Ecological fitness of a glyphosate-resistant Lolium rigidum population: Growth and seed production along a competition gradient

SummaryRepeated use of glyphosate has resulted in evolution of glyphosate-resistant Lolium rigidum populations in Australia. The relative growth, competitiveness and reproductive output of glyphosate resistant (R) and susceptible (S) L. rigidum phenotypes from a single population were compared in competition with wheat. Vegetative growth of R and S individuals was studied in response surface experiments in the glasshouse and seed production was measured using an additive neighbourhood design experiment conducted in pots outside during the normal growing season of L. rigidum in Australia. There were no significant differences in vegetative growth or competitiveness of the R and the S phenotypes. The mean weight of seeds produced by R plants was significantly greater than that produced by S individuals. In the absence of wheat and at low wheat densities, S plants produced more seeds than R plants. However, at higher crop densities, differences in seed production were not significant. This is the first study to compare components of fitness at key life history stages for glyphosate R and S phenotypes isolated from a single weed population. The results presented indicate important differences in resource allocation during the reproductive stage for R and S phenotypes. Subtle differences in life history strategies may be manipulated by agronomic management to exploit the potential ecological fitness costs of the R phenotype. Further studies are required to provide a greater understanding of the occurrence and extent of fitness costs associated with glyphosate resistance. This knowledge can then be incorporated into models that simulate resistance evolution to design management strategies to prevent and/or contain the spread of glyphosate resistance.

ZusammenfassungDer wiederholte Einsatz von Glyphosat hat zur Evolution von Glyphosat-resistenten Lolium rigidum-Populationen in Australien geführt. Das relative Wachstum, die Konkurrenzfähigkeit und die reproduktive Leistung von Glyphosat-resistenten (R) und anfälligen (S) Lolium rigidum-Phänotypen einer einzigen Population wurde in Konkurrenz mit Weizen verglichen. Das vegetative Wachstum der R und S Individuen wurde in Gewächshausexperimenten (response surface) untersucht und die Samenproduktion wurde gemessen, indem während der normalen Wachstumssaison von L. rigidum in Australien ein Freilandexperiment (neighbourhood design) in Töpfen durchgeführt wurde. Es gab keine signifikanten Unterschiede im vegetativen Wachstum oder der Konkurrenzfähigkeit der R und S Phänotypen. Das mittlere Gewicht der von den R Pflanzen produzierten Samen war signifikant größer als das Gewicht der von den S Individuen produzierten. Bei Abwesenheit von Weizen und bei geringen Weizendichten produzierten die S Pflanzen mehr Samen als die R Pflanzen. Bei höheren Getreidedichten waren die Unterschiede in der Samenproduktion jedoch nicht signifikant. Dies ist die erste Studie, die Komponenten der Fitness in Schlüsselstadien der Entwicklung bei R und S Phänotypen in Bezug auf Glyphosat vergleicht, die aus einer einzigen Pflanzenpopulation isoliert wurden. Die präsentierten Ergebnisse zeigen wichtige Unterschiede in der Ressourcenallokation während des reproduktiven Stadiums der R und S Phänotypen. Feine Unterschiede in den Entwicklungsstrategien könnten durch landwirtschaftliches Management manipuliert werden, um die potenziellen ökologischen Fitnesskosten des R Phänotypen auszunutzen. Es sind weitere Studien notwendig, um ein umfassenderes Verständnis des Auftretens und Umfangs von Fitnesskosten zur Verfügung zu stellen, die in Zusammenhang mit der Glyphosat-Resistenz stehen. Dieses Wissen kann dann in Modelle integriert werden, die eine Evolution von Resistenzen simulieren, um Managementstrategien zu entwerfen, die eine Ausbreitung der Glyphosat-Resistenz verhindern oder eingrenzen.