Palestra da Mesa Redonda: REFÚGIO COMO ESTRATÉGIA NA UTILIZAÇÃO DE
CULTIVARES TRANSGÊNICOS - SITUAÇÃO ATUAL E PERSPECTIVAS
PESQUISAS E NÍVEL ATUAL DO CONHECIMENTO SOBRE
REFÚGIOS COMO ESTRATÉGIA DE PRESERVAÇÃO DE EVENTOS
TRANSGÊNICOS NO BRASIL E NO MUNDO
Refúgio e Utilização de Cultivos Bt:
Princípios, Fatos e Desafios
Prof. Eliseu José G. Pereira
Departamento de Entomologia
Universidade Federal de Viçosa
E-mail: [email protected]
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 Bt
Resistentes 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
Colônia de Bt
Célula de Bt
Cry3Aa
(Li et al. 1991)
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?
Ingestão da Toxina de Bt
Solubilização pelo Alto pH
Ativação Proteolítica
Ligação ao Receptor
Formação de Poro
Rompe Parede do Intestino
Morte
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
Algodão
Milho
Soja
Proteína Bt produzida – Tecnologia comercial
Cry1Ac – Bollgard I
Cry1Ac/Cry1F – WideStrike (WS)
Cry1Ac/Cry2Ab2 – Bollgard II
Cry1Ab/Cry2Ae – Twinlink
Cry1Ab - Yieldguard
Cry1F - Herculex
Cry1A.105/Cry2Ab2 – VT PRO
VIP3Aa20 - Viptera
Cry1Ab/VIP3Aa20
Cry1A.105/Cry2Ab2/Cry1F – PowerCore
Cry1Ab/Cry1F - Intrasect
Cry1A.105/Cry2Ab2/Cry3Bb1
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
O Risco de Resistência de
Insetos a Plantas Transgênicas
Alta adoção
Alta exposição
Alta persistência
Pouco refúgio
Intensa
Pressão
de Seleção
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
% Sobrevivência
Resposta a Seleção em Laboratório
Indica Alto Risco de Evolução de Resistência
IrmaC
100
IrmaD
80
IrmaF
Resultados de experimento de
seleção em laboratório para
resistência a proteína Bt em
Spodoptera frugiperda
• IrmaF – Regime de alta pressão
de seleção
60
• IrmaD - Regime de baixa pressão
de seleção
40
• IrmaC – Linhagem controle sem
pressão de seleção
20
0
1
2
3
4
5
Geração 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
Importância de Áreas de Refúgio
Fonte: CSIRO, 2002
Omoto, 2008
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/Refúgio
A 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 Crops
Producing Bacillus thuringiensis Toxins. CABI.
UFV
Eliseu José G. Pereira
Professor de Entomologia
[email protected]
Tel.: 31-3899-3994 (atualizado 2015)
Mobile: 31-8525-0886