que el glifosato lleve a las plantas a la muerte mucho más rápidamente que los inhibidores de la ALS.

Figura 2 Contenido en metionina (A), ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico (ACC, B), jasmonil-ACC (JA-ACC, C) y malonil-ACC (MACC, D), en poblaciones de Amaranthus palmeri sensible a glifosato (GLS), resistente a glifosato (GLR), sensible a inhibidores de ALS (AIS) y resistente a inhibidores de ALS (AIR). Tratamientos: sin tratar (control, C), dosis recomendada de glifosato (G) o nicosulfurón (N), y 3 veces la dosis recomendada de glifosato (3G) o nicosulfurón (3N). Asteriscos indican diferencias significativas en plantas sin tratar de dos poblaciones (t de Student, p < 0,05). Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos en cada población (ANOVA, HSD Tukey, p < 0,05). 

El etileno no pudo medirse con los recursos disponibles, pero sí se midió su precursor inmediato, el ACC, y sus formas de reserva principales, jasmonil-ACC (JA-ACC) y malonil-ACC (MACC); y el aminoácido metionina, precursor del ACC. Las poblaciones sensibles sin tratar presentaron mayor contenido en metionina que las resistentes. En respuesta al glifosato, se incrementó el MACC en la población GLS, pero disminuyó el JA-ACC, resultando en una disminución global de ACC. En respuesta al nicosulfurón, el contenido en todas las formas de ACC descendió en la población sensible. En ninguna de las poblaciones resistentes (GLS y AIR) tratadas se observaron cambios en los compuestos relacionados con el etileno (Figura 2). Esto parece indicar un incremento del etileno en respuesta a ambos herbicidas en las poblaciones sensibles, y una variación no significativa en las resistentes, lo que, además, sería coherente con estudios realizados en otras especies (^{Burns et al., 1999}; ^{Einhardt et al., 2020}).

CONCLUSIONES

En resumen, el glifosato y los inhibidores de la ALS como el nicosulfurón provocan efectos fisiológicos similares en su modo de acción, pero este estudio realizado en Amaranthus palmeri ha mostrado que la respuesta hormonal que inducen es diferente. Mientras que el glifosato induce la síntesis de hormonas supresoras del crecimiento, el nicosulfurón induce las promotoras. En respuesta a ambos herbicidas, por tanto, hay señalización del estrés, pero de forma contrapuesta.