Won, Ok Jae;Lee, Jeung Joo;Eom, Min Yong;Suh, Su Jeoung;Park, Su Hyuk;Hwang, Ki Seon;Pyon, Jong Yeong;Park, Kee Woong
Weed & Turfgrass Science
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v.3
no.2
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pp.110-113
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2014
The continuous use of acetolactate synthase (ALS) and acetyl-CoA carboxylase (ACCase) inhibitors has led to the selection of herbicide resistant barnyardgrass populations in direct-seeded rice fields of Korea. This study was conducted to identify herbicide resistant barnyardgrass biotypes and to determine the cross- and multiple-resistance of them. 25% of the population collected from Taeahn was partially resistant to ACCase inhibitors and 22% collected from Kimjae were partially resistant to ALS inhibitors. However, 8.2% of the population from both sites was resistant to ALS and ACCase inhibitors. Resistance to sulfonylurea herbicide, flazasulfuron was identified from two barnyardgrass accessions collected from both Taeahn and Kimjae. One barnyardgrass accession from both sites was resistant to ACCase inhibitor, sethoxydim. The cross-resistance to ALS inhibitors was identified at one barnyardgrass accession from Taeahn and at two accessions from Kimjae. Further, crossresistance to ACCase inhibitors was also identified at barnyardgrass accessions from Taeahn and Kimjae. Multiple-resistance to flazasulfuron and sethoxydim was determined at four barnyardgrass accessions from Taeahn and at six accessions from Kimjae. Therefore, the herbicide mixture and sequences within a growing season or the herbicide rotation with different modes of actions across growing seasons are recommended to control herbicide-resistant barnyardgrass in infested fields.
Acetolactate synthase activity inhibition and herbicidal activities were investigated with 2 sulfonylureas [chlorsulfuron{2-chloro-N-{{(4-methoxy-6-methyl-1,3,5-triazin-2-yl) amino} carboxyl} benzenesulfonamide}, metsulfuron-methyl{methyl-2{{{{(4-methoxy-6-methyl-1,3,5-triazin-2-yl)amino}carbonyl}amino}sulfonyl}benzoic acid}, and 2 imidazoli-nones [imazethapyr{2-{4,5-dihydro-4-methyl-4-(1-methyl)-5-oxo-1H-imidazol-2-yl}-5-ethyl-3-pyridinecarboxylicacid}, imazaquin{2-{4,5-dihydro-4-methyl-4-(1-methyl)-5-oxo-1H-imidazol-2-yl}-3-quinoline carboxylic acid} herbicides. A broad weeding spectrum was observed with the treated herbicides at low application rates. Both corn(Zea mays L.) and sorghum(Sorghum bicolor Moench) were very sensitive to the two herbicide groups. Although legumes, such as soybean(Glycine max Merr.), clover(Trifolium repense L.), and indian jointvetch(Aeschnomene indica L.) were sensitive to the sulfonylureas, they were tolerant to the imidazolinones. On the contrary, wheat(Triticum aestivum L.) and barley(Hoderum sativum Jess.) showed the reverse responses of the legumes to the two herbicide groups. Quackgrass(Agropyron repens(L.) P. Beauv.). however, was commonly tolerant to the two herbicide groups. Degrees of crop injury and acetolactate synthase inhibition also varied with the crops examined. The 50% inhibition concentrations of sulfonylureas on acetolactate synthase in vitro activity($IC_{50}$) from corn, wheat, and soybean did not relate to the greenhouse herbicidal activities ($GI_{50}$). With chlorsulfuron, for example, wheat had more than 100 times higher $GI_{50}$ than corn and soybean, but the $IC_{50}$ was 4 to 10 times lower. Similar observation was made with metsulfuron-methyl. However, closer relationships between $IC_{50}$ and $GI_{50}$ were found with the imidazolinones. When imazethapyr was applied, the order of $GI_{50}$ values against com, wheat, and soybean was the same as that of $IC_{50}$.
Selection of pepper (Capsicum sp.) cultivars tolerant to acetolactate synthase (ALS)-inhibiting herbicides {imazethapyr, 2-[4,5-dihydro-4-methyl-4-(1-methylethyl)-5-oxo-1H-imidazol-2-yl]-5-ethyl-3=pyridine-carboxylic acid, and primisulfuron methyl 2-[[[[[4,6-bis(difluoromethoxy)-2-pyrimidinyl]amino] carbonyl]amino]sulfonyl]benzoate} was investigated. Pepper cultivars such as Red Top, Happy Dry, Golden Tower, and Hagyeorae showed relatively tolerant response to imazethapyr, while cultivars; Korea, Cheongyang, Oriental Glory, and Hanam were susceptible. Red Horn, Jopoong, Kwangbok, and Wangcho cultivars were tolerant to primisulfuron whereas Korea, Dahhong, Chamjoah, and Poongchon cultivars were susceptible. Determination of growth inhibition by ALS-inhibiting herbicides showed that the $I_{50}$ estimates of growth from the susceptible- and tolerant-cultivars were 0.075 and 0.20kg ai/ha for imazethapyr; 0.06 and 0.16kg ai/ha for primisulfuron, respectively. Furthermore, the $GR_{50}$ estimates of growth from the susceptible and tolerant cultivars were 0.05 and 0.20kg ai/ha for imazethapyr; 0.07 and 0.16kg ai/ha for primisulfuron, respectively. This result, based on the $GR_{50}$ and $I_{50}$ values, indicates that responses of pepper to ALS-inhibiting herbicides between tolerant- and susceptible-cultivars were different about 3- to 4-fold to imazethapyr, and 2- to 3-fold to primisulfuron.
Proceedings of the Korean Journal of Food and Nutrition Conference
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2001.12a
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pp.121-121
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2001
최소 배지에 여러 아미노산과 대사 산물을 첨가하여 배양시킨 Serratia marcescens ATCC 25419 세포추출물에서여 biodegradative threonine dehydratase (BDTD), biosynthetic threonine dehydratase (BSTD)와 acetolactate syntase (ALS)의 비활성도를 조사하였다. S. marcescens BDTD와 ALS는 낮은 농도 (0.5-2 mM)의 cAMP에 의해 촉진적 조절을 받으며, 비교적 낮은 농도의 isoleucine (1-4 mM)에 의해서는 S. marcescens BSTD의 생합성이 증가되고 높은 농도의 isoleucine (10-30 mM)에서는 감소되고 비교적 낮은 농도의 valine (2-4 mM)에 의해서 S. marcescens ALS의 생합성이 증가되는 것으로 보아 S. marcescens ATCC 25419에서 branched chain 아미노산 생합성 과정의 조절 양상은 Escherichia coli K-12와는 달리, isoleucine의 생합성 과정은 BSTD에 의해 조절되고, valine의 생합성 과정은 ALS에 의해 조절되는 것으로 사료된다.
To know whether pyrazosulfuron-ethyl(PYR) and imazaquin(IMA), known as a acetolactate synthase(ALS) inhibitors, have a same herbicidal action pattern in rice(Oryza sativa) or barnyardgrass (Echinochloa crus-galli), an inhibition pattern and a response characteristics in combination with dymron or butachlor were investigated. In contrast to the phytotoxicity of rice treated with IMA, the one treated with PYR was completely tended to be recovered after 25 days after treatment. Safening effect of dymron against PYR was effectively developed to transplanted-rice, while such an effect was not shown in combination with IMA. In combination with PYR and butachlor, antagonistic effect was observed in both simultaneous or sequential treatment on bamyardgrass, however, additive effect was rather shown in combination with IMA and its activity was dominantly dependent on the first applied compound. $I_{50}$ of PYR and IMA on the ALS extracted from barnyardgrass was $4{\times}10^{-7}$M and $2.8{\times}10^{-6})$M, respectively. Butachlor did not affect their activities on ALS in vitro. These results suggest that PYR and IMA might have a different action each other in the pathway to a final herbicidal activity even though their primary action site is ALS.
The anabolic acetolactate synthase III was purified to homogeneity from Serratia marcescens using DEAE-Sepharose, Phenyl-Sepharose, and hydroxylapatite column chromatography The native molecular weight of the enzyme was approximately 165 kDa. The enzyme is composed of two large and two small subunits with molecular weights of 64 and 15 kDa, respectively. The N-terminal sequence of the large and small subunit of the enzyme was Ser-Ala-Thr-Pro-Gln-Pro-Ser-Thr-Arg-Phe-Thr-Cys-Ala-Gln-Leu-Ile-Ala-His-Leu and Met-Leu-Gln-Pro-Gln-Asp-Lys-Pro-Gln-Val-Ile-Leu-Glu-Leu-Ala-Val-Arg-Asn-His-Pro-Gly-Val-Met-Ser-His-Val, respectively. The optimum pH and pI value were 7.5 and 5.5, respectively The $IC_{50}$ values were $20\;{\mu}M$ and $14\;{\mu}M$ for valine and herbicide SU7, respectively. The substrate specificity ratio, R value, was determined to be approximately 40, which suggests that this enzyme prefers the formation of $\alpha$-aceto-$\alpha$-hydroxybutyrate leading to the synthesis of isoleucine.
A Lindernia dubia (L.) Pennell var. dubia accession from Jeonnam province, Korea was tested for resistance to sulfonylurea (SU) herbicides, imazosulfuron and pyrazosulfuron-ethyl in whole-plant response bioassay. The accession was confirmed resistant to both herbicides. The $GR_{50}$ (herbicide concentration that reduced shoot dry weight by 50%) values of resistant accession were 264 and 19 times higher to imazosulfuron and pyrazosulfuronethyl, respectively, than that of the standard susceptible accession. The surviving resistant L. dubia after pyrazosulfuron-ethyl + molinate application can be controlled by sequential applications of soil-applied herbicides, butachlor, dithiopyr, pyrazolate, and thiobencarb and foliar herbicides, bentazon. Sulfonylurea-based mixtures such as mixtures of azimsulfuron + anilofos, bensulfuron-methyl + oxadiazon, pyrazosulfuron-ethyl + fentrazamide, and pyrazosulfuron-ethyl + anilofos + carfentrazon can also be used to control the surviving resistant L. dubia. However, use of these mixtures should be restricted to a special need basis. Thus, we suggest that sequential applications of non-SU-based mixtures such as butachlor + pyrazolate and MCPB + molinate + simetryne be used to control the surviving resistant L. dubia after SU herbicide applications. Rice yield was reduced 24 % by resistant L. dubia that survived after the pyrazosulfuron-ethyl + molinate application compared with pyrazolate + butachlor in transplanted rice culture. In vitro ALS activity of the resistant biotype was 40 and 30 times more resistant to imazosulfuron and pyrazosulfuron-ethyl, respectively, than the susceptible biotype. Result of in vitro ALS assay that the resistance mechanism of L. dubia to SU herbicides may be due, in part, to an alteration in the target enzyme, ALS.
Acetolactate Synthase (ALS) was partially purified from the yeast and its basic biochemical studies were carried out. Yeast was grown in the minimum media containing 0.5% glucose, 51 mM $K_2HPO_4$, 22 mM $KH_2PO_4$, 8 mM $(NH_4)2SO_4,\;0.4\;m M\;MgSO_4$ for 18 hours at 37 $^{\circ}C$. The cell was ruptured in the buffer (20 mM phosphate buffer pH 7.0, 0.1 mM TPP, 0.5 mM DTT, 1 ${\mu}M$ FAD, and 1 mM MgCl_2$) following an overnight suspension. The supernatant fraction was collected from $10,000{\times}g$ and the enzyme was further purified by ammonium sulfate fractionation, DEAE-Sephacel chromatography and leucine-agarose chromatography. The enzyme activity was measured under the various conditions by the function of protein concentration, time, temperature, pH, and substrate. The optimum temperature was found to be 50$^{\circ}C$, optimum pH 8.0∼8.5. The kinetic parameters, $K_m\;and\;V_{max}$ were 8.4 mM and 17.9 nmol/mg/min respectively. Stability of the enzyme was studied with ethylene glycol and glycerol added to the enzyme solution. Both ethylene glycol and glycerol improved the enzyme stability up to 50%. The study of feedback inhibition showed that valine was a strong inhibitor while leucine was a weak inhibitor.
Herbicides are important weed control tools for increasing crop yields and the efficiency of crop production. As the use of herbicides increases, the occurrrence of herbicide-resistant weeds has been an increaing problem. In Korea, since the first occurrence of acetolactate synthase (ALS) inhibitor resistant Monochoria korsakowii was reported in the Seosan reclaimed paddy field in 1998, resistance has been reported in 14 weed species, including Echinochola spp. and their populations are gradually increasing. The objective of this study is to investigate the nationwide occurrence of ALS and Acetyl-CoA Carboylase inhibitor resistant Echinochloa spp. in Korea. In 2013, 2014, and 2015, we collected 594 accessions of Echinochloa spp. in Korean rice fields except for Jeonnam and Chungbuk provinces. They were then treated with the recommended rates of penoxsulam and cyhalofop-butyl. We harvested seeds from 45 accessions of E. oryzicola in the case of cyhalofop-butyl treatment. Also, 44 and 46 accessions of E. oryzicola and E. crus-galli survived and their seeds were harvested after penoxsulam treatment. Twenty accessions of E. oryzicola survived from both herbicides inferring possible multiple resistance. Two accessions out of 20 inferred from possible multiple resistance survived after cyhalofop-butyl treatment at a dose of $500ga.i.ha^{-1}$. Seeds of herbicide resistant populations will be provided and utilized for further research.
A suspected biotype of Scirpus planiculmis to be resistant to sulfonylurea(SU) herbicides was identified in Seosan reclaimed paddy fields in Korea, in 2004. The fields have been cultivated for monocultural rice production with wet-direct seeding method and continuously treated with SU-based herbicide mixtures for thirteen years since 1990. In greenhouse studies, 6 different SU herbicides, such as azimsulfuron, bensulfuron-methyl, cinosulfuron, ethoxysulfuron imazosulfuron and pyrazosulfuron-ethyl, completely controlled the Musan assession of Scirpus planiculmis at the recommended dose of each herbicide, however, the Seosan accession of S. planiculmis biotype was survived 20 to 45% even treated with 5 times higher dose of each recommended rate of all herbicides treated. The $GR_{50}$ values of 6 SU herbicides for Seosan accession of S. planiculmis were 47 to 100 times higher than those for Musan accession of S. planiculmis. The $I_{50}$ values pyrazosulfuron-ethyl to acetolactate synthase(ALS) extracted from Sesan and Muan accession of S. planiculmis were 409 nM and 0.8 nM, respectively. The $I_{50}$ value of Seosan was 511 times higher than that of Muan accession. These results suggested that the Seosan accession of S. planiculmis have strong resistant characteristics to 6 SU herbicides, respectively, indicating that resistance might be due to the alteration in the target site of ALS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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