A discrete evolutionary genetic model for the emergence of metabolic resistance

Autor/innen

  • Otto Richter
  • Dirk Langemann
  • Janin Rummland

DOI:

https://doi.org/10.5073/jka.2012.434.013

Abstract

Metabolic resistance refers to the biochemical processes within the plant that degrade herbicides to less toxic compounds, resulting in a shift of the dose-response curve. A multi allelic fitness model is used to simulate the emergence of metabolic resistance. A diploid population with a single resistance locus is considered with K number of alleles. The joint evolutionary dynamics model as described by HUILLET and MARTINEZ (2011) is applied to the dynamics of metabolic resistance. This is achieved by relating the fitness parameters to the form of the dose response curve which is characterized by a steepness and a threshold parameter (ED50 value). It is assumed that the threshold parameter of individuals in a population is log-normally distributed as the result of normal genetic variation. This means that there are only very few individuals with a high degree of metabolic resistance (high threshold parameter) in a weed population if no herbicides are applied. Under the long term application of only herbicide with one mode of action, the model produces the gradual shift of the mean dose response curve of the model weed population as frequently observed in the field. The model is used to understand the dynamics of the development of metabolic resistance under field conditions.

Keywords: Evolution, genetic model, metabolic resistance, multi-allelic fitness model

Ein zeitdiskretes genetisches Modell für die Entwicklung metabolischer Resistenz

Metabolische Resistenz ist die Fähigkeit eines Organismus, toxische Substanzen abzubauen, was zu einer Verschiebung von Dosis-Wirkungskurven (ED50-Werte) führt. Ein generelles genetisches Modell (HUILLET und MARTINEZ, 2011) für eine diploide Population mit einem einzelnen Resistsnz-Lokus und K Allelen wurde auf das Auftreten von metabolischer Resistenz angewendet. Dazu wurden die Fitnesskoeffizienten mit einer Dosiswirkungskurve verknüpft. Die Form der Kurve ist durch einen Schwellenwert (ED50-Wert) und einen Formparameter für die Steigung bestimmt. Jedes Allel Ai trägt zur Expression von einem bestimmen Schwellenwert innerhalb des Individuums bei. Es wird angenommen, dass der Schwellenwert in einer unbehandelten Population logarithmisch normalverteilt ist, d.h. die Frequenz von Individuen mit hohen ED50-Werten ist äußerst gering. Das Modell liefert die Verschiebung der Dosiswirkungskurve einer Population unter der kontinuierlichen Anwendung von Herbiziden mit dem gleichen Wirkungsmechanismus und wird dazu verwendet, Managementverfahren zur Verzögerung des Auftretens der metabolischen Resistenz zu bewerten.

Stichwörter: Evolution, genetisches Modell, metabolische Resistenz, Resistenzmanagement

Downloads

Veröffentlicht

2012-03-06

Ausgabe

Rubrik

Herbizidresistenz bei Unkräutern / Herbicide resistance in weeds