MILHO BT: UMA ALTERNATIVA PARA O CONTROLE BIOLÓGICO BT MAIZE: AN ALTERNATIVE FOR BIOLOGICAL CONTROL

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1 63 MILHO BT: UMA ALTERNATIVA PARA O CONTROLE BIOLÓGICO BT MAIZE: AN ALTERNATIVE FOR BIOLOGICAL CONTROL Abstract Mariane Lorrany Salvador Camara (1) Ana Rita Nunes Lemes (2) Isis Sebastião (2) Camila Soares Figueiredo (2) Janete Apparecida Desidério (3) This report comprises some aspects related to biological control using entomopathogenic genes of Bacillus thuringiensis corn and for the control of lepidopteran pests, as well as an update about transgenic crops. Keywords: Insecticidal proteins. Lepidopteran pests. Transgenic crops. Introdução O milho (Zea mays L.) graças aos programas de melhoramento genético, e por ser uma das maiores fontes de alimento, humano e animal, é cultivado em muitos países como o Brasil, Estados Unidos, Índia, França e China. O primeiro levantamento para a safra mundial de milho 2014/15 estima uma produção global de 979,1 milhões de t, e para que isso realmente ocorra um dos principais fatores que deve ser levado em consideração é a incidência de pragas e o controle das mesmas. Dentre as principais, podemos destacar alguns lepidópteros da família Noctuidae como: Spodoptera frugiperda (Smith); a lagarta-da-espiga, Helicoverpa zea (Boddie) e a broca-da-cana-deaçúcar, Diatraea saccharalis (Fabricius). O controle destas pragas é feito geralmente com o uso de inseticidas sintéticos que, apesar de eficaz, podem causar diversos problemas, tais como a presença de resíduos em alimentos, intoxicação e surtos de pragas secundárias (BERLITZ et al., 2012). Além disso, o uso continuado destes pesticidas pode promover a seleção de populações de pragas resistentes (MUNOZ et al., 2013). Constantemente buscam-se 1 Aluna de graduação em Agronomia Unesp/FCAV. 2 Aluna de pós-graduação em Agronomia (Genética e Melhoramento de Plantas) Unesp/FCAV. 3 Professora da Unesp/FCAV, Departamento de Biologia Aplicada a Agropecuária. contato: mari.lsc_tr@hotmail.com

2 64 métodos alternativos de controle dos insetos-praga em todo o mundo, devido principalmente a preservação do meio ambiente. Para o controle biológico de insetos-praga, B. thuringiensis é considerada a espécie de maior interesse sendo caracterizada pela produção de cristais proteicos durante a esporulação, que possuem atividade inseticida (Proteínas Cry) com alta especificidade contra larvas de insetos de várias ordens (DE MAAGD et al., 2003). Sintetiza também proteínas Vip (Vegetative Insecticidal Protein), as quais são expressas no estágio vegetativo de crescimento da bactéria e não apresentam homologia de sequência ou estrutura com as toxinas Cry (CAVADOS et al., 2001). As culturas transgênicas produzidas a partir da inserção de genes de Bt são amplamente cultivadas nos países que adotaram essa tecnologia. Considerando todas as explanações anteriores, esta revisão visa transmitir informações a respeito do uso de B. thuringiensis no controle de lepidópteros-pragas. 1. Bacillus thuringiensis B. thuringiensis é uma bactéria cosmopolita, aeróbia, Gram-positiva, da família Bacillaceae. Foi pela primeira vez descrita por Berliner, em 1911, quando este pesquisador isolou o bacilo de Anagasta kuehniella. Posteriormente, ele o nomeou B. thuringiensis em homenagem à província de Thuringia (Alemanha) (MORAES & CAPALBO, 1981). Esta bactéria produz inclusões proteicas cristalinas compostas por proteínas Cry e estas diversas proteínas são codificadas pelos genes cry, que atualmente são mais de 700 sequências descritas O ciclo de vida de B. thuringiensis é compreendido de duas fases principais, sendo uma de crescimento vegetativo, na qual a bactéria se multiplica por bipartição e, outra de esporulação, que consiste na diferenciação da bactéria em esporo. Na fase vegetativa de crescimento, são produzidas e secretadas as proteínas Vip e continuam sendo expressas em culturas esporulantes. Altos níveis de expressão em combinação com alta estabilidade da proteína favorecem a produção de grande quantidade de proteína nos sobrenadantes de culturas esporulantes (ESTRUCH et al., 1996). O modo de ação das proteínas Cry foi determinado, principalmente, em larvas de lepidópteros. As proteínas Cry provocam lise das células epiteliais intestinais das larvas de insetos susceptíveis pela formação de poros na região apical das microvilosidades

3 65 (BRAVO et al., 2005). Os sintomas que são observados nas larvas a partir desse momento são: perda do apetite, paralisia do intestino, vômito, diarreia, paralisia total e, por fim, morte (ARONSON et al., 1986). Foram descritos quatro grupos de proteínas Vip, caracterizados como: Vip1, Vip2, Vip3 e Vip4, sendo que Vip1 e Vip2 demonstram possuir atividade inseticida específica para coleópteros e hemípteros, enquanto a toxina Vip3 possui especificidade contra lepidópteros (ESTRUCH et al., 1996; SATTAR et al., 2008). Pouco se sabe ainda sobre a proteína Vip4 que foi recentemente descoberta. 2. Milho Geneticamente Modificado Hoje, a agricultura é apenas um de muitos outros setores que utilizam a biotecnologia moderna como uma oportunidade de crescimento da economia. No caso da produção de alimentos, esse recurso é utilizado visando o aumento na produção, aumento na resistência contra pragas e uma consequente redução de custos (AZADI & HO, 2010). Pode-se então considerar o uso comercial de plantas geneticamente modificadas um grande marco para a agricultura. Em 1987 surgiram às primeiras plantas transformadas com genes de B. thuringiensis, conhecidas como plantas Bt. O primeiro relato consta a inserção de genes cry que codificam a síntese de proteínas inseticidas em plantas de tomate (proteína Cry1Ab) e tabaco (proteína Cry1Ac) (FISCHHOFF, 1987). Segundo o Serviço Internacional para a Aquisição de Aplicações em Agrobiotecnologia (ISAAA), a área mundial de cultivos de transgênicos era de 1,7 milhões de hectares em 1996 passando para 175 milhões de hectares em Estes milhões de hectares estão espalhados por 27 países, dos quais 19 estão em desenvolvimento e 8 já industrializados. O Brasil é o segundo país em maior área de plantação de transgênico, com 40,3 milhões de hectares, onde estão distribuídos, principalmente; as culturas de soja, milho e algodão. Segundo a Companhia Nacional de Abastecimento (Conab) a estimativa para a produção de grãos na safra 2013/2014, pode alcançar 190,6 milhões de toneladas. Um produto de destaque no mercado de transgênicos é o milho que deverá ser responsável por 75,5 milhões de toneladas. Considerando os dados relativos à segurança, aos riscos ambientais e à eficiência no controle de insetos-praga, pode-se considerar que plantas que expressam genes

4 66 inseticidas de B. thuringiensis oferecem segurança e controle efetivo dos insetos (DE MAAGD et al., 1999). 3. Eventos Comerciais São vários os eventos com genes de B. thuringiensis desenvolvidos no mundo para controlar S. frugiperda. Entre eles, variedade de milho expressando a toxina Cry1F, TC 1507 (Herculex) (SIEBERT et al., 2008), que permite um melhor controle do que os híbridos que produzem Cry1Ab, MON 810 YieldGard (HARDKE et al., 2011). Híbridos de milho que expressam a proteína inseticida Cry1F de B. thuringiensis var. aizawai foram desenvolvidos pela Dow AgroSciences (Indianapolis, IN) e Dupont Pioneer (Johnston, IA). Estes híbridos estão comercialmente disponíveis a partir de 2003 e comercializados como Herculex I Proteção contra Insetos (transformação evento TC1507). Vários eventos de milho transgênico Bt têm sido desenvolvidos com diferentes modos de expressão da toxina (OSTLIE et al., 1997). O evento MON810 (Monsanto Co., St. Louis, MO) e um evento similar Bt11 (Syngenta Crop Sciences, RTP, NC) contém o gene Cry1Ab. Foi desenvolvido também milho contendo a proteína Vip, MIR162 que é um cultivar de milho modificado com um gene da família vip proveniente da bactéria B. thurigiensis. A evolução da resistência é o resultado da pressão de seleção que, consequentemente pode ocasionar em mudanças na composição genética das populações. Nesse contexto, posteriormente começaram a combinar os eventos já existentes no mercado com o intuito de driblar a resistência (BT11 x MIR162 x GA21; TC1507 x MON810) (CTNBio, 2014). Conclusão São necessários estudos envolvendo novas combinações de genes para obtenção de novos cultivares que visam o controle de insetos-praga, bem como para driblar o possível desenvolvimento de resistência dos insetos às proteínas de B. thuringiensis, devido a tecnologia de plantas transgênicas ser de notável reconhecimento e estar amplamente difundida.

5 67 Referências ARONSON, A. L.; BECKMAN, W.; DUNN, P. Bacillus thuringiensis and related insect pathogens. Microbiology Review, v.50, p.1-24, AZADI H.; HO, P. Genetically modified and organic crops in developing countries: A review of options for food security. Biotechnology Advances, v.28, p , BERLITZ, D.L.; AZAMBUJA, A.O.; SEBBEN, A.; OLIVEIRA, J.V.; FIUZA, L.M. Mortality of Oryzophagus oryzae (Costa Lima, 1936) (Coleoptera: Curculionidae) and Spodoptera frugiperda (JE Smith, 1797) (Lepidoptera:Noctuidae) larvae exposed to Bacillus thuringiensis and extracts of Melia azedarach. Braz. Arch. Biol. Technol., v.55, p , BRAVO, A.; GILL, S. S.; SOBERÓN, M. Bacillus thuringiensis mechanisms and use. In: GILBERT L.I.; IATROU K.; GILL, S.S. (Ed). Comprehensive Molecular Insect Science, p , CAVADOS, C. F. G.; FONSECA, R. N.; CHAVES, J. Q.; RABINOVITCH, L.; ARAÚJO COUTINHO, C.J.P. Identification of Entomopathogenic Bacillus Isolated from Simullium (Diptera, Simuliidae) Larvae and Adults. Memórias do Instituto Oswaldo Cruz, v.96, p , Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBio). Acesso em: 10 jun Disponível em: < DE MAAGD, R. A.; BAKKAR, P. L.; MASSON, L.; ADANG, M. J.; SANGANDALA, S.; STIEKEMA, W.; BOSCH, D. Domain III of the Bacillus thuringiensis delta-endotoxin Cry1Ac is involved in binding to Manduca sexta brush border membranes and to its purified amino peptidase N. Molecular Microbiology, v. 31, p , DE MAAGD, R. A.; BRAVO, A.; BERRY, C.; CRICKMORE, N.; SCHNEPF, H. E. Structure, diversity and evolution of protein toxins from spore-forming entomopathogenic bacteria. Annual Review of Genetics, v.37, p , ESTRUCH, J. J.; WARREN, G. W.; MULLINS, M. A.; NYE, G. J.; CRAIG, J. A.; KOZIEL, M. G. Vip3A, a novel Bacillus thuringiensis vegetative insecticidal protein with a wide spectrum of activities against lepidopteran insects. Proceedings of the National Academy of Sciencies USA, v.93, p , FISCHHOFF, D. A. Insect tolerant transgenic tomato plants. Nature Biotecnology, v.5, p , MORAES, I. O.; CAPALBO, D. M. F. Produção de bactérias entomopatogênicas. In: ALVES, S. B. Controle Microbiano de Insetos. Piracicaba: Manole, 1981.

6 68 MUÑOZ, E.; LAMILLA, C.; MARIN, J. C.; ALARCON, J.; CESPEDES, C. L. Antifeedant, insect growth regulatory and insecticidal effects of Calceolaria talcana (Calceolariaceae) on Drosophila melanogaster and Spodoptera frugiperda. Ind. Crop Prod., v.42, p , OSTLIE, K. R.; HUTCHISON, W. D.; HELLMICH, R. L. Bt corn and European corn borer. NCR Publ Univ. of Minnesota, St. Paul, MN SATTAR, S.; BISWAS, P. K.; HOSSAIN, M. A.; MAITI, M. K.; SEM, S. K. BASU, A. Seach for vegetative inseticidal proteins (VIPs) from local isolates of Bacillus thuringiensis effective against lepidopteran and homopteram insect pests. Journal Biopestic, v.4, p , SIEBERT, M. W., TINDALL, K. V.; LEONARD, B. R.; VAN DUYN, J. W.; BABCOOK, J. M. Evaluation of corn hybrids expressing Cry1F (Herculex I Insect Protection) against fall armyworm (Lepidoptera: Noctuidae) in the southern United States. J. Entomol. Sci., v.43, p.41-51, 2008.