Im Südosten der USA raubt Unkrautreis dem Kulturreis die Herbizidresistenz

Unkrautreis ist ein enger Verwandter des Kulturreises, der weltweit Reisfelder befällt und die Erträge drastisch reduziert. Um diesen landwirtschaftlichen Schädling zu bekämpfen, haben Reisbauern im Südosten der USA Reissorten angebaut, die so angepasst wurden, dass sie Herbizide anwenden können, die gegen unkrautigen Reis vorgehen, ohne die Ernte zu schädigen.

Doch nur wenige Jahre nach der Einführung von herbizidresistentem Reis Anfang der 2000er Jahre berichteten Landwirte in Arkansas, dass auch Unkräuter auf ihren Feldern herbizidresistent wurden. Laboranalysen bestätigten diese Berichte: Wissenschaftler sahen Hinweise darauf, dass sich das Unkraut mit der Kulturpflanze Reis vermehrte und dass nachfolgende Generationen von Hybridunkräutern ein gewisses Maß an genetischer Resistenz gegen Herbizide aufwiesen.

Nun zeigt eine neue Studie der Washington University in St. Louis, dass mehr als die Hälfte des in der Reisanbauregion im Südosten der USA beprobten Unkrautreises herbizidresistent geworden ist. Die Forschung ist veröffentlicht im Tagebuch Molekulare Ökologie.

WashU-Wissenschaftler fanden heraus, dass 57 % von 201 Proben von Unkrautreis, die im Jahr 2022 auf Feldern in neun Landkreisen oder Gemeinden in Missouri, Arkansas und Louisiana gesammelt wurden, gegen die Herbizidfamilie Imidazolinon (IMI) resistent waren. Darüber hinaus waren 3,5 % der Proben resistent gegen eine weitere neuere Klasse von Herbiziden, die seit 2018 nur noch in Reisfeldern im Südosten der USA eingesetzt wird.

Marshall Wedger, Postdoktorand in Biologie in Arts & Sciences, dokumentiert seit Jahren Trends bei der Resistenz gegen Unkrautreisherbizide. In früheren Untersuchungen stellte Wedger fest, dass 98 % des unkrautigen Reises, den er 2018 auf Reisfeldern in Arkansas beprobte, genetische Marker für ein gewisses Maß an Herbizidresistenz aufwiesen.

Für die neue Studie erweiterte Wedger seine Untersuchung um Unkrautreisproben aus Nachbarstaaten und berücksichtigte auch genetische Variationen innerhalb verschiedener Populationen von Unkrautreis in seinem Untersuchungsgebiet.

„Clearfield (ein markenrechtlich geschütztes kommerzielles Reissaatgut) hat bei Reisbauern, die mit Unkrautreis leben mussten, Wunder bewirkt. Es hat die Branche revolutioniert“, sagte Wedger und bezog sich dabei auf den herbizidresistenten Kulturreis, den die Landwirte Anfang der 2000er Jahre anpflanzten.

„Da die Resistenz gegen IMI bei den Unkräutern immer häufiger vorkam, waren die Landwirte gespannt auf die nächste herbizidresistente Sorte“, sagte er. „Provisia- und Max-Ace-Reis (andere kommerzielle Reissamen) sind resistent gegen QPE, das zu einer völlig anderen Familie von Herbiziden gehört – was bedeutet, dass es nur sehr wenig Kreuzresistenz gibt. Daher ist es ein weiteres Werkzeug im Arsenal eines Landwirts.“

„Es ist ähnlich wie bei Antibiotika in der Medizin“, fuhr Wedger fort. „Wenn Resistenzen weit verbreitet sind, gehen wir zu einem anderen Antibiotikum über. Es liegt weniger daran, dass Clearfield versagt hat, sondern eher daran, dass seine Lebensdauer abgelaufen ist.“

Unkrautiger Reis ist eine Plage für den Reisanbau auf der ganzen Welt. Unkräuter in der Landwirtschaft, die eng mit Nutzpflanzen verwandt sind, stellen für Landwirte eine Herausforderung dar, da sie den Nutzpflanzen physikalisch ähneln und es schwierig machen, Unkräuter zu erkennen und auszurotten. Unterwegs konkurrieren die Nachahmer mit den Nutzpflanzen um Wasser, Nährstoffe und Platz – was oft zu einem Rückgang der Ernteerträge führt.

Bis in die frühen 2000er-Jahre kam es selten zu einer Kreuzung von Unkrautreis mit den Reissorten, die üblicherweise in den USA angebaut wurden

Die weit verbreitete Einführung von herbizidresistentem Reis fiel mit einer zunehmenden Abhängigkeit von Hybridreissorten zusammen, sagte Wedger. Hybridreis ist ertragreicher als herkömmliche Reissorten, neigt aber auch dazu, mehr Samen auf dem Feld zu verteilen.

Diese Samen können überwintern und in den Folgejahren als „Freiwilligenreis“ wieder austreiben. Freiwillige blühen über einen größeren Zeitraum hinweg und eröffnen so neue Möglichkeiten für die Kreuzung mit dem eng verwandten Reisschädling. Auf diese Weise können Gene von der Pflanze zum Schädling gelangen.

„Wir stellen fest, dass einzelne Felder – zumindest im Moment – ​​ihre eigene Zusammensetzung von Unkrautreis in Bezug auf Sortenzusammensetzung und Herbizidresistenz haben, was die Bewirtschaftung schwieriger macht“, sagte Wedger.

Unkrautbefall bei Reis ist wichtig, da er erhebliche wirtschaftliche Auswirkungen hat. Unkrautreis verursacht in den Vereinigten Staaten jedes Jahr schätzungsweise 45 Millionen US-Dollar an wirtschaftlichen Verlusten – und weltweit zusätzliche Verluste in Höhe von Hunderten Millionen US-Dollar.

„Diese Ergebnisse sind ein weiterer Indikator für die unglaubliche Anpassungsfähigkeit von Unkrautreis und anderen landwirtschaftlichen Unkräutern – und für ihre Fähigkeit, trotz unserer besten Bemühungen, sie zu bekämpfen, zu gedeihen“, sagte Kenneth Olsen, George William und Irene Koechig Freiberg-Professor für Biologie in Kunst und Kultur. Sciences und leitender Autor der neuen Studie. „In diesem Fall haben sie sich die beste Verteidigung, die wir gegen sie hatten – Herbizidresistenz – direkt aus unseren eigenen ertragreichen Reissorten geschnappt.“