formulação de problema para culturas gm com alto potencial...
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Formulação de problema para culturas GM com alto potencial de di ãdispersão
Alan Raybould, Segurança de Produtos, Syngenta
Dispersão e fluxo gênico
● Dispersão e fluxo gênico não são a mesma coisa
● A dispersão é o movimento de pólen e sementes
● O fluxo gênico é a "introdução de material genético (mediante● O fluxo gênico é a introdução de material genético (mediante intercruzamento) de uma população de uma espécie para outra, alterando assim a composição do conjunto gênico da população receptora." (Enciclopédia Britânica)p ( p )
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Dispersão e fluxo gênico
● Pressupõe-se que o fluxo gênico seja o "propósito" da dispersão nas plantas- O pólen deve causar fertilização- As sementes devem germinar e produzir plantas reprodutivas
● Dispersão = possível fluxo gênico
Fertili ação e prod ção de plantas férteis fl o gênico real● Fertilização e produção de plantas férteis = fluxo gênico real
● Para LRA de cultura GM, pode ser necessário considerar os dois mecanismos, mas é importante não confundi-los
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Dispersão via pólen
● As plantas têm mecanismos para dispersar o pólen● Algumas espécies usam o vento
- Flores pequenas, discretas- Produzem grandes quantidades de pólen
Coníferas Árvores de folhasl
Gramíneas
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largas
Dispersão via pólen
● Algumas plantas usam vetores animais- Insetos (pássaros, morcegos, outros mamíferos, lesmas...)- Atraem os animais com cores, aromas e recompensas (pólen e , p (p
néctar)
Orq ídea abelha mimetismo Rosa canina néctar
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Orquídea abelha: mimetismo Rosa canina: néctar
Muitas culturas retiveram mecanismos de dispersão do pólen
Milho – dispersão pelovento
Algodão – dispersão por insetos (néctar)
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Dispersão via semente
● Muitos mecanismos para promover a dispersão de sementes
● Vento- Estruturas para manter as sementes flutuando no ar
● Animais- Estruturas para grudar no pelo dos animais- Frutas + revestimento duro das sementes para protegê-las contra a
digestão
● Homem- Plantas daninhas mimetizam as culturas
● Dispersão no tempo- Dormência
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Dispersão via semente
Dente-de-leão – vento Tomate – fruta e sementes duras
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Aveia perene – mimetismo Aparine - pelos de animais
Muitas culturas perderam mecanismos de dispersão da semente
Teosinte MilhoTeosinte Milho
Sementes liberadas da plantaAs sementes sobrevivem à passagem pelo
sistema digestivo
Sementes retidas na plantaAs sementes não sobrevivem à passagem pelo
sistema digestivo
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sistema digestivo sistema digestivo
Métodos para estimar a dispersão e o fluxo gênico
Método Parâmetro estabelecidoColetores de sementes1 Possível fluxo gênico via sementesColetores de pólen1 Possível fluxo gênico via pólenPlantas-iscas macho-estéreis 1 Possível fluxo gênico via pólenAnálise de parentesco1 Fluxo gênico real via pólenAnálise de parentesco Fluxo gênico real via pólen
Plantas com marcadoresgenéticos1
Fluxo gênico real via sementes e pólen
Estrutura genética2 Fluxo gênico real via sementes e pólenEstrutura genética2 Fluxo gênico real via sementes e pólen
1Métodos diretos: estimam a dispersão contemporânea; fazem poucas i õ d fi i t d t ã d di ã d l di tâ ipressuposições; deficientes na detecção de dispersão rara de longa distância
2Método indireto: estima o fluxo gênico ao longo de muitas gerações; detecta efeitos de dispersão rara de longa distância; depende de pressuposições (geralmente irrealistas) sobre a demografia e os marcadores genéticos
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irrealistas) sobre a demografia e os marcadores genéticos
Dispersão, fluxo gênico e risco
● A dispersão e o fluxo gênico são fenômenos naturais● A dispersão de um transgene, uma planta transgênica ou um produto
transgênico não é por si nociva- Embora possa violar regras legais
● O risco resulta de qualquer propriedade nociva do transgene, do q q p p g ,produto transgênico ou da planta transgênica- Perigo = potencial do transgene de causar dano- Exposição = presença do gene onde possa causar dano- Exposição = presença do gene onde possa causar dano
● Dispersão e estimativas de fluxo gênico fazem parte da avaliação da exposição
R t l i d d ã d i- Rotas pelas quais o dano pode ocorrer, não o dano em si
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Risco ambiental e fluxo gênico
Definir possíveis efeitos perigosos da cultura GM (P1)
Desenvolver hipóteses de que a cultura GM não é perigosa (TS1)
Testar as hipóteses (EE)Testar as hipóteses (EE)
Maior conhecimento do risco (P2)
Nova hipótese de risco (TS2)
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Definição de dano – um exemplo
● Metas de proteção (objetivos de gerenciamento) das leis e regulamentos
● EUA – A Plant Protection Act (Lei de Proteção das Plantas) regula as pragas vegetais
● O Departamento de Agricultura dos EUA (USDA) considera culturas GM como possíveis pragas vegetais no âmbito da LPP
● O USDA "protege a agricultura e os recursos naturais contra os riscos● O USDA protege a agricultura e os recursos naturais contra os riscos associados ao ingresso, estabelecimento ou alastramento de pragas animais ou vegetais e plantas daninhas nocivas" e, portanto, "assegura um suprimento abundante e variado de alimentos de alta qualidade, ... e p q ,contribui para a preservação do meio ambiente mundial"
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Definição de dano – um exemplo
● Pontos finais de avaliação claros podem ser derivados da meta de ç pproteção de um suprimento abundante e variado de alimentos de alta qualidade
- Abundância – produção das culturasAbundância produção das culturas
- Alta qualidade – conteúdo de nutrientes das culturas (ou outra qualidade de valor)
- Variado – diversidade das culturas
R d õ t t ib t d id d f it i● Reduções nestes atributos podem ser consideradas efeitos nocivos
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Definição de dano – um exemplo
● Os pontos finais de avaliação não são tão claros para a preservação do meio ambiente global - Abundância das espécies não pragas, particularmente as que
apresentam funções úteis (controle biológico, polinização, etc.) ou estão em risco de extinçãoÍ- Índices de função do solo
● Reduções nestes atributos podem ser consideradas efeitos nocivosç p
● (Avaliações de impacto ambiental podem considerar outros aspectos, como as emissões de gases de efeito estufa sustentabilidade dascomo as emissões de gases de efeito estufa, sustentabilidade das economias rurais, etc.)
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Modelos conceituais – como a dispersão pode causar dano?
● Fluxo gênico de cultura a cultura por pólen- por exemplo, efeito adverso sobre a qualidade da cultura
Fl ê i d l l
Produzir um modelo
conceitual genérico para● Fluxo gênico de cultura a cultura por semente
- por exemplo, efeito adverso sobre a qualidade da cultura- por exemplo, efeito adverso sobre a produção da cultura
genérico para cada
categoria
● Fluxo gênico de cultura a parente silvestre por pólen- por exemplo, efeito adverso sobre espécies não pragas
● Fluxo gênico da cultura por semente para habitats não agrícolas- por exemplo, efeito adverso sobre espécies não pragas
● Dispersão da cultura por pólen- por exemplo, efeito adverso sobre espécies não pragasp p p p g
● Dispersão da cultura por semente- por exemplo, efeito adverso sobre a função do solo
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Fluxo gênico de cultura a cultura por pólenModelo conceitual Hipótese de riscoModelo conceitual Hipótese de risco
Cultura GM produz pólen Cultura GM não produz pólen
Pólen se dispersa nas culturas vizinhas Pólen não se dispersa nas culturas vizinhasvizinhas
Pólen fertiliza as culturas vizinhas Pólen não fertiliza as culturas vizinhas
Proteína transgênica é produzida na semente
Proteína transgênica não é produzida na semente
Teste da hipótese
semente sementeProteína transgênica reduz a qualidade da cultura
Proteína transgênica não reduz a qualidade da cultura
p1. A cultura GM floresce e produz pólen?2. O pólen se dispersa nas culturas vizinhas?3 As culturas vizinhas são sexualmente compatíveis? Elas florescem ao3. As culturas vizinhas são sexualmente compatíveis? Elas florescem ao
mesmo tempo que a cultura transgênica?4. Estudo de expressão no desenvolvimento5 Estudos toxicológicos/estudos de processamento
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5. Estudos toxicológicos/estudos de processamento
Fluxo gênico de cultura a cultura por semente – voluntárias
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Fluxo gênico de cultura a cultura por semente – ponto final de avaliação de qualidade
Modelo conceitual Hipótese de riscoCultura GM produz semente Cultura GM não produz semente
Semente se dispersa nas culturas vizinhas/semente se di lt b t
Semente não se dispersa nas culturas vizinhas/semente ã di lt b tdispersa nas culturas subsequentes não se dispersa nas culturas subsequentes
Semente germina nas culturas vizinhas/semente germina nas culturas subsequentes
Semente não germina nas culturas vizinhas/semente não germina nas culturas subsequentes
Cultura GM se estabelece Cultura GM não se estabelece
Cultura GM produz proteína transgênica Cultura GM não produz proteína transgênica
Proteína transgênica reduz a qualidade da cultura Proteína transgênica não reduz a qualidade da cultura
Teste da hipótese1. A cultura produz semente?2. A semente se dispersa nas culturas vizinhas/subsequentes?3. Requisitos de germinação/dormência4. Sobrevivência no inverno/práticas de cultivo5. Estudo de expressão no desenvolvimento6 Estudos toxicológicos/estudos de processamento
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6. Estudos toxicológicos/estudos de processamento
Fluxo gênico de cultura a cultura por semente – ponto final de avaliação de produção
Modelo conceitual Hipótese de risco
Cultura GM produz semente Cultura GM não produz semente
Semente se dispersa nas culturas i i h / t di lt
Semente não se dispersa nas culturas i i h / t ã di ltvizinhas/semente se dispersa nas culturas
subsequentesvizinhas/semente não se dispersa nas culturas subsequentes
Semente germina nas culturas vizinhas/semente germina nas culturas subsequentes
Semente não germina nas culturas vizinhas/semente não germina nas culturas subsequentessubsequentes
Cultura GM se estabelece Cultura GM não se estabelece
Cultura GM afeta o crescimento da cultura Cultura GM não afeta o crescimento da cultura
Teste da hipótese1 A cultura produz semente?
Cultura GM reduz o rendimento da cultura em relação aos efeitos da contraparte não GM
Cultura GM não reduz o rendimento da cultura em relação aos efeitos da contraparte não GM
1. A cultura produz semente?2. A semente se dispersa nas culturas vizinhas/subsequentes?3. Requisitos de germinação/dormência4. Sobrevivência no inverno/práticas de cultivo
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5. Estudos agronômicos para comparar a cultura GM com uma quase-isolinha não GM
Fluxo gênico de cultura a parente silvestre por pólenModelo conceitual Hipótese de riscop
Cultura GM produz pólen Cultura GM não produz pólen
Pólen se dispersa ao parente silvestre Pólen não se dispersa no parente silvestre
Pólen fertiliza parente silvestre Pólen não fertiliza o parente silvestre
T é i t did t l t T ã é i t did t l tTransgene é introgredido estavelmente Transgene não é introgredido estavelmente
Parente silvestre produz proteína transgênica Parente silvestre não produz proteína transgênica
Cenário 1 Cenário 1
Parente silvestre é a planta alimento de uma espécie não Parente silvestre não é a planta alimento de uma espécie não praga de valor praga de valor
A proteína transgênica é tóxica a tal espécie A proteína transgênica não é tóxica a tal espécie
A espécie recebe uma dose nociva de proteína A espécie não recebe uma dose nociva de proteína
A abundância da espécie é reduzida A abundância da espécie não é reduzidap p
Cenário 2 Cenário 2
A proteína transgênica aumenta a resistência a um fator estressante
A proteína transgênica não aumenta a resistência a um fator estressante
A maior resistência leva a uma maior produção de sementes A maior resistência não leva a uma maior produção de a o es s ê c a e a a u a a o p odução de se e es a o es s ê c a ão e a a u a a o p odução desementes
A maior produção de sementes aumenta a abundância do parente silvestre
A maior produção de sementes não aumenta a abundância do parente silvestre
A maior abundância reduz a abundância das espécies de A maior abundância não reduz a abundância das espécies de
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valor valor
Fluxo gênico de cultura a parente silvestre por pólen
● Cenário 1- Fluxo gênico como o cenário 2- Teste dos efeitos semelhante ao da cultura, como apresentado por
Joergg
● Cenário 2Il strado com e emplo da canola (Brassica nap s) resistente ao- Ilustrado com exemplo da canola (Brassica napus) resistente ao vírus do mosaico do nabo (TuMV) no Reino Unido
- Mostra que as hipóteses de risco podem ser testadas- Não visa mostrar o que deveria ser feito para uma avaliação de
riscos com fins de regulamentação
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TuMV em Brassicas
● O TuMV causa perda de produção em oleaginosas e hortaliças
● Nocivo se o transgene de resistência se alastrar a parentes silvestres e levar à maior invasividade e perda de espécies de valor
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Espécies avaliadas
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Hipóteses de risco
Modelo conceitual (cenário) Hipótese de riscoHibridização entre a cultura e a espécie silvestre
Nenhuma hibridização entre a cultura e a espécie silvestre
A característica GM aumenta a resistência ao vírus da espécie silvestre
A espécie silvestre é imune ao vírus
A espécie silvestre é infectada pelo vírus no campo
O vírus está ausente na espécie silvestre no campo
As plantas GM infectadas sobre i em por mais tempo o
A infecção não reduz a sobre i ência nem a prod ção desobrevivem por mais tempo ou
produzem mais sementes que as plantas não GM infectadas
sobrevivência nem a produção de sementes
Maior abundância da espécie O tamanho da população não éMaior abundância da espécie silvestre reduz a abundância da espécie de valor
O tamanho da população não é limitado pela produção de sementes
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Hipótese de não hibridização
● Bons dados para todas as espécies avaliadas● No entanto, avaliação possível usando testes escalonados, l’évaluation
pourrait être effectuée à l’aide de tests en plusieurs étapes● Etapa I: teste de hibridização usando métodos de laboratório
- Ausência de híbridos, interromper o teste; presença de híbridos, , p ; p ç ,passar para a etapa II
Polinização manual Resgate de embriões
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Polinização manual Resgate de embriões
Hipótese de não hibridização
● Etapa II: Testar para hibridização "espontânea" (laboratório ou campo)- Ausência de híbridos, interromper o teste; presença de híbridos,
passar para a etapa III
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Hipótese de não hibridização
● Etapa III: Procurar por híbridos produzidos naturalmente no campo- Ausência de híbridos, interromper o teste
Presença de híbridos; necessidade de avaliar o perigo- Presença de híbridos; necessidade de avaliar o perigo
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Hipótese que o parente silvestre é imune ao TuMV
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Hipótese que o parente silvestre não é infectado no campo
Plantas de Brassica nigra em uma área de 400 cm2
3000
3500
4000
s
TuMV
Outros vírus
1500
2000
2500
3000
Núm
ero
de p
lanta
s
Não infectadas
0
500
1000
1500
S 99 S 99 O 99O 99N 99N 99D 99D 99 J 00 J 00 J 00 F 00 F 00 M 00M 00A 00 A 00M 00M 00 J 00 J 00 J 00 J 00 A 00 A 00 S 00 S 00 O 00O 00N 00N 00N 00D 00 J 01 J 01 F 01 F 01
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Hipótese de que o TuMV não reduz a produção de sementes
Número de sementes por planta +/- 2SE
2000250030003500400045005000
0500
100015002000
TuMV/TYMV control TYMV challenged CaMV challenged
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Hipótese de que mais sementes não aumenta a abundância
Efeito da densidade sobre a dinâmica da população
60000
80000s
m-2 Hi
20000
40000
Plan
ts
Mid
Lo
0
3/2/
2000
3/16
/200
0
3/30
/200
0
4/13
/200
0
4/27
/200
0
5/11
/200
0
5/25
/200
0
6/8/
2000
6/22
/200
0
7/6/
2000
7/20
/200
0
Date
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Fluxo gênico da cultura por semente para habitats não agrícolas
M d l it l Hi ót d iModelo conceitual Hipótese de risco
Cultura GM produz semente Cultura GM não produz semente
Semente se dispersa em habitats não agrícolas Semente não se dispersa em habitats não agrícolasagrícolas
Cultura GM se estabelece em habitat não agrícola Cultura GM não se estabelece em habitat não agrícola
Cultura GM forma população auto-sustentável Cultura GM não forma população auto-sustentável
População aumenta em abundância População não aumenta em abundância
Maior abundância prejudica uma espécie de valor Maior abundância não prejudica uma espécie de valor
Teste da hipótese1. A cultura produz semente?2. A semente se dispersa em habitats não agrícolas?3 R i it d i ã /d ê i3. Requisitos de germinação/dormência4. Sobrevivência no inverno/competição com plantas silvestres5. Estudos agronômicos para comparar culturas GM com quase-isolinhas não GM
(Simular condições em habitats não agrícolas/condições sob as quais o transgene possa
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(Simular condições em habitats não agrícolas/condições sob as quais o transgene possa ser vantajoso)
Dispersão da cultura por pólen
M d l it l Hi ót d iModelo conceitual Hipótese de riscoCultura GM produz pólen Cultura GM não produz pólen
Proteína transgênica é produzida no pólen Proteína transgênica não é produzida no pólen
Pólen se dispersa fora do campo Pólen não se dispersa fora do campoPólen se dispersa fora do campo Pólen não se dispersa fora do campo
Proteína transgênica é tóxica à espécie de valor Proteína transgênica não é tóxica à espécie de valor
A espécie recebe uma dose nociva de proteína A espécie não recebe uma dose nociva de proteína
A abundância da espécie de valor é reduzida A abundância da espécie de valor não é reduzida p p
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Dispersão da cultura por sementeModelo conceitual Hipótese de riscoModelo conceitual Hipótese de risco
Cultura GM produz semente Cultura GM não produz semente
Semente contém uma enzima transgênica Semente não contém uma enzima transgênica
Enzima pertence a uma classe que afeta a função do solo
Enzima não pertence a uma classe que afeta a função do solo
Semente é derramada durante a colheita Semente não é derramada durante a colheita
Concentração da enzima aumenta Concentração da enzima não aumentaConcentração da enzima aumenta significativamente acima da concentração base
Concentração da enzima não aumenta significativamente acima da concentração base
Maior concentração da enzima altera as taxas dos processos do solo
Maior concentração da enzima não altera as taxas dos processos do solo
M d j di f d l M d j di f d l
Teste da hipóteseMilho que produz grandes quantidades de uma enzima envolvida na degradação da plantaD t d t l t á t i t tâ d 10X l ã à
Mudança na taxa prejudica a função do solo Mudança na taxa não prejudica a função do solo
Derramamento de sementes provavelmente causará aumento instantâneo de 10X em relação à concentração base
Enzima é induzida quando o material da planta é adicionado ao soloEnzima não é fator limitador da taxa de degradaçãoN h d t d d d ã d h j í à f ã d l
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Nenhuma mudança na taxa de degradação esperada – nenhum prejuízo à função do solo
Conclusões
● A avaliação de riscos de culturas GM por meio de dispersão, fluxo gênico, potencial de competitividade (weediness) e invasibilidade não precisa ser complicada
● Definir claramente os efeitos nocivos
● Criar um modelo conceitual composto de uma série de etapas que● Criar um modelo conceitual composto de uma série de etapas que devem (todas) ocorrer para que o dano seja causado
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Conclusões
● Formular hipóteses simples e testáveis sobre um ou mais estágios - O fenômeno não ocorre- O fenômeno ocorre em uma frequência abaixo da necessária para
que ocorra danoq- O fenômeno ocorre em uma magnitude abaixo da necessária para
que ocorra dano- Não mais que/não menos que a cultura não GM atual é geralmente- Não mais que/não menos que a cultura não GM atual é, geralmente,
uma hipótese útil● Previsões precisas das frequências de transgenes, dos números de
híbridos transgênicos ou das taxas de crescimento das plantas daninhashíbridos transgênicos ou das taxas de crescimento das plantas daninhas transgênicas são desnecessárias
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Conclusões● Lembrar-se de colocar os riscos em contexto● Culturas aráveis e seus híbridos raramente são plantas daninhas ou
invasoras sérias● É improvável que o maior potencial de competitividade (weediness) ou● É improvável que o maior potencial de competitividade (weediness) ou
invasibilidade em estudos controlados resulte em danos graves no campo
Não resultaria na elaboração de mais análises em modelos de- Não resultaria na elaboração de mais análises em modelos de avaliação de riscos
Giant hogweed (Heracleum mantegazzianum) Canola feral
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Giant hogweed (Heracleum mantegazzianum) Canola feral