Crop production provides the food and fiber necessary to sustain the world\'s population. Effective weed management is critical to maintaining agricultural productivity. Intensive or continuous use of herbicides that act on the same target site, or are detoxified by similar processes within crops and target weeds frequently results in the development of weeds resistant to a specific herbicide or class of herbicides. Weed resistance due to the extensive use of glyphosate in glyphosate tolerant crop systems has become one of the most serious issues facing agriculture today. Thus PPO-inhibitor herbicides are an alternative mechanism of action that have the potential to mitigate the development of resistant weeds in weed control systems where crop tolerance is sufficient to allow them to be effectively deployed. While there are few reports of weed resistance to PPO-inhibitor herbicides it has not developed to the extent that it is a commercial problem for growers. When used at recommended doses, they typically have favorable regulatory profiles. Furthermore, most of them are highly compatible with no-tillage agriculture. However, PPO-inhibitor herbicides are typically more active on dicots than monocots. This thesis provides information with regards to effectiveness of certain binary mixtures of PPO herbicides as weed control agents. The mixtures showed synergistic effects and could control monocots as Echinochloa crus-galli and volunteer corn besides control the dicots species. Regarding the compounds studied, trifludimoxazin and flumioxazin required less amount of compound to inhibit 50% of PPO2 activity in all plants species tested, while sulfentrazone and saflufenacil, one of the best mixtures in the field, showed that needed bigger concentrations to inhibit 50% of the PPO2 compared to other compounds evaluated.The absorption and translocation of these compounds individually or in mixtures, showed that as single compounds, the absorption was slower in maize than E. crus-galli and there was no difference among the herbicides except trifludimoxazin, that was significantly lower than the other compounds. Saflufenacil was the herbicide that showed the best translocation out of treated leaf point, while trifludimoxazin has not shown any translocation out of leaf treated. In mixtures, the compounds showed some differences in absorption and translocation, which it was variable according to species studied. Some traits of PPO-tolerant were also evaluated in Arabidopsis thaliana which indicates potential traits to be developed in crops of interest. / Agricultura é responsável por fornecer alimento e fibras necessárias para sustentar a população mundial. Controle de plantas daninhas é essencial para obter uma boa produtividade. O uso intensivo de herbicidas que age no mesmo sitio de ação ou são detoxificados por processos similares pelas plantas daninhas resulta geralmente no desenvolvimento de plantas daninhas resistentes a um herbicida específico ou à uma classe de herbicidas. A resistência de plantas daninhas devido ao uso de culturas tolerantes à glifosato tem se tornado um dos mais sérios problemas na agricultura. Inibidores da PPO pode ser uma ferramenta para mitigar o desenvolvimento de plantas daninhas resistentes. Há poucos relatos de plantas daninhas resistentes a este mecanismo de ação. Quando aplicados na dose recomendada, apresentam perfil toxicológico favorável e além disso, a maioria dos herbicidas deste grupo são compatíveis com plantio direto. No entanto, são mais eficientes em dicotiledôneas do que em monocotiledôneas. O objetivo dessa tese foi fornecer informações em relação a associação binária de herbicidas inibidores da PPO no controle de plantas daninhas. As associações mostraram efeito sinérgico no controle de Echinochloa crus-galli e milho voluntário, além do controle de dicotiledôneas. Avaliou-se também a atividade de alguns inibidores da PPO na inibição de 50% da enzima PPO2 e observou-se que para inibir 50% da PPO2 necessitou de menor quantidade de trifludimoxazin e flumioxazin em todas as plantas testadas, enquanto que sulfentrazone e saflufenacil, que associados apresentaram a melhor eficácia nos ensaios de campo, mostraram que precisar de maiores concentrações para inibir a PPO2 comparada aos outros produtos. A absorção e translocação destes produtos, isolados ou em mistura, mostraram que a absorção foi mais lenta em milho do que em E. crus-galli. Os herbicidas apresentaram comportamentos similares, sendo absorvidos quase 95% até 72 horas após aplicação, com exceção do trifludimoxazin, que foi significativamente mais lento que os outros. Saflufenacil foi o herbicida que apresentou melhor translocação na folha aplicada, enquanto trifludimoxazin não apresentou nenhuma translocação. Em relação às associações, os produtos mostraram diferenças na absorção e translocação, variando conforme as plantas daninhas estudadas. Alguns eventos tolerantes a inibidores da PPO foram avaliados em Arabidopsis thaliana e indicaram como potenciais eventos para ser desenvolvidos nas culturas de interesse.

Crop production provides the food and fiber necessary to sustain the world\'s population. Effective weed management is critical to maintaining agricultural productivity. Intensive or continuous use of herbicides that act on the same target site, or are detoxified by similar processes within crops and target weeds frequently results in the development of weeds resistant to a specific herbicide or class of herbicides. Weed resistance due to the extensive use of glyphosate in glyphosate tolerant crop systems has become one of the most serious issues facing agriculture today. Thus PPO-inhibitor herbicides are an alternative mechanism of action that have the potential to mitigate the development of resistant weeds in weed control systems where crop tolerance is sufficient to allow them to be effectively deployed. While there are few reports of weed resistance to PPO-inhibitor herbicides it has not developed to the extent that it is a commercial problem for growers. When used at recommended doses, they typically have favorable regulatory profiles. Furthermore, most of them are highly compatible with no-tillage agriculture. However, PPO-inhibitor herbicides are typically more active on dicots than monocots. This thesis provides information with regards to effectiveness of certain binary mixtures of PPO herbicides as weed control agents. The mixtures showed synergistic effects and could control monocots as Echinochloa crus-galli and volunteer corn besides control the dicots species. Regarding the compounds studied, trifludimoxazin and flumioxazin required less amount of compound to inhibit 50% of PPO2 activity in all plants species tested, while sulfentrazone and saflufenacil, one of the best mixtures in the field, showed that needed bigger concentrations to inhibit 50% of the PPO2 compared to other compounds evaluated.The absorption and translocation of these compounds individually or in mixtures, showed that as single compounds, the absorption was slower in maize than E. crus-galli and there was no difference among the herbicides except trifludimoxazin, that was significantly lower than the other compounds. Saflufenacil was the herbicide that showed the best translocation out of treated leaf point, while trifludimoxazin has not shown any translocation out of leaf treated. In mixtures, the compounds showed some differences in absorption and translocation, which it was variable according to species studied. Some traits of PPO-tolerant were also evaluated in Arabidopsis thaliana which indicates potential traits to be developed in crops of interest. / Agricultura é responsável por fornecer alimento e fibras necessárias para sustentar a população mundial. Controle de plantas daninhas é essencial para obter uma boa produtividade. O uso intensivo de herbicidas que age no mesmo sitio de ação ou são detoxificados por processos similares pelas plantas daninhas resulta geralmente no desenvolvimento de plantas daninhas resistentes a um herbicida específico ou à uma classe de herbicidas. A resistência de plantas daninhas devido ao uso de culturas tolerantes à glifosato tem se tornado um dos mais sérios problemas na agricultura. Inibidores da PPO pode ser uma ferramenta para mitigar o desenvolvimento de plantas daninhas resistentes. Há poucos relatos de plantas daninhas resistentes a este mecanismo de ação. Quando aplicados na dose recomendada, apresentam perfil toxicológico favorável e além disso, a maioria dos herbicidas deste grupo são compatíveis com plantio direto. No entanto, são mais eficientes em dicotiledôneas do que em monocotiledôneas. O objetivo dessa tese foi fornecer informações em relação a associação binária de herbicidas inibidores da PPO no controle de plantas daninhas. As associações mostraram efeito sinérgico no controle de Echinochloa crus-galli e milho voluntário, além do controle de dicotiledôneas. Avaliou-se também a atividade de alguns inibidores da PPO na inibição de 50% da enzima PPO2 e observou-se que para inibir 50% da PPO2 necessitou de menor quantidade de trifludimoxazin e flumioxazin em todas as plantas testadas, enquanto que sulfentrazone e saflufenacil, que associados apresentaram a melhor eficácia nos ensaios de campo, mostraram que precisar de maiores concentrações para inibir a PPO2 comparada aos outros produtos. A absorção e translocação destes produtos, isolados ou em mistura, mostraram que a absorção foi mais lenta em milho do que em E. crus-galli. Os herbicidas apresentaram comportamentos similares, sendo absorvidos quase 95% até 72 horas após aplicação, com exceção do trifludimoxazin, que foi significativamente mais lento que os outros. Saflufenacil foi o herbicida que apresentou melhor translocação na folha aplicada, enquanto trifludimoxazin não apresentou nenhuma translocação. Em relação às associações, os produtos mostraram diferenças na absorção e translocação, variando conforme as plantas daninhas estudadas. Alguns eventos tolerantes a inibidores da PPO foram avaliados em Arabidopsis thaliana e indicaram como potenciais eventos para ser desenvolvidos nas culturas de interesse.

Na literatura existe um consenso que os herbicidas glifosato (Gli) e 2,4-D interagem antagonicamente quando aplicados em combinação. No entanto, as bases bioquímicas e fisiológicas destes antagonismos são desconhecidas. Utilizou-se espectrometria de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) para a caracterização de moléculas de Gli e 2,4-D em várias formulações analíticas, preparadas de maneira que os herbicidas fossem obtidos sem os ingredientes inertes das formulações comerciais. Não foram encontradas alterações significativas na conformação atômica do herbicida nos espectros de RMN entre as formulações analíticas de Gli isopropilamina, dimetilamina, potássio ou amônio; 2,4-D Dimetilamina ou colina, quando analisadas separadamente ou em mistura. Avaliando também formulações comerciais dos herbicidas, não foram encontradas diferenças significativas entre os espectros de RMN para a mistura entre Gli e 2,4-D. A formulação comercial de Gli amoníaco apresentou alterações na conformação molecular do Gli, principalmente na região P da molécula que mostrou maior deslocamento químico, mas isso foi atribuído aos maiores teores de Na encontrados nessa formulação. Aplicando-se as diferentes formulações comerciais na espécie modelo de tomate Micro-Tom (MT), foram estudados os padrões de absorção dos herbicidas. A absorção de Gli radiomarcado pelas plantas de MT foi reduzida somente para a formulação Gli sal de amônio, independentemente da presença de 2,4-D. Neste trabalho, não se observou efeito antagônico na absorção entre Gli e 2,4-D. Por meio de um ensaio fatorial para determinar o efeito antagônico dos herbicidas em plantas de MT, observou-se que a dose de maior antagonismo para 2,4-D foi: 35 g i.a. ha-1 - 0,65 mM e para Gli, 70 g g i.a. ha-1 - 1,7 mM. A translocação do Gli radiomarcado foi significativamente reduzida em MT, quando aplicado com 2,4-D. Experimentos utilizando o marcador molecular GUS no gene DR5 do MT, mostraram que o Gli reduz a resposta de expressão gênica pelas vias de sinalização do 2,4-D. Os ensaios de quantificação de espécies reativas de oxigênio (EROs) induzidas pela atuação do 2,4-D, apresentaram menor produção na presença do Gli. O acúmulo de ácido chiquímico causado pelo Gli no MT foi maior quando aplicado sem mistura com 2,4-D. A interferência do 2,4-D na atuação do Gli foi confirmada nos mutantes insensíveis à auxina diageotropica (dgt) e Never ripe (Nr), em que a produção de EROs foi menor e a translocação do Gli foi mantida independente da aplicação com o 2,4-D. O acúmulo de ácido chiquímico na aplicação de Gli e a mistura dos herbicidas, foram semelhantes. O mutante yellow-green2 (yg2), menos sensível ao Gli, apresentou menor translocação do herbicida. O acúmulo de ácido chiquímico para este mutante foi menor quando aplicado com Gli, mas na mistura de Gli + 2,4-D, a quantidade do ácido aumentou. A insensibilidade ao Gli proporcionou o reestabelecimento da produção de EROs pelo 2,4-D na aplicação da mistura dos herbicidas. Neste trabalho, em contraposição ao conhecimento atual, não se observou qualquer efeito antagônico entre Gli e 2,4-D a nível químico, mas o antagonismo ocorreu por fatores da inter-relação dos mecanismos que cada herbicida induz nos níveis fisiológicos, bioquímicos e genéticos na biologia do organismo vegetal. / A consensus exists in literature that the herbicides glyphosate and 2,4-D interact antagonistically when applied in combination. However, the biochemical and physiological basis of this antagonism are unknown. It was used Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectrometry to characterize the molecules of glyphosate and 2,4-D prepared with high purity analytical compounds without the commercial formulations inert ingredients. No changes in atomic herbicide conformation ware found in NMR spectra of glyphosate formulations isopropylamine, dimethylamine, potassium or ammonium and 2,4-D dimethylamine or choline, when evaluated separately or in mixture. Analysing also the commercial herbicides formulations, no differences in NMR spectra for the mixture between glyphosate and 2,4-D ware found in chemical shift. The ammonium salt glyphosate formulations, presented changes in molecular conformation in P region of glyphosate showing higher chemical shift, which was attributed to higher levels of Na found in its composition. It was applied different commercial formulations in tomato cultivar Micro-Tom (MT) to study the pattern of herbicide absorption. The absorption of radiolabeled glyphosate by MT was reduced in the ammonium salt formulation, regardless of the 2,4-D\'s presence. In this work, no antagonistic effect in plant absorption was observed between glyphosate and 2,4-D. Factor assay was conducted using different concentrations of 2,4-D and glyphosate to determine the antagonistic effect on tomato plants. It was observed that the dose of greater antagonism to 2,4-D form 35 g a.i. ha-1 - 0.65 mM and for glyphosate, 70 g a.i. ha-1 - 1.7 mM. Assays using molecular reporter GUS in MT`s DR5 gene, showed that the glyphosate reduces gene expression responses through signalling pathways of the 2,4-D. The absorption of radiolabeled glyphosate was significantly reduced in MT, when it was applied with 2,4-D. In trials that it was quantified production of reactive oxygen species (ROS) on MT induced by 2,4-D performance, lower production were found when 2,4-D ware applied with glyphosate. The shikimic acid accumulation affected by glyphosate action in MT was higher when applied without 2,4-D mixture. The interference of 2,4-D in glyphosate`s actions was confirmed in auxin insensitive mutants diageotropica (dgt) and Never ripe (Nr), which ROS production was lower. In those mutants, glyphosate translocation was maintained regardless 2,4-D application and shikimic acid accumulation between glyphosate treatment and herbicide mixture were similar. The yellow-green2 (yg2) mutant was less sensitive to glyphosate, presenting low translocation to the herbicide. The shikimic acid accumulation for yg2 mutant was lower when applied with glyphosate, but when it was treated with glyphosate + 2,4-D, the amount of acid was increased. The insensitivity of glyphosate provided reestablishment of ROS production by 2,4-D, when the mixture of herbicides were applied. In this paper it was show that, in contrast to current knowledge, there was no antagonistic effect between glyphosate and 2,4-D in chemical level, but the antagonism occurred by factors of the interrelationship of the mechanisms that each herbicide induces in the physiological, biochemical and genetic levels in the biology of the plant organism.

Na literatura existe um consenso que os herbicidas glifosato (Gli) e 2,4-D interagem antagonicamente quando aplicados em combinação. No entanto, as bases bioquímicas e fisiológicas destes antagonismos são desconhecidas. Utilizou-se espectrometria de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) para a caracterização de moléculas de Gli e 2,4-D em várias formulações analíticas, preparadas de maneira que os herbicidas fossem obtidos sem os ingredientes inertes das formulações comerciais. Não foram encontradas alterações significativas na conformação atômica do herbicida nos espectros de RMN entre as formulações analíticas de Gli isopropilamina, dimetilamina, potássio ou amônio; 2,4-D Dimetilamina ou colina, quando analisadas separadamente ou em mistura. Avaliando também formulações comerciais dos herbicidas, não foram encontradas diferenças significativas entre os espectros de RMN para a mistura entre Gli e 2,4-D. A formulação comercial de Gli amoníaco apresentou alterações na conformação molecular do Gli, principalmente na região P da molécula que mostrou maior deslocamento químico, mas isso foi atribuído aos maiores teores de Na encontrados nessa formulação. Aplicando-se as diferentes formulações comerciais na espécie modelo de tomate Micro-Tom (MT), foram estudados os padrões de absorção dos herbicidas. A absorção de Gli radiomarcado pelas plantas de MT foi reduzida somente para a formulação Gli sal de amônio, independentemente da presença de 2,4-D. Neste trabalho, não se observou efeito antagônico na absorção entre Gli e 2,4-D. Por meio de um ensaio fatorial para determinar o efeito antagônico dos herbicidas em plantas de MT, observou-se que a dose de maior antagonismo para 2,4-D foi: 35 g i.a. ha-1 - 0,65 mM e para Gli, 70 g g i.a. ha-1 - 1,7 mM. A translocação do Gli radiomarcado foi significativamente reduzida em MT, quando aplicado com 2,4-D. Experimentos utilizando o marcador molecular GUS no gene DR5 do MT, mostraram que o Gli reduz a resposta de expressão gênica pelas vias de sinalização do 2,4-D. Os ensaios de quantificação de espécies reativas de oxigênio (EROs) induzidas pela atuação do 2,4-D, apresentaram menor produção na presença do Gli. O acúmulo de ácido chiquímico causado pelo Gli no MT foi maior quando aplicado sem mistura com 2,4-D. A interferência do 2,4-D na atuação do Gli foi confirmada nos mutantes insensíveis à auxina diageotropica (dgt) e Never ripe (Nr), em que a produção de EROs foi menor e a translocação do Gli foi mantida independente da aplicação com o 2,4-D. O acúmulo de ácido chiquímico na aplicação de Gli e a mistura dos herbicidas, foram semelhantes. O mutante yellow-green2 (yg2), menos sensível ao Gli, apresentou menor translocação do herbicida. O acúmulo de ácido chiquímico para este mutante foi menor quando aplicado com Gli, mas na mistura de Gli + 2,4-D, a quantidade do ácido aumentou. A insensibilidade ao Gli proporcionou o reestabelecimento da produção de EROs pelo 2,4-D na aplicação da mistura dos herbicidas. Neste trabalho, em contraposição ao conhecimento atual, não se observou qualquer efeito antagônico entre Gli e 2,4-D a nível químico, mas o antagonismo ocorreu por fatores da inter-relação dos mecanismos que cada herbicida induz nos níveis fisiológicos, bioquímicos e genéticos na biologia do organismo vegetal. / A consensus exists in literature that the herbicides glyphosate and 2,4-D interact antagonistically when applied in combination. However, the biochemical and physiological basis of this antagonism are unknown. It was used Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectrometry to characterize the molecules of glyphosate and 2,4-D prepared with high purity analytical compounds without the commercial formulations inert ingredients. No changes in atomic herbicide conformation ware found in NMR spectra of glyphosate formulations isopropylamine, dimethylamine, potassium or ammonium and 2,4-D dimethylamine or choline, when evaluated separately or in mixture. Analysing also the commercial herbicides formulations, no differences in NMR spectra for the mixture between glyphosate and 2,4-D ware found in chemical shift. The ammonium salt glyphosate formulations, presented changes in molecular conformation in P region of glyphosate showing higher chemical shift, which was attributed to higher levels of Na found in its composition. It was applied different commercial formulations in tomato cultivar Micro-Tom (MT) to study the pattern of herbicide absorption. The absorption of radiolabeled glyphosate by MT was reduced in the ammonium salt formulation, regardless of the 2,4-D\'s presence. In this work, no antagonistic effect in plant absorption was observed between glyphosate and 2,4-D. Factor assay was conducted using different concentrations of 2,4-D and glyphosate to determine the antagonistic effect on tomato plants. It was observed that the dose of greater antagonism to 2,4-D form 35 g a.i. ha-1 - 0.65 mM and for glyphosate, 70 g a.i. ha-1 - 1.7 mM. Assays using molecular reporter GUS in MT`s DR5 gene, showed that the glyphosate reduces gene expression responses through signalling pathways of the 2,4-D. The absorption of radiolabeled glyphosate was significantly reduced in MT, when it was applied with 2,4-D. In trials that it was quantified production of reactive oxygen species (ROS) on MT induced by 2,4-D performance, lower production were found when 2,4-D ware applied with glyphosate. The shikimic acid accumulation affected by glyphosate action in MT was higher when applied without 2,4-D mixture. The interference of 2,4-D in glyphosate`s actions was confirmed in auxin insensitive mutants diageotropica (dgt) and Never ripe (Nr), which ROS production was lower. In those mutants, glyphosate translocation was maintained regardless 2,4-D application and shikimic acid accumulation between glyphosate treatment and herbicide mixture were similar. The yellow-green2 (yg2) mutant was less sensitive to glyphosate, presenting low translocation to the herbicide. The shikimic acid accumulation for yg2 mutant was lower when applied with glyphosate, but when it was treated with glyphosate + 2,4-D, the amount of acid was increased. The insensitivity of glyphosate provided reestablishment of ROS production by 2,4-D, when the mixture of herbicides were applied. In this paper it was show that, in contrast to current knowledge, there was no antagonistic effect between glyphosate and 2,4-D in chemical level, but the antagonism occurred by factors of the interrelationship of the mechanisms that each herbicide induces in the physiological, biochemical and genetic levels in the biology of the plant organism.