Formulação de problema para culturas GM com alto potencial de. Alan Raybould, Segurança de Produtos, Syngenta

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1 Formulação de problema para culturas GM com alto potencial de dispersão Alan Raybould, Segurança de Produtos, Syngenta

2 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 intercruzamento) de uma população de uma espécie para outra, alterando assim a composição do conjunto gênico da população receptora." (Enciclopédia Britânica) 2

3 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 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 3

4 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 folhas largas Gramíneas 4

5 Dispersão via pólen Algumas plantas usam vetores animais - Insetos (pássaros, morcegos, outros mamíferos, lesmas...) - Atraem os animais com cores, aromas e recompensas (pólen e néctar) Orquídea abelha: mimetismo Rosa canina: néctar 5

6 Muitas culturas retiveram mecanismos de dispersão do pólen Milho dispersão pelo vento Algodão dispersão por insetos (néctar) 6

7 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 7

8 Dispersão via semente Dente-de-leão vento Tomate fruta e sementes duras Aveia perene mimetismo Aparine - pelos de animais 8

9 Muitas culturas perderam mecanismos de dispersão da semente Teosinte Milho Sementes liberadas da planta As sementes sobrevivem à passagem pelo sistema digestivo Sementes retidas na planta As sementes não sobrevivem à passagem pelo sistema digestivo 9

10 Métodos para estimar a dispersão e o fluxo gênico Método Coletores de sementes 1 Coletores de pólen 1 Plantas-iscas macho-estéreis 1 Análise de parentesco 1 Plantas com marcadores genéticos 1 Estrutura genética 2 Parâmetro estabelecido Possível fluxo gênico via sementes Possível fluxo gênico via pólen Possível fluxo gênico via pólen Fluxo gênico real via pólen Fluxo gênico real via sementes e pólen Fluxo gênico real via sementes e pólen 1 Métodos diretos: estimam a dispersão contemporânea; fazem poucas pressuposições; deficientes i na detecção de dispersão rara de longa distância i 2 Método 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 10

11 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 q propriedade p nociva do transgene, do produto transgênico ou da planta transgênica - Perigo = potencial do transgene de causar dano - Exposição = presença do gene onde possa causar dano Dispersão e estimativas de fluxo gênico fazem parte da avaliação da exposição - Rotas pelas quais o dano pode ocorrer, não o dano em si 11

12 Risco ambiental e fluxo gênico Definir possíveis efeitos perigosos da cultura GM (P 1 ) Desenvolver hipóteses de que a cultura GM não é perigosa (TS 1 ) Testar as hipóteses (EE) Maior conhecimento do risco (P 2 ) Nova hipótese de risco (TS 2 ) 12

13 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 OUSDA"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 contribui para a preservação do meio ambiente mundial" 13

14 Definição de dano um exemplo Pontos finais de avaliação claros podem ser derivados da meta de proteção de um suprimento abundante e variado de alimentos de alta qualidade - Abundância produção das culturas - Alta qualidade conteúdo de nutrientes das culturas (ou outra qualidade de valor) - Variado diversidade das culturas Reduções nestes atributos t podem ser consideradas d efeitos nocivos 14

15 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 extinção - Índices de função do solo Reduções nestes atributos podem ser consideradas efeitos nocivos (Avaliações de impacto ambiental podem considerar outros aspectos, como as emissões de gases de efeito estufa, sustentabilidade das economias rurais, etc.) 15

16 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 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 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 pragas Dispersão da cultura por semente - por exemplo, efeito adverso sobre a função do solo Produzir um modelo conceitual genérico para cada categoria 16

17 Fluxo gênico de cultura a cultura por pólen Modelo conceitual Cultura GM produz pólen Pólen se dispersa nas culturas vizinhas Pólen fertiliza as culturas vizinhas Proteína transgênica é produzida na semente Proteína transgênica reduz a qualidade da cultura Hipótese de risco Cultura GM não produz pólen Pólen não se dispersa nas culturas vizinhas Pólen não fertiliza as culturas vizinhas Proteína transgênica não é produzida na semente Proteína transgênica não reduz a qualidade da cultura Teste da hipótese 1. A cultura GM floresce e produz pólen? 2. O pólen se dispersa nas culturas vizinhas? 3. As culturas vizinhas são sexualmente compatíveis? Elas florescem ao mesmo tempo que a cultura transgênica? 4. Estudo de expressão no desenvolvimento 5. Estudos toxicológicos/estudos de processamento 17

18 Fluxo gênico de cultura a cultura por semente voluntárias 18

19 Fluxo gênico de cultura a cultura por semente ponto final de avaliação de qualidade Cultura GM produz semente Modelo conceitual Semente se dispersa nas culturas vizinhas/semente se dispersa nas culturas subsequentes Semente germina nas culturas vizinhas/semente germina nas culturas subsequentes Cultura GM se estabelece Cultura GM produz proteína transgênica Proteína transgênica reduz a qualidade da cultura Hipótese de risco Cultura GM não produz semente Semente não se dispersa nas culturas vizinhas/semente não se dispersa nas culturas subsequentes Semente não germina nas culturas vizinhas/semente não germina nas culturas subsequentes Cultura GM não se estabelece Cultura GM não produz proteína transgênica Proteína transgênica não reduz a qualidade da cultura Teste da hipótese 1. A cultura produz semente? 2. A semente se dispersa nas culturas vizinhas/subsequentes? 3. Requisitos de germinação/dormência 4. Sobrevivência no inverno/práticas de cultivo 5. Estudo de expressão no desenvolvimento 6. Estudos toxicológicos/estudos de processamento 19

20 Fluxo gênico de cultura a cultura por semente ponto final de avaliação de produção Modelo conceitual Cultura GM produz semente Semente se dispersa nas culturas vizinhas/semente i se dispersa nas culturas subsequentes Semente germina nas culturas vizinhas/semente germina nas culturas subsequentes Cultura GM se estabelece Cultura GM afeta o crescimento da cultura Cultura GM reduz o rendimento da cultura em relação aos efeitos da contraparte não GM Hipótese de risco Cultura GM não produz semente Semente não se dispersa nas culturas vizinhas/semente i não se dispersa nas culturas subsequentes Semente não germina nas culturas vizinhas/semente não germina nas culturas subsequentes Cultura GM não se estabelece Cultura GM não afeta o crescimento da cultura Cultura GM não reduz o rendimento da cultura em relação aos efeitos da contraparte não GM Teste da hipótese 1. A cultura produz semente? 2. A semente se dispersa nas culturas vizinhas/subsequentes? 3. Requisitos de germinação/dormência 4. Sobrevivência no inverno/práticas de cultivo 5. Estudos agronômicos para comparar a cultura GM com uma quase-isolinha não GM 20

21 Fluxo gênico de cultura a parente silvestre por pólen Cultura GM produz pólen Modelo conceitual Pólen se dispersa ao parente silvestre Pólen fertiliza parente silvestre Cultura GM não produz pólen Hipótese de risco Pólen não se dispersa no parente silvestre Pólen não fertiliza o parente silvestre Transgene é introgredido estavelmente t Transgene não é introgredido estavelmente t Parente silvestre produz proteína transgênica Cenário 1 Cenário 1 Parente silvestre é a planta alimento de uma espécie não praga de valor A proteína transgênica é tóxica a tal espécie A espécie recebe uma dose nociva de proteína A abundância da espécie é reduzida Cenário 2 Cenário 2 A proteína transgênica aumenta a resistência a um fator estressante Parente silvestre não produz proteína transgênica Parente silvestre não é a planta alimento de uma espécie não praga de valor A proteína transgênica não é tóxica a tal espécie A espécie não recebe uma dose nociva de proteína A abundância da espécie não é reduzida A proteína transgênica não aumenta a resistência a um fator estressante A maior resistência s leva a uma maior produção de sementese es A maior resistência s não leva a uma maior produção de sementes A maior produção de sementes aumenta a abundância do parente silvestre A maior abundância reduz a abundância das espécies de valor A maior produção de sementes não aumenta a abundância do parente silvestre A maior abundância não reduz a abundância das espécies de valor 21

22 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 Joerg Cenário 2 - Ilustrado com exemplo emplo 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 22

23 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 23

24 Espécies avaliadas 24

25 Hipóteses de risco Modelo conceitual (cenário) Hibridização entre a cultura e a espécie silvestre A característica GM aumenta a resistência ao vírus da espécie silvestre A espécie silvestre é infectada pelo vírus no campo As plantas GM infectadas sobrevivem em por mais tempo ou produzem mais sementes que as plantas não GM infectadas Maior abundância da espécie silvestre reduz a abundância da espécie de valor Hipótese de risco Nenhuma hibridização entre a cultura e a espécie silvestre A espécie silvestre é imune ao vírus O vírus está ausente na espécie silvestre no campo A infecção não reduz a sobrevivência nem a produção de sementes O tamanho da população não é limitado pela produção de sementes 25

26 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, passar para a etapa II Polinização manual Resgate de embriões 26

27 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 27

28 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 28

29 Hipótese que o parente silvestre é imune ao TuMV 29

30 Hipótese que o parente silvestre não é infectado no campo Plantas de Brassica nigra em uma área de 400 cm 2 Número de plantas s TuMV Outros vírus Não infectadas 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 30

31 Hipótese de que o TuMV não reduz a produção de sementes Número de sementes por planta +/- 2SE TuMV/TYMV control TYMV challenged CaMV challenged 31

32 Hipótese de que mais sementes não aumenta a abundância Efeito da densidade sobre a dinâmica da população Hi Mid Plants m -2 Lo /2/2000 3/16/2000 3/30/2000 4/13/2000 4/27/2000 5/11/2000 5/25/2000 6/8/2000 6/22/2000 7/6/2000 7/20/2000 Date 32

33 Fluxo gênico da cultura por semente para habitats não agrícolas Modelo conceitual Hipótese de risco Cultura GM produz semente Semente se dispersa em habitats não agrícolas Cultura GM se estabelece em habitat não agrícola Cultura GM forma população auto-sustentável População aumenta em abundância Maior abundância prejudica uma espécie de valor Cultura GM não produz semente Semente não se dispersa em habitats não agrícolas Cultura GM não se estabelece em habitat não agrícola Cultura GM não forma população auto-sustentável População não aumenta em abundância Maior abundância não prejudica uma espécie de valor Teste da hipótese 1. A cultura produz semente? 2. A semente se dispersa em habitats não agrícolas? 3. Requisitos it de germinação/dormência i 4. Sobrevivência no inverno/competição com plantas silvestres 5. Estudos agronômicos para comparar culturas GM com quase-isolinhas não GM (Simular condições em habitats não agrícolas/condições sob as quais o transgene possa ser vantajoso) 33

34 Dispersão da cultura por pólen Cultura GM produz pólen Modelo conceitual Hipótese de risco Proteína transgênica é produzida no pólen Pólen se dispersa fora do campo Proteína transgênica é tóxica à espécie de valor A espécie recebe uma dose nociva de proteína A abundância da espécie de valor é reduzida Cultura GM não produz pólen Proteína transgênica não é produzida no pólen Pólen não se dispersa fora do campo Proteína transgênica não é tóxica à espécie de valor A espécie não recebe uma dose nociva de proteína A abundância da espécie de valor não é reduzida 34

35 Dispersão da cultura por semente Modelo conceitual Cultura GM produz semente Semente contém uma enzima transgênica Enzima pertence a uma classe que afeta a função do solo Semente é derramada durante a colheita Hipótese de risco Cultura GM não produz semente Semente não contém uma enzima transgênica Enzima não pertence a uma classe que afeta a função do solo Semente não é derramada durante a colheita Concentração da enzima aumenta significativamente acima da concentração base Maior concentração da enzima altera as taxas dos processos do solo Concentração da enzima não aumenta significativamente acima da concentração base Maior concentração da enzima não altera as taxas dos processos do solo Mudança na taxa prejudica a função do solo Mudança na taxa não prejudica a função do solo Teste da hipótese Milho que produz grandes quantidades de uma enzima envolvida na degradação da planta Derramamento de sementes provavelmente causará aumento instantâneo tâ de 10X em relação à concentração base Enzima é induzida quando o material da planta é adicionado ao solo Enzima não é fator limitador da taxa de degradação Nenhuma mudança na taxa de degradação d esperada nenhum prejuízo à função do solo 35

36 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 devem (todas) ocorrer para que o dano seja causado 36

37 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 dano - 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, uma hipótese útil Previsões precisas das frequências de transgenes, dos números de híbridos transgênicos ou das taxas de crescimento das plantas daninhas transgênicas são desnecessárias 37

38 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 invasibilidade em estudos controlados resulte em danos graves no campo - Não resultaria na elaboração de mais análises em modelos de avaliação de riscos Giant hogweed (Heracleum mantegazzianum) Canola feral 38