Discovering the mechanism of enhanced metabolism in flufenacet resistant grass weeds

Abstract

Inhibitors of very long chain fatty acid synthesis (VLCFAs, HRAC group K3) including flufenacet-based products are key herbicides in weed management strategies in particular of Western European cereal growing areas. They offer an alternative mode of action to those of frequently applied post-emergence active ingredients e.g. ACCase and ALS chemistries. In comparison, herbicide resistance to VLCFAs inhibitors develops considerably slower. Yet, resistance to the 'low-risk' herbicide flufenacet was documented in multi-resistant ryegrass (Lolium spp.) in the northwestern United States. A 46-fold resistance shift in a population from Washington State was observed in a dose-response bioassay. The resistance levels described in black-grass (Alopecurus myosuroides Huds.) field populations are lower and generally within the range of environmentally caused inconsistency in efficacy. An artificial selection of two UK multi-resistant black-grass populations with flufenacet applied annually for eight successive years resulted in resistant progeny surviving the field rate. Besides characterizing the degree of resistance in black-grass and ryegrass populations, we demonstrated that flufenacet resistance in these populations was caused by enhanced metabolism. No cross-resistance between flufenacet and pyroxasulfone, the newest VLCFAs-inhibiting herbicide, occurred in the ryegrass population. A good understanding of the resistance mechanism and early diagnostics can help preserve the efficacy of flufenacet.

Untersuchung des Mechanismus zum schnelleren Flufenacet-Abbau in resistenten Ungräsern

Inhibitoren der Synthese sehr langkettiger Fettsäuren (VLCFAs, HRAC-GruppeK3) wie z.B. Flufenacetprodukte gehören vor allem in Westeuropa mit zu den entscheidenden Herbiziden der Unkrautbekämpfungsstrategien in Getreide. VLCFAs-lnhibitoren stellen einen alternativen Wirkmechanismus zu den häufig applizierten Wirkstoffen der ACCase- oder ALS-Inhibitoren dar und bieten den Vorteil, dass sich ihnen gegenüber Resistenzen wesentlich langsamer entwickeln. Auch wenn das Resistenzrisiko dieser Herbizide als niedrig eingestuft wird, konnten beispielsweise Resistenzen in Weidelgras-Populationen (Lolium spp.) in den nordwestlichen USA festgestellt werden. Bei einer Population aus Washington State konnte in einem Dosis-Wirkungsversuch eine 46-fache Verschiebung des Resistenzniveaus beobachtet werden. Die Resistenzniveaus, die bei Ackerfuchsschwanz (Alopecurus myosuroides Huds.) in Feldpopulationen beobachtet werden sind jedoch wesentlich geringer und liegen innerhalb der für Vorauflaufherbizide charakteristischen Wirkungsbreite. Durch künstliche Selektion zweier multi-resistenter A. myosuroides-Populationen mit jährlich applizierten Flufenacetdosen konnten in acht aufeinanderfolgenden Jahren resistente Nachkommen selektiert werden, die die empfohlene Feldaufwandmenge überlebten. Wir konnten in dieser Studie das Resistenzlevel der genannten A. myosuroides- und Lolium-Populationen charakterisieren und den hauptsächlich zugrundeliegenden Resistenzmechanismus als metabolische Resistenz identifizieren. Ein weiteres Experiment zeigte, dass in der getesteten Lolium-Population keine Kreuzresistenz mit dem neusten VLCFAs-Hemmer Pyroxasulfon besteht. Ein gutes Verständnis der Resistenzmechanismen und frühe Resistenzdiagnose können dazu beitragen, die Wirksamkeit von Flufenacet aufrechtzuerhalten.