Eliseu José G. Pereira Departamento de Entomologia Universidade Federal de Viçosa

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1 Resistência de Spodoptera frugiperda a Bt: Seleção, Herança e Manejo Eliseu José G. Pereira Departamento de Entomologia Universidade Federal de Viçosa

2 Conteúdo da Palestra Introdução Plantas transgênicas Bacillus thuringiensis Milho Bt Manejo da resistência Seleção de linhagens resistentes em laboratório Ostrinia nubilalis - Nebraska Spodoptera frugiperda - Viçosa/Sete Lagoas

3 Plantas Transgênicas Engenharia genética Introdução do gene Expressão da toxina Mesghenna (2011) Milho Bt: 2008/09 Cry1Ab 2009/10 Cry1F, Cry1A.105+Cry2Ab2, Vip3Aa Fonte: Céleres, 2011

4 Bacillus thuringiensis (Bt) Bactéria de solo, filoplano, etc. Proteínas inseticidas com toxicidade específica Cry 1 Lepidoptera Cry 2 Lepidoptera e Diptera Cry 3 Coleoptera Cry 4 Diptera Vip3 Lepidoptera Fonte: Höfte & Whitely 1989, Knowles 1994, Schnepf et al. 1998, Maagd et al. 2001; Herman et al. 2002

5 Bt Como Inseticida ou Agente de Controle Biológico Formulações de 60 anos usadas por mais Não-tóxico para mamíferos e organismos não-alvo Estreito espectro de ação e deve ser engerido por larvas jovens Baixa persistência no campo Desvantagem superada pelo uso em plantas transgênicas Fonte: Beegle & Yamamoto 1992; Kennedy 2008

6 Benefícios e Riscos do Uso de Culturas Transgênicas Benefícios Uso de genes de resistência de espécies diferentes Redução no uso de inseticidas/fungicidas: nocivos ao homem e ao meio ambiente Redução das perdas devido às pragas Riscos Fluxo (escape) gênico Segurança alimentar: alergenicidade Organismos não-alvos Desenvolvimento de resistência nos insetos alvos Gould 1998, Andow, 2008, Buntin 2008, MacIntosh 2010

7 Redução no Uso de Inseticidas e Aumento de Produtividade em Algodão Bt na Índia Medias ± (desvio padrão). *Indica diferença significativa. Fonte: Qaim & Zilberman, 2007

8 Milho não-bt x Milho Bt (Cry1F)

9 Resistência de insetos ao milho Bt a campo

10 O Risco de Resistência de Insetos a Plantas Transgênicas Alta adoção Alta persistência Alta exposição Intensa Pressão de Seleção

11 Resistência a toxinas de Bt Grãos armazenados Plodia interpunctella McGaughey 1985 Campo Plutella xylostella Tabashnik et al Casa de vegetação Trichoplusia ni Janmaat & Myers 2003

12 Resistência em Laboratório x Campo Seleção em laboratório 11/18 experimentos obtiveram resistência >10x Em 2 casos os insetos sobreviveram em plantas Bt Resistência a campo Traça das crucíferas, Plutella xylostella, a Dipel Resistência a plantas Bt Busseola fusca África do Sul Spodoptera frugiperda Porto Rico Pectinophora gossypiella Índia Fonte: Van Rensburg 2007, Ferre et al. 2008, Storer et al. 2010

13 Mecanismos de Resistência Proteases Alteração na ativação ou Degradação da toxina Ligação ao Receptor Redução na afinidade, ou Redução No. sítios de ligação Outros Fonte: de Maagd et al. 2001, Ferré et al. 2008

14 Fatores que Afetam o Desenvolvimento da Resistência Bioecológicos e comportamentais Taxa de reprodução, mobilidade/dispersão, refúgio de exposição Genéticos Freqüência inicial de alelos de resistência, dominância, número de genes envolvidos, custo adaptativo da resistência Operacionais Características das plantas transgênicas Estratégias de manejo da resistência Fonte: Georghiou & Taylor 1977ab, Onstad 2008

15 Manejo da Resistência Manejo da Resistência Estratégias Pesquisa Refúgio Monitoramento Modelagem Herança da Resistência Sobrevivência e fitness Linhagens Resistentes Mecanismos de Resistência Base Molecular da Resistência Fonte: Adaptado de Roush & Tabashnik 1990, Mackenzie 1996, Onstad 2008

16 Resistência pode ser manejada Fonte: Siegfried et al. 2007

17 Estratégias de Manejo da Resistência Alta Dose/Refúgio Piramidamento de toxinas/refúgio Moderada Dose/Refúgio/MIP Outras

18 Importância de Linhagens Resistentes Falta de linhagens resistentes torna difícil: Determinar o risco de resistência a culturas Bt Validar premissas de estratégias de manejo Testar se a resistência é recessiva Linhagens selecionadas em laboratório Alta Dose/Refúgio Fonte: Monsanto Co.

19 A Estratégia da Alta Dose/Refúgio e suas Pressuposições Alta Dose/Refúgio Fonte: Monsanto Co. Alelos de resistência são raros Acasalamento aleatório Resistência é recessiva Assegurar resistência funcionalmente recessiva (i.e., insetos RS não sobrevivem exposição) Falta de linhagens resistentes dificulta validação Seleção em Laboratório

20 Mortalidade (%) Dominância da Resistência 100 Recessiva Codominante Dominante 75 SS RS RS RS RR Fonte: Roush & Mckenzie , Dose de toxina

21 Mortalidade (%) Dominância Efetiva ou Funcional 100 Baixa Dose Alta Dose 75 SS RS RR Fonte: Roush & Mckenzie , Dose

22 Seleção para resistência a Bt em Ostrinia nubilalis

23 Sobrevivência (%) Seleção com Cry1F - EUA Toxina incorporada na dieta de criação Exposição durante desenvolvimento larval Sel Geração de seleção Cry1F Conc. Cry1F (mg/l dieta) Fonte: Pereira et al. 2008a

24 % Mortalidae Herança da Resistência a Cry1F Autossômica Recessiva 99 SS S xr S xr D < 0,11 RR 1 Fonte: Pereira et al. 2008b Cry1F Concentration, ng/cm 2

25 Mortalidade (%) Teste para Herança Monogênica Resposta consistente com herança monogênica 100 RS (F 1 ) RC RR Concentração de Cry1F, ng/cm 2 Fonte: Pereira et al. 2008b

26 Teste de Recessividade da Resistência % Sobrevivência Peso larval (mg) a a a a ab 30 b b 10 c e d 5 d c 0 0 SS RS RR SS RS RR SS RS RR SS RS RR Isolinha TC1507 Isolinha TC1507 Tratamentos Tratamentos Fonte: Pereira et al. 2008b

27 CL 50 (ng/cm 2 ) Espectro de Resistência Cruzada Suporta a combinação de Cry1F/Cry1Ab para O. nubilalis * Controle Selecionada * >12, Fonte: Pereira et al. 2008a 0 Cry1Ac Cry1Ab Cry9c Cry1F Proteína de Bt

28 % Sobrevivência Teste de Recessividade da Resistência a a ab b c c SS RS RR SS RS RR Isolinha TC1507 Peso larval (mg) 30 Tratamentos Tratamentos a b b b c c SS RS RR SS RS RR Isolinha TC1507 Fonte: Pereira et al. 2008b

29 Resistência a Cry1F em O. nubilalis Selecionada em Laboratório Resistência>3000x; sobrevive em milho-cry1f Monogênica, recessiva, autossômica Baixa resistência cruzada a Cry1Ac Nenhuma resistência cruzada a Cry1Ab Mecanismo ainda não esclarecido Fonte: Pereira et al. 2008a b, 2010a b

30 Seleção em Laboratório para Resistência a Cry1F em S. frugiperda

31 Milho não-bt x Milho Bt (Cry1F)

32 Seleção para Resistência a Cry1F Coleta insetos Nov/2010: Iraí (96) e Matozinhos (121) 5 gerações, sem exposição EMBRAPA Seleção (Abril 2011): híbrido 30F35 Pioneer Cry1F Cruzamento de 144 adultos (40 e 64) de Iraí e Matozinhos IrmaC IrmaD IrmaF Controle mantida com dieta artificial 1ª - 3 dias 2ª - 6 dias 3ª - 8 dias 4ª - 10 dias 5ª - tempo integral Tempo integral em milho Cry1F

33 Proporção da População Evolução de Resistência Laboratório Limitada diversidade genética Exposição a baixas doses Resistência poligênica? Campo Ilimitada diversidade genética Exposição a altas doses Resistência monogênica? Distribuição original A B Distribuição após seleção Adaptado de McKenzie 1996 A B Concentração de Inseticida

34 Resistência em S. frugiperda em laboratório Resposta à seleção em laboratório Resistência autossômica e recessiva incompleta Não há evidência de resistência cruzada ao milho Cry1Ab e Cry1A Cry2Ab2 compatibilidade dessas toxinas para MRI Não foi detectado custo adaptivo associado à resistência no desempenho larval Linhagem resistente IrmaF importante ferramenta ao manejo de resistência

35 Considerações Finais Resistência ao milho Bt: problema sério Para manejá-la é preciso compreendê-la Pesquisa: estratégias e táticas Implementação: esforço conjunto Formação de profissionais Manejo preventivo e adaptivo Linhagens resistentes Validação e Monitoramento

36 Agradecimentos Dra. Simone Martins Mendes, Embrapa Milho e Sorgo Dr. José Magid Waquil Dr. Blair Siegfried FAPEMIG, CAPES, CNPq Pioneer Hi-Bred e Dow AgroSciences Universidade Federal de Viçosa

37

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