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)

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