Aplicaciones de la moderna biotecnología en la
agricultura
Francisco J. L. Aragão
Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia
Sociedad del Paleolítico y Neolítico
Cazadores y recolectores
agricultores
Brassica oleracea L.
Brassica oleracea L.
Sec 6 BC cole
Sec 15 coliflor
Sec 1 repollo
Sec 1 Kohlrabi - Germania
Sec 16 brócoli
Sec 18 coles de Bruselas
Brassica oleracea L.
Melhoramento “Clássico”
X
Seleção Artificial
trigo X centeio = triticale
Planta A Planta B
2n
8n
=
2n
Seleção Artificial
8n
2n
2n
8n
8n
ATCAGA
Seleção Artificial
ATCTGA
Transgênico
Seleção Artificial
Mutação selecionada por um jardineiro holandês centenas
de anos atrás porque era a cor da Casa de Orange
The Plant Cell, Vol. 18, 3594–3605, 2006
Fonte: Clive James 2011, ISAAA
La primera cosecha transgénica – inicio de los años 90
Calabaza/zapallo/zuquini – resistencia a virus
Algodón – resistencia a insectos
Papaya – resistencia a virus
Maíz – resistencia a insectos
Maíz – resistencia a insectos de raíces
Resistencia a insectos y tolerancia a herbicidas
Embrapa/BASF – Desenvolvimento da soja
Cultivance®
Aragão and Rech
Plant Cell Rep. 1991, 1993, 2008; Theor. Appl. Genet. 2000;
Nature Protocols 2009
Soja tolerante a imidazolinona – Embrapa/BASF
Programas de melhoramento e
biossegurança da Embrapa
Brazil
2001
2008
2009
2010
Agronomic
and
Biosafety analysis
Australia
Brazil
Korea
China
Japan, EU, USA
Philippines
CanadaArgentina
Mexico, Colombia, Taiwan, Russia
2011
2012
India
South Africa
Uruguay
Paraguay
(to be defined)
2013
Mamoeiros resistentes – Univ. Cornell, Univ. Havaí, USDA
- Plantio comercial a partir de 1998.
Síntese química
AcOx
OxDC
Perdas anuais entre 90.000 e 280.000 toneladas
Suficiente para alimentar 6 M a 20 M adultos no Brasil
Cerca de 200 mil ha não apropriados para o cultivo
mosaico, nanismo, abortamento de flores
vagens e sementes distorcidas
Inseticidas
BGMV : transmitido por mosca-branca (Bemisia
tabaci ) de forma persistente a circulativa
60s – Descrição do mosaico
dourado do feijoeiro (Álvaro
Santos Costa)
70s-2000
15-20 mil acessos dos Bancos
de Germoplasma
2/22
Embrapa 5.1
EMB-PVØ51-1
2004
Bonfim et al. MPMI, 2007
Aragão & Faria, Nature Biotechnology, 27:1086-1088 (2009)
Avaliações de Biossegurança
Resolução Normativa Nº 5, de 12 de março de 2008
Dispõe sobre normas para liberação comercial de
Organismos Geneticamente Modificados e seus derivados
Caracterização Molecular
Caracterização Agronômica
Avaliação de Segurança Ambiental
Análises de Composição
Avaliação de Segurança Alimentar
Embrapa Arroz e Feijão
Josias Corrêa de Faria
Eliane Dias Quintela
José Francisco Arruda e Silva
Edmar Cardoso de Moura
Vanderlino Moreira de Santana
Jaison Pereira de Oliveira
Murillo Lobo Junior
Paula Arielle Mendes Ribeiro Valdisser
Maria José Del Peloso
Embrapa Agrobiologia
Bruno José Rodrigues Alves
Gustavo Ribeiro Xavier
Segundo Sacramento Urquiaga Caballero
Altiberto Moreira Baeta;
Roberto Gregio de Souza;
Maria Elisabeth Fernandes Correia
Norma Gouvea Rumjane
Roberto Silva de Oliveira
Itamar Garcia Ignácio
Orivaldo José Saggin Junior
João Luiz Bastos
Embrapa Milho e Sorgo
José Aloisio Alves Moreira
Embrapa Soja
Geraldo Estevam de Souza Carneiro
Universidade Estadual Paulista
Norka Beatriz Barrueto González
Renata M. Galvão Campos Cintra
Luis Fernando Barbisan
Alaor Aparecido de Almeida
Universidade Federal do Ceará
Francisco de Assis de Paiva Campos
Embrapa Recursos Genéticos e
Biotecnologia
Francisco José Lima Aragão
Elsa Oliveira Paranaguá e Lago Nogueira
Kenny Bonfim
Maria Laine Penha Tinoco
Antonieta Nassif Salomão
Solange Carvalho Barrios Roveri José
Marcelo Porto Bemquerer
Beatriz Simas Magalhães
Vera Lucia Perussi Polez
Embrapa Agroindústria de Alimentos
José Luiz Viana de Carvalho
Marília Regini Nutti
Edson Watanabe
Edna Maria Morais Oliveira
Ronoel Luiz de Oliveira Godoy
Sidinea Cordeiro de Freitas
Sidney Pacheco
Luzimar da Silva de Mattos
Jeane Santos Rosa de Mello
Manuela Cristina Pessanha de Araujo
Adriana Paula da Silva Minguita
Carmine Conte
Epaminondas Silva Simas
Juliana de Oliveira Santos
Tania dos Santos Silva
Jose Manoel de Oliveira
Paulo Sergio de Souza
Tatiane Correa de Oliveira
Universidade de Brasília
Élida Geralda Campos
Anna Paula Costa Jesuino
Érica Heringer Machado
Viviane Yllena Vieira de Souza
Universidade Estadual de Campinas
Jaime Amaya-Farfan
59 membros
10 centros de pesquisa
Registro de variedades
2004
2010
Avaliação
Agronômica e
de Biossegurança
2011
2012
2013
2014
2018
+ países ?
Brasil
(CTNBio)
Monitoramento pós comercial (5 anos)
Poor technologies
Viruses
Insects
Cowpea aphid-borne mosaic virus (Potyvirus)
Cowpea severe mosaic vírus (Comovirus)
Aragão & Cruz 2011
Milho tolerante à seca (evento MON 87460)
desenvolvimento pela Monsanto/BASF aprovado
em 2012 (US)
DroughtGard
Arroz com incremento de produtividade (BASF)
> Até 30%
Costa et al. 2008. J. Biological Chemistry, 283: 20209-20219
Valente et al. 2009. J. Experimental Botany 60: 533-546
trehalose-6-fosfato sintase (TPS1) e trehalose-6-phosphate fosfatase (T
35S::TPS1(35STPS1)
35S::TPS1–TPS2 (35SBIF)
rd29A::TPS1–TPS2
(RDBIF)
Miranda et al. Planta (2007) 226:1411–1421
RDBiF
rd29A::TPS1-TPS2
“trehalose-6-phosphate synthase” e “trehalose-6-phosphate
phosphatase”
Miranda et al. Planta (2007) 226:1411–1421
hídrico
Frio
Miranda et al. Planta (2007) 226:1411–1421
Controle do florescimento
Redução do ciclo de vida
Arroz dourado (golden rice II)
Redução/eliminação de proteínas alergênicas
Gly m Bd 30 K
Em soja
Herman et al. 2003, Plant Physiol. 132:36-43.
Teobromina sintase
30-70% menos cafeína
Ogita et al. Nature 2003;423:823
Ogita et al. Plant Molecular Biology 2004;54:931–41.
Supressão do gene DET1 aumenta carotenóides e flavonóides em
tomates
DET1, gene regulatório da fotomorforgênesis
Silenciamento constitutivo – fenótipo indesejável - esverdeamento
Ct
Davuluri et al. 2005 Nature Biotechnology 23:890 – 895
Problemas associados à deficiência de folato
- Más formações congênitas
Defeitos do Tubo Neural (DTN)
Anencefalia
Anacefalia
Lábio leporino
Espinha bífida
- Aborto espontâneo
- Síndrome de Down
- Anemia megaloblástica
- Doenças cardiovasculares
- Derrames
- Esquizofrenia
- Mal de Alzheimer
- Demência vascular
- Depressão
CS
consumindo-se 22g
70% da IDR de folato para adultos
Método L. rhamnosus X HPLC (precursores das pterinas e pABA)
Cruzamento plantas gchI e LeCS (ou adcs) = planta elite
Início
Fim
Vinblastina US$ 20.000/g
Vincristina US$ 20.000/kg
Jasmina US$ 5.000/kg
Ajamalicina US$ 1.500/kg
Recombinant
Protein
Molecular mass
Origin
Host Plant
Total soluble protein
Reference
α-Amilase
55.2
Bacillus licheniformis
Tobacco
0.3% (leaves)
Pen et al., 1992
Quimosine
30
Bovina
Tobacco
0.1-0.5%
Willmitzer et al., 1992
Ciclodextrine
76
Klebsiella pneumoniae
Potato
<0.01% (tubes)
Oakes et al., 1991
Glucoamilase
74
Aspegillus niger
Potato
ND
van den Elzen et al., 1991
Hirudine
11
Hirudo medicinalis
Canola
1% (seeds)
Parmenter et al., 1995
Chain γ e κ from
hibridoma
45 e 27
Camundongo
Tobacco
1. 3% (leaves)
Hiatt et al., 1989
β-interferon
20
Homo sapiens
Tobacco
0.000017%
Edelbaum et al., 1992
Levansucrase
49.9
B. subtilis
S. mutans
Tobacco
Potato
ND
Ebskamp et al., 1994
Lisozime
14.4
Galinha
Tobacco
0.003% (leaves)
Trudel et al., 1992
Fitase
80
Aspegillus niger
Tobacco
14.4% (leaves)
Verwoerd et al., 1995
Ricine
34
Mamona
Tobacco
0.25% (leaves)
Sehnke et al., 1994
Xilanase
37
Clostridium
thermocellum
Tobacco
4.1% (leaves)
Herbers et al., 1995
Silk
>100
Nephila clavipes
Tobacco
Potato
>2% (leaves)
Scheller et al., 2001
Tabela 2. Importantes proteínas farmacêuticas produzidas em plantas transgênicas
Protein
Host
Characteristics
References
hGH
Tobacco and
Sunflower
First human protein expressed in plant
First human protein expressed in chloroplast (7% TSP)
Barta et al., 1986; Staub et al., 2000
Human albumin
Tobacco and
potato
Fist complete native protein expressed in plants (0.1% TSP). High levels of
expression in chloroplasts (11% TSP)
Fernandez-San-Millan et al., 2003;
Sijmons et al., 1990
α-interferon
Rice
First human protein expressed in rice
Zhu et al., 1994
Erythropoietin
Tobacco
First human protein in plant cell suspension
Matsumoto et al., 1995
Alkaline
Phosphatase
Tobacco
Protein secreted in leaves and roots
Borisjuk et al., 1999;
Komarnytsky et al., 2000
Aprotinin
Maize
First human protein expressed in maize
Delaney, 2002
Antitripsin α1
Rice
Rice cell suspension
Terashima et al., 1999
rDNA antiodies
IgG1
Tobacco
First AB produced in plants – Heave and light chain separately expressed (two
events)
Hiatt et al., 1989
IgM
Tobacco
First IgM expressed in plants and addressed to chloroplasts
Düring et al., 1990
SIgA/G
(anti-adesine S.
mutans)
Tobacco
First secreted AB expressed in plants (four events)
Ma et al., 1998
scFv-briodin 1
(anti-CD 40)
Tobacco
First scFv expressed in plants cells
Francisco et al., 1997
IgG (HSV)
Soybean
First time in soybean
Zeitlin et al., 1998
LSC (HSV)
Chlamydomonas
reinhardtii
First example in a algae
Mayfield et al., 2003
Karg, & Kallio. Biotechnology Advances, 27 (2009) 879–894.
Sharma & Sharma Biotechnology Advances, 27 (2009)
Proteins from multi-epitopes from Dengue virus
Diagnosis kit
Biosafety – field release?
toxic proteins?
Biosafety regulations
Optimisation of contained cultivation
BMP2, pro-isulin, hGH, sc FvDIR83D4, anti-CD18
CO
CO
CO
CO
CO
CO
CO
CO
CP
CP
CP
CP
CO
CO
CO
CO
CP
CP
11
22
Transgenic insects
Aedes aegypti – Genes para letalidade
em estágios larvais (OXITEC-USP)
Muchas Gracias
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