Abstract The need to obtain new generation herbicides based on allelochemicals has prompted in recent years the use of more sustainable natural products, such as plant essential oils. This study evaluated the impact of plant phenological stage on the chemical composition and bioherbicidal potential of Cistus ladanifer L. essential oil. The essential oil was extracted by hydrodistillation and analysed by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS). The oxygenated sesquiterpenes were the most representative group of the essential oil and the chemical composition varied according to the plant phenological stage. The bioherbicidal effect was tested in vitro on the weed Echinochloa crus-galli and two of its respective associated crops (rice and tomato). We tested three increasing doses of essential oil (0.022; 0.044 and 0.088 μl/mL of headspace in the Petri dish) and a control with distilled water. Five replicates per phenological stage, dose and species were prepared, with 10 seeds in each replicate. The Aligned Ranks Anova analysis showed a significant effect for the three factors analysed (phenological stage, dose and species). However, the dose-dependent phytotoxic effect was significantly higher on Echinochloa crus-galli compared to rice and tomato at medium and low doses (0.022 and 0.044 µl/ml). Furthermore, the essential oil extracted in October, with a higher percentage of hydrocarbon monoterpenes, showed a significantly higher phytotoxic effect than that obtained in August. Therefore, these results show the high potential of C. ladanifer essential oil for use as a bioherbicide in agriculture.

Resumen La necesidad de obtener herbicidas de nueva generación basados en aleloquímicos ha impulsado en los últimos años el uso de productos naturales más sostenibles, como pueden ser los aceites esenciales de plantas. El estudio evaluó el impacto del estado fenológico de la planta sobre la composición química y el potencial bioherbicida del aceite esencial de Cistus ladanifer L. El aceite esencial fue extraído por hidrodestilación y analizado por cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (GC-MS). La composición química varió en función del estado fenológico de la planta, pero el grupo más representativo de compuestos del aceite esencial fueron los sesquiterpenos oxigenados. El efecto herbicida se testó in vitro sobre la mala hierba Echinochloa crus-galli y en dos de sus respectivos cultivos asociados (arroz y tomate). Se ensayaron tres dosis crecientes de aceite esencial (0,022; 0,044 y 0,088 μl/mL de espacio libre en la placa Petri) y un control con agua destilada. Se prepararon 5 repeticiones por estado fenológico, dosis y especie, con 10 semillas en cada repetición. El análisis Anova de Rangos Alineados mostró un efecto significativo para los tres factores analizados (estado fenológico, dosis y especie). Sin embargo, este efecto fitotóxico dependiente de la dosis fue significativamente mayor sobre Echinochloa crus-galli en comparación con arroz y tomate a dosis medias y bajas (0,022 y 0,044 µl/ml). Además, el aceite esencial obtenido en octubre, con un mayor porcentaje de monoterpenos hidrocarbonados, mostró un efecto fitotóxico significativamente mayor que aquel obtenido en agosto. Por tanto, estos resultados muestran el elevado potencial del aceite esencial de C. ladanifer para su empleo como bioherbicida en agricultura.

RESUMO: A erva-cabecinha (Phalaris minor) é a segunda planta daninha mais problemática nos campos de trigo do Irã, pois tem desenvolvido resistência aos herbicidas inibidores da ACCase. Marcadores moleculares de intersequência repetitiva simples (ISSR) foram utilizados para avaliar a variação genética entre e dentro de populações resistentes e suscetíveis aos inibidores de ACCase de P. minor do Irã, a fim de elucidar a origem da resistência e sua dispersão. Dezesseis populações de P. minor de diferentes regiões do Irã foram analisadas usando sete primers ISSR. As relações genéticas obtidas a partir da análise UPGMA revelaram a presença de mais de um genótipo entre as populações resistentes aos herbicidas. Os resultados indicaram que a alta similaridade genética e proximidade física entre as populações resistentes de P. minor nas diferentes regiões foi devido principalmente à polinização cruzada, à dispersão mecânica de sementes e a fatores ecológicos locais. Assim, infere-se que ocorreu uma seleção independente, assim como a movimentação de sementes resistentes, explicando a ocorrência e dispersão da resistência nessas populações.

ABSTRACT: Littleseed canarygrass (Phalaris minor) is the second most serious and problematic grass weed in wheat fields in Iran, and has developed resistance to ACCase inhibiting herbicides. Inter-simple sequence repeat (ISSR) analysis was used to assess genetic variation between and within ACCase inhibitor-resistant and susceptible P. minor populations in Iran and to determine the origin of resistance and its dispersal. Sixteen P. minor populations from different regions in Iran were analysed using seven primers. Genetic relationships generated using UPGMA analysis indicated the presence of more than one genotype among the herbicide resistant populations. The results indicated that the high genetic similarity and physical proximity among the resistant P. minor populations in the different regions is mainly due to cross pollination, mechanical seed dispersion and local ecological factors. These findings suggested that independent selection as well as movement of resistant seeds had occurred, which could explain the presence and dispersion of ACCase inhibitor-resistance in these populations.

Eleusine indica (ELEIN) é uma espécie monocotiledônea, diploide. No Brasil, ela desenvolveu resistência aos inibidores da ACCase durante os últimos dez anos, devido ao uso intensivo e frequente desses graminicidas para controlar plantas daninhas em lavouras de soja. Experimentos de dose-resposta realizados com a planta confirmaram a resistência de um biótipo. Houve elevada tolerância aos herbicidas, com fatores de resistência da ordem de 143 (fenoxaprop), 126 (haloxyfop), 84 (sethoxydim) e 58 (fluazifop). Ensaios com a enzima ACCase in vitro indicaram a insensibilidade desta como a principal causa de suscetibilidade reduzida a esses herbicidas. Fragmentos de PCR gerados do domínio CT da enzima ACCase dos biótipos resistente e sensível de referência foram sequenciados e comparados. Foi detectada uma mutação dentro do tripleto de asparagina na posição do aminoácido 2078 (referente ao acesso número AJ310767 no EMBL), que resultou no tripleto de glicina. Esses resultados constituem o primeiro caso de uma mutação em ACCase em uma espécie daninha gramínea do Brasil.

Eleusine indica (goosegrass) is a diploid grass weed which has developed resistance to ACCase inhibitors during the last ten years due to the intensive and frequent use of sethoxydim to control grass weeds in soybean crops in Brazil. Plant dose-response assays confirmed the resistant behaviour of one biotype obtaining high resistance factor values: 143 (fenoxaprop), 126 (haloxyfop), 84 (sethoxydim) to 58 (fluazifop). ACCase in vitro assays indicated a target site resistance as the main cause of reduced susceptibility to ACCase inhibitors. PCR-generated fragments of the ACCase CT domain of the resistant and sensitive reference biotype were sequenced and compared. A point mutation was detected within the triplet of aspartate at the amino acid position 2078 (referred to EMBL accession no. AJ310767) and resulted in the triplet of glycine. These results constitute the first report on a target site mutation for a Brazilian herbicide resistant grass weed.