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Refúgio e Utilização de Cultivos Bt:
Princípios, Fatos e Desafios
Prof. Eliseu José G. Pereira Departamento de Entomologia
Universidade Federal de Viçosa
E-mail: eliseu.pereira@ufv.br
PESQUISAS E NÍVEL ATUAL DO CONHECIMENTO SOBRE REFÚGIOS COMO ESTRATÉGIA DE PRESERVAÇÃO DE EVENTOS
TRANSGÊNICOS NO BRASIL E NO MUNDO
Palestra da Mesa Redonda: REFÚGIO COMO ESTRATÉGIA NA UTILIZAÇÃO DE CULTIVARES TRANSGÊNICOS - SITUAÇÃO ATUAL E PERSPECTIVAS
Transgenia no Manejo de Pragas
• Transgenia de plantas• Em uso comercial
• Resistência a insetos-praga
• Tolerância a Herbicidas
• Transgenia de pragas e
inimigos naturais• Em fase de pesquisa
• Insetos inférteis via manipulação do DNA
• Baculovírus com maior rapidez de ação
Contexto Histórico da Transgenia de Plantas
• Evolução das plantas silvestres mutação e seleção natural
• Agricultura origem das plantas cultivadas
• Descoberta do princípios de hereditariedade
• Melhoramento genético• Variabilidade genética silvestre• Indução de mutação• Transgenia
• Insetos-Praga Perdas econômicas consideráveis desde o surgimento da agricultura, mas se intensificou ultimamente
Visão Geral da Produção de Plantas Transgênicas BtResistentes a Insetos
Fonte: Smith, 2005
1ª Geração de Plantas Transgênicas Resistentes a Insetos
• Expressão de genes de Bacillus thuringiensis (Bt) que produzem proteínas inseticidas nas plantas em concentrações que controlam a praga-alvo
Cry3Aa
(Li et al. 1991)
Colônia de Bt Célula de Bt
O que é Bacillus thuringiensis (Bt)?
• Bactéria encontrada no solo, folhas de plantas, etc.
• Produz cristais protéicos (Cry) durante esporulação e proteínas na fase vegetativa (Vip)
• Consistem de proteínas muito tóxicas a certos insetos
• Diferentes isolados de Bt produzem diferentes toxinas, cada uma codificada por 1 gene
• Especificidade ao insetos depende dos tipos de toxina produzida
• Nomes das toxinas baseia-se na estrutura química
Ex.: Cry1Ac, Cry1Fa, Cry2Ab, Cry2Ae, Vip3A, etc.
Especificidade e Diversidade de Proteínas Inseticidas de Bt
• Proteínas Bt tem toxicidade específica– Cry1 Lagartas
– Cry2 Lagartas e Mosquitos
– Cry3 Besouros
– Cry4 e 11 Mosquitos
– Cry10 Besouros
– Vip Lagartas
• Especificidade depende de:– Acidez do tubo digestivo
– Enzimas digestivas
– Proteínas receptoras no intestino do inseto
• Há muitas genes de Bt na natureza, mas…– Atualmente poucos genes (menos que 10) são
promissores para uso em plantas transgênicas Bt Fonte: deMaagd, et al. 2001
Por que Toxinas de Bt só Matam Alguns Insetos?
Solubilização pelo Alto pH
Ingestão da Toxina de Bt
Ligação ao Receptor
Ativação Proteolítica
Formação de Poro
Morte
Rompe Parede do Intestino
Bt como Bio-inseticida em Pulverização
• Usadas há mais de 50 anos
• Não-tóxico para mamíferos e outros organismos não-alvo
• Estreito espectro de ação e deve ser ingerido por larvas jovens
• Baixa persistência no campo
• Desvantagens superadas pelo uso em plantas transgênicas
Foto: Matheus Waquil
Adoção de Plantas Transgênicas por Agricultores a Nível Mundial
Cultivos Bt (Eventos) Liberados no Brasil
Cultura Proteína Bt produzida – Tecnologia comercial
Algodão Cry1Ac – Bollgard I Cry1Ac/Cry1F – WideStrike (WS)Cry1Ac/Cry2Ab2 – Bollgard IICry1Ab/Cry2Ae – Twinlink
Milho Cry1Ab - YieldguardCry1F - HerculexCry1A.105/Cry2Ab2 – VT PROVIP3Aa20 - VipteraCry1Ab/VIP3Aa20Cry1A.105/Cry2Ab2/Cry1F – PowerCoreCry1Ab/Cry1F - IntrasectCry1A.105/Cry2Ab2/Cry3Bb1
Soja Cry1Ac - Intacta
Fonte: CTNBio, 2015
Cultivares Bt x Pragas
• Exemplo: Algodão Bt – Eficiência de controle de pragas-alvo depende do tipo e quantidade de toxina Bt produzida na planta e da espécie de praga
Fonte: IMAmt et al. 2013
Inimigos naturais, em geral tem aumentado em abundância em virtude da redução do uso de inseticidas de largo espectro e, provavelmente, aumentado a sua contribuição ao MIP
Cortesia: Dr. Jorge Torres
Efeito de Cultivos Bt no Complexo de Pragas
• Supressão da praga-alvo em alguns casos – Ex. curuquerê
• Mudança de status em pragas secundárias?
• Não controla insetos sugadores
Inimigos naturais das pragas, em geral tem aumentado em abundância em virtude da redução do
uso de inseticidas de largo espectro e, provavelmente, aumentado a sua contribuição ao MIP
Milho não-Bt x Milho Bt (2010)
Foto: Matheus Waquil, 2010
Alta adoção
Alta exposição
Alta persistência
Pouco refúgio
Intensa
Pressão
de Seleção
O Risco de Resistência de Insetos a Plantas Transgênicas
Resistência a Inseticidas, mesmo conceito para cultivos Bt?
“Desenvolvimento da capacidade, por uma população de insetos de dada espécie, de suportar doses de inseticidas que seriam letais para uma população normal de organismos da mesma espécie”(Comitê de Peritos da OMS, 1957)
Diferente de Tolerância => característica intrínseca da espécie da praga; há algumas espécies que já são mais tolerantes do que outras, p.ex.,
Resistência de insetos ao milho Bt a campo
Casos de Resistência a Bt em Insetos
• Seleção em laboratório– 11 em18 experimentos obtiveram significativos níveis de resistência (>10x)
• 2 casos de sobrevivência em plantas transgênicas
• Resistência a campo– Traça das crucíferas, Plutella xylostella
– Resistência a plantas transgênicas:• Spodoptera frugiperda - Porto Rico
• Pectinophora gossypiella - Índia
• Busseola fusca – África do Sul
• Diabrotica virgifera - EUA
Resposta a Seleção em Laboratório Indica Alto Risco de Evolução de Resistência
0
20
40
60
80
100
1 2 3 4 5Geração de seleção
IrmaC IrmaD IrmaF
% S
obre
viv
ência
Resultados de experimento de seleção em laboratório para resistência a proteína Bt em Spodoptera frugiperda
• IrmaF – Regime de alta pressão de seleção
• IrmaD - Regime de baixa pressão de seleção
• IrmaC – Linhagem controle sem pressão de seleção
Fatores que Afetam o Desenvolvimento de Resistência
• Ecológicos e comportamentais– Taxa de reprodução, mobilidade/dispersão, refúgio de exposição
• Genéticos– Freqüência inicial de insetos resistentes, dominância da resistência, número de
genes, custo fisiológico da resistência
• Operacionais– Características das plantas transgênicas
• Alta x Baixa-dose
– Implementação de estratégias de manejo da resistência
Fonte: CSIRO, 2002
Omoto, 2008
Importância de Áreas de Refúgio
Fatores importantes para bom
funcionamento do Refúgio
Frequência inicial
de insetos resistentes q < 10-3
Dominância da resistência
Custo adaptativo
Evento de Alta Dose
Evento de Alta Dose: a planta que expressa a proteína tóxica em uma
concentração que possibilita a mortalidade de heterozigotos das pragas-alvo
Definição Operacional de Alta Dose
US-EPA: “alta dose” é a planta que expressa a proteína tóxica em uma
concentração equivalente a pelo menos 25 vezes a CL99 da população
suscetível da praga-alvo
Considerações sobre Refúgio
• Áreas de refúgio parece ser importante em toda estratégia de Manejo de
Resistência Insetos
• Deve manter insetos suscetíveis em quantidade suficiente
• Deve estar próximo o suficiente do campo Bt para permitir o acasalamento
aleatório dos insetos-alvo
• Deve atender ao Manejo de Resistência de todas as espécies de pragas alvo
da tecnologia
• Tamanho do refúgio
• Tecnicamente, depende do nível de controle dos insetos heterozigotos,
os quais são parcialmente resistentes a Bt e da abundância efetiva de
refúgios naturais
Configuração para Áreas de Refúgio
Fonte: IMAmt/ABRASEM
Manejo da Resistência x Refúgio
• Conhecer a bioecologia das pragas-chave
• Entender a dinâmica nos diversos agroecossistemas
• Estabelecer suscetibilidade inicial ou eficácia de controle da praga-alvo
• Monitorar o aumento de resistência
• Plano de ação em caso de falhas de controle
• Importância das áreas de refúgio
Estratégias de Manejo da Resistência
1. Alta Dose/RefúgioA mais usada mundialmente, mas depende da tolerância das pragas-alvo à(s) toxina(s) de Bt expressa na planta
2. Piramidação de toxinas/Refúgio Uso de mais de uma toxina de Bt no cultivar, permite reduzir tamanho do refúgio
3. Moderada Dose/Refúgio/Manejo Integrado A estratégia mais comum no Brasil devido alta tolerância da maioria das lagartas-alvo à concentração de toxina das plantas Bt
4. Outras Uso conjunto das estratégias 2 e 3 tendência atual
Considerações Importantes
• Cultivos Bt – Resistência de plantas como principal método de controle de pragas
• Possui vantagens e limitações Vantagem: Redução no uso de inseticidas de amplo espectro de ação
Limitação: Adaptação das pragas (resistência)
• Deve ser usada de forma a promover sustentabilidade da agricultura em programas de Manejo Integrado de Pragas
– Não é a solução para todos os problemas pragas!
Considerações Importantes
• Resistência de insetos a plantas transgênicas: problema sério
– Para manejá-la é preciso compreendê-la
– Pesquisa: estratégias e táticas – baseadas em princípios de ecologia e genética de populações
– Implementação: esforço conjunto
– Profissionais de campo: estar atentos a sinais de falhas de controle
– Manejo preventivo (importância do refúgio) e adaptivo (medidas profiláticas em caso de falha de controle)
– Manejo Integrado
Sugestões de Leitura para Consulta
CTNBio - Comissão Técnica Nacional de Biossegurança. 2015. Disponível em www.ctnbio.gov.br
James, C., 2015. Status Global of Culturas Transgênicas: 2015 ISAAA, Ithaca. Disponível em www.isaaa.org/resources/publications/briefs/default.asp
Mir, L. (Ed.) Genômica. Editora Atheneu, São Paulo. 2005. Cap. 35 - Plantas transgênicas; Cap. 36 - Considerações sobre segurança de alimentos geneticamente modificados; Cap. 38 - Organismos geneticamente modificados: impacto do fluxo gênico.
Romeis, J., Shelton, A.M., Kennedy, G.G. (eds.), Integration of Insect-Resistant Genetically Modified Crops
within IPM Programs. Springer, 2008.
Soberón, M., Gao, A., Bravo, A. 2015. Bt Resistance: Characterization and Strategies For GM CropsProducing Bacillus thuringiensis Toxins. CABI.
UFV
Eliseu José G. PereiraProfessor de Entomologia
eliseu.pereira@ufv.br
Tel.: 31-3899-3994 (atualizado 2015)
Mobile: 31-8525-0886
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