No sudeste dos EUA, o arroz daninho rouba a resistência a herbicidas do arroz cultivado

(Por Talia Ogliore) O arroz daninho é um parente próximo do arroz cultivado que infesta os campos de arroz no mundo todo e reduz drasticamente os rendimentos. Para combater essa praga agrícola, os produtores de arroz no sudeste dos Estados Unidos têm plantado cultivares de arroz que foram ajustadas para permitir que eles apliquem herbicidas que atacam o arroz daninho sem prejudicar a colheita.

Mas apenas alguns anos após a introdução do arroz resistente a herbicidas no início dos anos 2000, os fazendeiros do Arkansas começaram a relatar que as ervas daninhas em seus campos estavam se tornando resistentes a herbicidas também. Análises de laboratório verificaram esses relatos: os cientistas viram evidências de que as ervas daninhas estavam se reproduzindo com o arroz cultivado e que as gerações subsequentes de ervas daninhas híbridas tinham algum nível de resistência genética ao herbicida.

Agora, um novo estudo da Universidade de Washington, em St. Louis, mostra que mais da metade do arroz daninho coletado na região de cultivo de arroz do sudeste dos EUA se tornou resistente a herbicidas.

Cientistas da WashU descobriram que 57% de 201 amostras de arroz daninho coletadas de campos em nove condados ou paróquias do Missouri, Arkansas e Louisiana em 2022 eram resistentes à família de herbicidas imidazolinona (IMI). Além disso, 3,5% das amostras eram resistentes a outra classe mais nova de herbicidas que só tem sido usada em campos de arroz do sudeste dos EUA desde 2018.

Marshall Wedger, um pesquisador de pós-doutorado em biologia em Artes e Ciências, vem documentando tendências na resistência a herbicidas de arroz daninho há anos. Em pesquisas anteriores, Wedger descobriu que 98% do arroz daninho que ele coletou em campos de arroz do Arkansas em 2018 tinham marcadores genéticos para algum nível de resistência a herbicidas. Para o novo estudo no periódico Molecular Ecology, Wedger expandiu sua investigação para incluir arroz daninho coletado de estados vizinhos e também considerou variações genéticas dentro de diferentes populações de arroz daninho em sua área de estudo.

“Clearfield (uma semente de arroz comercial registrada) fez maravilhas para produtores de arroz que estavam presos a viver com arroz daninho. Revolucionou a indústria”, disse Wedger, referindo-se ao arroz resistente a herbicidas que os produtores começaram a plantar no início dos anos 2000.

“À medida que a resistência ao IMI se tornava cada vez mais prevalente nas ervas daninhas, os agricultores estavam ansiosos pela próxima cultivar resistente a herbicidas”, disse ele. “O arroz Provisia e Max-Ace (outras sementes comerciais de arroz) são resistentes ao QPE, que está em uma família de herbicidas totalmente diferente — o que significa que haveria muito pouca resistência cruzada. Como tal, é outra ferramenta no arsenal de um agricultor.

“É semelhante aos antibióticos na medicina”, disse Wedger. “Quando a resistência se espalha, passamos para outro antibiótico. Não é tanto que Clearfield falhou e sim que sua vida útil seguiu seu curso.”

O arroz daninho é um flagelo da produção de arroz cultivado em todo o mundo. As ervas daninhas agrícolas que são parentes próximas das culturas apresentam um desafio aos agricultores devido às suas semelhanças físicas com as culturas , o que torna as ervas daninhas difíceis de detectar e erradicar. Ao longo do caminho, os imitadores competem com as culturas por água, nutrientes e espaço — muitas vezes deprimindo os rendimentos comerciais.

Até o início dos anos 2000, o arroz daninho raramente cruzava com os tipos de arroz comumente cultivados nos EUA.

A adoção generalizada de arroz resistente a herbicidas coincidiu com o aumento da dependência de cultivares de arroz híbrido, disse Wedger. O arroz híbrido tem maior rendimento do que as variedades tradicionais de arroz, mas também é propenso a quebrar mais sementes no campo, o que tornou-se um grave problema de qualidade para as mais recentes safras estadunidense. A colheita de 2024, por exemplo, registra um rendimento industrial com indicadores de qualidade historicamente inferiores.

Essas sementes podem hibernar e ressurgir nos anos subsequentes como “arroz voluntário”. As plantas “espontâneas” florescem em uma janela de tempo mais ampla, abrindo novas oportunidades de cruzamento com a praga do arroz daninha intimamente relacionada. Essa é uma maneira pela qual os genes podem viajar da cultura invasora para a planta comercial, e vice-versa.

“Descobrimos que, pelo menos por enquanto, campos individuais têm suas próprias composições de arroz daninho em termos de composição de linhagem e resistência a herbicidas, o que torna o manejo mais difícil”, disse Wedger.

Infestações de arroz daninho são importantes porque têm um impacto econômico significativo. O arroz daninho causa perdas econômicas estimadas de US$ 45 milhões nos Estados Unidos a cada ano — e centenas de milhões de dólares em perdas adicionais no mundo todo.

“Essas descobertas são mais um indicador da incrível adaptabilidade do arroz daninho e de outras ervas daninhas agrícolas — e sua capacidade de prosperar apesar de nossos melhores esforços para controlá-las”, disse Kenneth Olsen , professor de Biologia em Artes e Ciências da George William and Irene Koechig Freiberg e autor sênior do novo estudo. “Neste caso, eles pegaram a melhor defesa que tivemos contra eles — resistência a herbicidas — diretamente de nossas próprias cultivares de arroz de alto rendimento.”

O arroz daninho tornou-se resistente a herbicidas através de uma evolução rápida

Em um artigo publicado em 8 de setembro no periódico Communications Biology , cientistas da Washington University em St. Louis e da University of Arkansas relatam que uma praga de plantação chamada arroz daninho se tornou amplamente resistente a herbicidas em regiões onde arroz resistente a herbicidas é plantado. O estudo destaca os desafios enfrentados pelos produtores de arroz dos EUA quando eles lutam contra um inimigo daninho que está intimamente relacionado a uma planta de cultura desejável.

A investigação genética foi conduzida com amostras coletadas em campos de arroz no Arkansas, onde quase 50% do arroz do país é cultivado.

O arroz daninho é um primo intimamente relacionado do arroz de cultivo. Ele compete agressivamente com o arroz cultivado no campo, levando à perda de rendimento e reduções na qualidade da colheita que comprometem o valor de mercado. As infestações de arroz daninho causam cerca de US$ 45 milhões em perdas econômicas nos Estados Unidos a cada ano e centenas de milhões de dólares em todo o mundo.

Biólogos usaram sequências de genoma completo de 48 plantas contemporâneas de arroz daninho para mostrar como a resistência a herbicidas evoluiu pelo fluxo gênico do arroz cultivado. Quase todos os outros casos de resistência a herbicidas em ervas daninhas agrícolas resultam da seleção de genótipos tolerantes nas espécies de ervas daninhas. Apenas 20 anos após o arroz resistente a herbicidas ter sido adotado pela primeira vez no sul dos Estados Unidos, a maioria dos campos com histórico de cultivo de arroz resistente a herbicidas tem plantas de arroz daninho que também são resistentes a herbicidas.

“Ao longo de seus quase 200 anos de história nos Estados Unidos, o arroz daninho teve uma taxa muito baixa de cruzamento com arroz cultivado”, disse Marshall Wedger , um associado de pesquisa de pós-doutorado em biologia em Artes e Ciências na Universidade de Washington e primeiro autor do estudo. “Descobrimos que o arroz daninho dos EUA persistiu através da pressão de herbicidas com a sobrevivência daquelas poucas plantas que se cruzam, consequentemente adquirindo a característica de resistência a herbicidas.”

“As mudanças tecnológicas no cultivo de arroz nos EUA desde a década de 2000 levaram a uma revolução genética completa na composição do arroz daninho que infesta os campos dos EUA”, disse Kenneth Olsen , professor de biologia na Universidade de Washington e autor sênior do estudo.

“Nos últimos 20 anos, o arroz daninho passou de ser muito distinto geneticamente das variedades de cultivo dos EUA para, atualmente, ser derivado principalmente da hibridização de cultivo e erva daninha”, disse Olsen. “As ervas daninhas estão pegando certas características do cultivo que são benéficas para elas, incluindo resistência a herbicidas.”

As ervas daninhas aproveitam o momento

O arroz daninho é um flagelo da produção de arroz cultivado em todo o mundo. Mas até o início dos anos 2000, o arroz daninho nos campos dos EUA raramente cruzava com os tipos de arroz que eram comumente cultivados neste país.

Arroz de cultura e arroz de erva daninha são da mesma espécie, então eles são capazes de cruzar, ou hibridizar. Sua taxa de hibridização é geralmente baixa — geralmente menos de 1% — porque o arroz é autopolinizado.

Mas algo aconteceu que mudou a dinâmica secular entre essas duas plantas intimamente relacionadas. A partir do início dos anos 2000, dois novos tipos de arroz de cultivo foram adotados nos campos dos EUA. Um era um novo arroz híbrido que oferecia rendimento substancialmente melhorado, em comparação com as cultivares tradicionais de arroz consanguíneo (autopolinizadoras). O outro era um novo tipo que havia sido ajustado para ser tolerante a um certo tipo de herbicida. Essas chamadas cultivares Clearfield™ permitiam que os agricultores plantassem arroz e, em seguida, aplicassem herbicidas em seus campos para matar o arroz daninho e outras ervas daninhas agrícolas sem prejudicar a colheita.

Já em 2004, apenas dois anos após o novo arroz ter sido adotado localmente, os fazendeiros do Arkansas já estavam relatando alguns casos de resistência a herbicidas em arroz daninho. Essas plantas resistentes eram provavelmente cruzamentos com arroz resistente a herbicidas.

“A situação é um tanto análoga à saúde humana e ao surgimento de patógenos bacterianos resistentes a antibióticos. O uso generalizado de antibióticos acaba selecionando fortemente para a rápida evolução das cepas resistentes a medicamentos”, disse Olsen. “Com o arroz daninho, ervas daninhas resistentes a herbicidas estavam sendo detectadas apenas alguns anos após o arroz resistente a herbicidas ter sido comercializado pela primeira vez.”

Como isso aconteceu? Para que o fluxo gênico de uma cultura para um parente daninha ocorra, os dois precisam estar crescendo em proximidade física suficiente para a transferência de pólen.

“As plantas de arroz daninha resistentes a herbicidas são produtos do cruzamento com culturas tolerantes a herbicidas”, explicou Nilda Roma-Burgos, professora de fisiologia de ervas daninhas na Universidade de Arkansas e coautora do estudo. “O cruzamento ocorre quando o arroz daninha não é controlado 100% pelo herbicida e as plantas de arroz daninha restantes florescem ao mesmo tempo que a cultura de arroz tolerante a herbicidas.”

Arroz e arroz daninho certamente crescem nos mesmos campos. No entanto, foi o hábito irritante do arroz híbrido de produzir voluntários — isto é, desenvolver e soltar sementes com sucesso que hibernam e então emergem como novas plantas nos anos subsequentes — que abriu uma porta para o arroz daninho.

Os voluntários da cultura cresceram exibindo características variáveis, incluindo mudanças no período de floração, o que tornou muito mais provável que eles trocassem pólen com arroz daninho.

“Como um parente desdomesticado, o arroz daninho sempre foi capaz de cruzar com o cultivado. Com base em nossos resultados, essa capacidade de cruzamento é o que levou à maior parte da resistência a herbicidas que vemos hoje”, disse Wedger.

Um ano desafiador para os produtores

As descobertas deste novo estudo estão sendo relatadas durante um ano desafiador para os produtores de arroz do Arkansas. Problemas com a cadeia de suprimentos global, bem como aumentos nos custos de insumos essenciais para as culturas, como fertilizantes, tornaram o cultivo de arroz mais difícil e caro.

Ao mesmo tempo, a mudança climática global está tendo efeitos locais no momento em que o arroz pode ser plantado. Este ano, os agricultores tiveram que amontoar o plantio que geralmente ocorre ao longo de um período de quatro semanas em uma janela muito mais curta. Também este ano, as temperaturas noturnas no nordeste do Arkansas foram teimosamente altas durante os meses de julho e agosto, com possíveis efeitos negativos na produção de arroz. Só o tempo dirá o que a colheita de 2025 trará.

Uma coisa é certa, porém: a rápida adaptação do arroz daninho à aplicação de herbicidas serve como mais um exemplo dos perigos de depender de métodos únicos de controle de pragas agrícolas, disseram os autores do estudo.

“A rapidez com que uma população de arroz daninho resistente se desenvolve até um ponto em que o herbicida não é mais útil depende de como o produtor gerencia a tecnologia de arroz tolerante a herbicidas”, disse Roma-Burgos. “Existem diretrizes de melhores práticas de gerenciamento que ajudam os produtores a evitar a evolução da resistência por um longo tempo, se implementadas.”

“Assim como no caso da resistência a antibióticos, o aumento da resistência a esse herbicida em particular será enfrentado com uma nova tecnologia que depende de um novo herbicida”, disse Wedger. “Novas cultivares resistentes a herbicidas já estão em desenvolvimento, então espero que esse processo se repita.”