A experiência da Embrapa Milho e Sorgo com análises de solo cultivado com milho transgênico

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1 A experiência da Embrapa Milho e Sorgo com análises de solo cultivado com milho transgênico Francisco Adriano de Souza Embrapa Milho e Sorgo - CNPMS

2 Porque nos devemos zelar pela saúde do solo? 1. Nos solos ocorrem processos chave para equilíbrio da vida no planeta, em sua maioria mediados por comunidades microbianas Purificação e armazenamento de água Decomposição/Mineralização Fixação biológica de Nitrogênio Ciclagem de Nutrientes 2. Tipicamente, existem 40 milhões de células bacterianas/g de solo (Whitman et al. 1998), totalizando uma massa que excede a biomassa de plantas e animais no planeta (Hogan 2010) 3. Fonte de biodiversidade

3 Porque devemos monitorar as comunidades microbianas no solo? 1. Microrganismos são praticamente onipresentes e reagem rápido à alterações químicas e físicas no ambiente 2. Alterações em comunidades microbianas são muitas vezes precursoras de mudanças na saúde e na vitalidade do ambiente como um todo. 3. Comunidades microbianas exercem funções essenciais para a funcionamento do sistema solo-planta 4. Existem metodologias bem estabelecidas para o estudo de comunidades microbianas

4 Background da Equipe do CNPMS em Microbiologia do Solo Fixação Biológica de Nitrogênio Micorrizas Microrganismos Promotores do Crescimento de Plantas Controle Biológico Solubilizadores de Rochas Monitoramento qualidade do solo Atividade Enzimática Banco de Germoplasma

5 Background em Microbiologia do Solo Acesso a diversidade microbiana Domínio de metodologia clássicas, baseadas em técnicas dependentes de cultivo; Domínio de técnicas moleculares independentes de cultivo

6 Detecção de alterações em comunidades de microrganismos por técnicas moleculares Porcentagem de distribuição de clones de Fungos Micorrízicos Arbusculares recuperados de 4 bibliotecas e sua identidade filogenética por BLAST (Fonte Gomes não publicado

7 Projetos Impacto da utilização do milho Bt em lepidopterospraga, predadores e organismos não-alvo Líder: Simone Martins Mendes Impacto ambiental de milho transgênico expressando toxinas de Bacillus thuringiensis sobre a entomofauna, microbiota do solo e produção de grãos Líder: Fernando Hercos Valicente 2/1/2011 a 30/12/2014

8 Projeto 1: Impacto da utilização do milho Bt em lepidopteros praga, predadores e organismos nãoalvo Objetivos/Hipóteses Hipótese 1: A utilização de plantas de milho Bt não afeta a incidência e atividade de organismos não-alvo Impactos de toxinas Bt sobre a estrutura e função de comunidades bacterianas na rizosfera Diversidade funcional da comunidade bacteriana do solo Diversidade genética da microbiota através de eletroforese em gel de gradiente desnaturante (DGGE) Hipótese 2: Restos vegetais de plantas Bt podem afetar a comunidade microbiana do solo e apresentar distintas taxas de decomposição, alterando a ciclagem de nutrientes Decomposição e ciclagem de nutrientes a partir de resíduos de plantas Bt

9 Projeto 1: Impacto da utilização do milho Bt em lepidopteros praga, predadores e organismos nãoalvo Qualidade biológica do solo rizosférico de plantas transgênicas de milho, expressando proteínas CryAb e Cry1F Atividade Enzimática Perfil Metabólico de Comunidades

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11 Qualidade biológica do solo rizosférico de plantas transgênicas de milho, expressando proteínas CryAb e Cry1F Efeito local predominante, não ocorrendo diferença significativa entre as variedades de Milho Bt avaliadas e sua isolínea

12 Qualidade biológica do solo rizosférico de plantas transgênicas de milho, expressando proteínas CryAb e Cry1F Efeito local predominante, não ocorrendo diferença significativa entre as variedades de Milho Bt avaliadas e sua isolínea

13 Perfil Metabólico de Comunidades Microbianas - BIOLOG EcoPlates Esta abordagem tem sido eficaz na detecção de alterações espaciais e temporais em distintas comunidades microbianas. Mede a capacidade da comunidade em metabolizar 31 fontes de carbono distintas, por ensaio, em triplicata Incubação a 27 C por até ~ 120 horas, com avaliações diárias Leitura colorimétrica Simples

14 Tabela 1. Atividade metabólica (Total BIOLOG - Ecoplates), Número de substratos utilizados (S), Diversidade metabólica (Índice de Shannon - H) em 72 horas de incubação para amostras de solo não rizosférico e rizosférico de 3 genótipos de milho transgênicos e não transgênicos, em solo de várzea e cerrado

15 Projeto 2: Impacto ambiental de milho transgênico expressando toxinas de Bacillus thuringiensis sobre a entomofauna, microbiota do solo e produção de grãos Objetivos A utilização de plantas de milho Bt não afeta a a estrutura e a função de comunidades microbianas do solo incidência e atividade de organismos nãoalvo Impactos de toxinas Bt sobre a estrutura e função de comunidades bacterianas na rizosfera Diversidade funcional da comunidade bacteriana do solo Diversidade genética da microbiota através de eletroforese em gel de gradiente (DGGE), T- RFLP e clonagem/sequenciamento

16 Projeto 2: Delineamento Experimental Blocos casualizados com 4 repetições Ano 1 Safra 2010/ tratamentos Ano 2 Safra 2011/ tratamentos (Janeiro de 2012) O experimento plantado na mesma posição ano após ano Duas Localidades Sete Lagoas e Janaúba Duas épocas de amostragem 30 e 45 dias após plantio Tratamentos Milho Bt Isolinha Isolinha + tratamento químico

17 Experimento Janúba ano 2 Safra 2011/2012

18 Projeto 2: Parâmetros Avaliados Micorrizas Taxa de colonização radicular Diversidade molecular da comunidade colonizando raízes (T-RFLP) Fixadores de Nitrogênio Diversidade molecular genes Nif (DGGE) Comunidade Bacteriana Total Diversidade molecular da comunidade por 16S rrna (DGGE) Decomposição palhada Milho Bt Ensaios in vitro Perfil Metabólico da Comunidade Bacteriana BIOLOG Ecoplates

19 Tabela 2. Atividade metabólica (Total BIOLOG - Ecoplates), Diversidade metabólica (Índice de Shannon - H) e Equitabilidade E de amostras de solo rizosférico de 6 genótipos de milho transgênicos e não transgênicos, no Município de Sete Lagoas Ano 2 Safra 2011/2012 Atividade H E Genótipo Coleta 1 Coleta 2 Coleta 1 Coleta 2 Coleta 1 Coleta 2 MON Aa Bb 3.30 ns 3.38 ns 0.97 ns 0.98 ns Isolinha 1 + Q Aa Aa 3.38 ns 3.40 ns 0.98 ns 0.99 ns Isolinha Aa Ab 3.33 ns 3.39 ns 0.97 ns 0.99 ns Bt Aa Ab 3.29 ns 3.41 ns 0.96 ns 0.99 ns Isolinha 2 + Q Aa Ab 3.28 ns 3.39 ns 0.96 ns 0.99 ns Isolinha Aa Aa 3.38 ns 3.37 ns 0.99 ns 0.99 ns HERCULEX Aa Ab 3.32 ns 3.38 ns 0.97 ns 0.99 ns Isolinha 3 + Q Aa Ab 3.36 ns 3.40 ns 0.98 ns 0.99 ns Isolinha Aa Aa 3.33 ns 3.39 ns 0.97 ns 0.99 ns MON Aa Bb 3.32 ns 3.41 ns 0.97 ns 0.99 ns Isolinha 4 + Q Aa Ab 3.30 ns 3.42 ns 0.96 ns 1.00 ns Isolinha Aa Ab 3.37 ns 3.40 ns 0.98 ns 0.99 ns DKB390 CINCO Aa Aa 3.19 A 3.39 B 0.94 ns 0.99 ns Isolinha Aa Aa 3.36 ns 3.42 ns 0.98 ns 1.00 ns Isolinha 5 + Q Aa Ab 3.38 ns 3.39 ns 0.98 ns 0.99 ns IMPACTO VIPTERA Aa Aa 3.32 ns 3.39 ns 0.97 ns 0.99 ns Isolinha Aa Ba 3.14 ns 3.38 ns 0.92 A 0.98 B Isolinha 6 + Q Aa Ab 3.37 ns 3.38 ns 0.98 ns 0.99 ns Letras maiúsculas comparam médias entre coletas Scott-Knott a 5% Letras minúsculas comparam médias entre colunas (genótipos) Scott-Knott a 5%

20 Tabela 3. Atividade metabólica (Total BIOLOG - Ecoplates), Diversidade metabólica (Índice de Shannon - H) e Equitabilidade E de amostras de solo rizosférico de 6 genótipos de milho transgênicos e não transgênicos, no Município de Janaúna, MG Ano 2 Safra 2011/2012 Atividade H E Genótipo Coleta 1 Coleta 2 Coleta 1 Coleta 2 Coleta 1 Coleta 2 MON A B 3.42 ns 3.39 ns 1.00 ns 0.99 ns Isolinha 1 + Q A A 3.41 B 3.37 A 0.99 ns 0.98 ns Isolinha A B 3.38 A 3.41 B 0.99 ns 0.99 ns Bt A B 3.41 B 3.37 A 0.99 ns 0.98 ns Isolinha 2 + Q A B 3.42 ns 3.41 ns 1.00 ns 0.99 ns Isolinha A A 3.40 ns 3.38 ns 0.99 ns 0.98 ns HERCULEX A A 3.42 ns 3.40 ns 0.99 ns 0.99 ns Isolinha 3 + Q A B 3.40 ns 3.39 ns 0.99 ns 0.99 ns Isolinha A A 3.40 ns 3.40 ns 0.99 ns 0.99 ns MON A B 3.40 ns 3.40 ns 0.99 ns 0.99 ns Isolinha 4 + Q A B 3.41 ns 3.41 ns 0.99 ns 0.99 ns Isolinha A B 3.40 ns 3.41 ns 0.99 ns 0.99 ns DKB390 CINCO A A 3.41 ns 3.39 ns 0.99 ns 0.99 ns Isolinha A B 3.40 ns 3.41 ns 0.99 ns 0.99 ns Isolinha 5 + Q A A 3.41 ns 3.40 ns 0.99 ns 0.99 ns IMPACTO VIPTERA A A 3.41 ns 3.41 ns 0.99 ns 0.99 ns Isolinha A B 3.39 ns 3.41 ns 0.99 ns 0.99 ns Isolinha 6 + Q A B 3.40 ns 3.39 ns 0.99 ns 0.99 ns Letras maiúsculas comparam médias entre coletas Scott-Knott a 5%

21 Conclusões Projeto 1: O cultivo de milho Bt, nas condições avaliadas, não tem causado mudanças significativas na atividade das enzimas Arginase, Fosfatase ácida e alcalina e Urease; Projeto 1: O cultivo de milho Bt, nas condições avaliadas, não causou mudanças significativas no perfil metabólico de comunidades microbianas amostradas da rizosfera das plantas; Projeto 2: O cultivo de milho Bt, nas condições avaliadas, causou mudanças significativas no perfil metabólico de comunidades microbianas amostradas da rizosfera das plantas no município de Sete Lagoas, mas não em Janaúba. Em sua maioria causando aumento na atividade metabólica da comunidade microbiana

22 Equipe Dra. Christiane Abreu de Oliveira Paiva Dra. Eliane Aparecida Gomes Dr. Francisco Adriano de Souza Dr. Ivanildo Evódio Marriel M.Sc. Ubiraci Gomes de Paula Lana

23 Obrigado pela Atenção!!!