8/22/2016 ROTEIRO. Cultivos Geneticamente Modificados no Mundo Área Plantada (milhões de ha 1996 a 2015) Tecnologia Bt no Brasil

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1 ROTEIRO Plantas Geneticamente Modificadas Celso Omoto Universidade de São Paulo / ESALQ celso.omoto@usp.br Plantas Geneticamente Modificadas no MIP Magnitude do problema de resistência de pragas a tecnologias Bt Estratégias de manejo da resistência a tecnologias Bt Principais desafios em programas de Manejo da Resistência de Insetos (MRI) no Brasil Tecnologias Bt no Brasil Táticas de Controle INSETICIDAS CONTROLE BIOLÓGICO FEROMÔNIOS MANIPULAÇÃO GENÉTICA DE PRAGAS VARIEDADES RESISTENTES A INSETOS (plantas modificadas geneticamente) MORTALIDADE NATURAL NO AGROECOSSISTEMA FATORES CLIMÁTICOS NÍVEIS DE CONTROLE AMOSTRAGEM TAXONOMIA MANIPULAÇÃO DO AMBIENTE E MÉTODOS CULTURAIIS Alicerce para decisões do manejo Grupo de Proteína Bt Cultura Tecnologia Cry1 Cry2 Vip3Aa20 Algodão Bollgard Cry1Ac Widestrike Cry1Ac + Cry1F Bollgard II Cry1Ac Cry2Ab TwinLink Cry1Ab Cry2Ae Yieldgard ; Agrisure TL Cry1Ab Herculex Cry1F Optimum Intrasect Viptera Cry1Ab + Cry1F Vip3Aa20 Agrisure Viptera Cry1Ab Vip3Aa20 VT PRO Cry1A.105 Cry2Ab PowerCore, VTPROMax Cry1A Cry1F Cry2Ab Leptra Cry1Ab + Cry1F Vip3Aa20 Soja Intacta RR2 PRO Cry1Ac Fonte: CTNBio (2015) Cultivos Geneticamente Modificados no Mundo Área Plantada (milhões de ha 1996 a 2015) 1) EUA 70,9 mi ha 2) Brasil 44,2 mi ha 3) Argentina 24,5 mi ha Cultivos geneticamente modificados são seguros! Tecnologia Bt no Brasil Fonte: National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine (2016) 1

2 Número de Casos de Resistência de Artrópodes a Pesticidas PRESENÇA DE VARIABILIDADE GENÉTICA Sparks & Nauen (2015) Resistente a inseticida ou proteína A PRESSÃO DE SELEÇÃO Resistente a inseticida ou proteína A Resistente a inseticida ou proteína A Época de cultivo do milho Antes de 1990 OUT NOV DEZ JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET The miracle of Cerrado Available at: 2

3 Área de produção de milho no Brasil ( ) (milhões de hectares) Sistemas de Produção de Cultivos no Brasil 14000, ,00 2ª safra de milho 10000, ,00 1ª safra de milho 5,6 mi ha 9,9 mi ha Inverno 6000, , ,00 OUT NOV DEZ JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET Algodão 1,0 mi ha - Soja Primeira Safra Segunda Safra 33 million ha Fonte: CONAB Fonte: Conab / IBGE (2015 ) Cultivos Irrigados (pivô central) Mapa da Produção Agrícola - 1ª Safra 2ª Safra 15 Mi ha Fonte: Conab (2016) Mapa da Produção Agrícola COTTON BELT Soja Algodão 33 Mi ha 1 Mi ha Fonte: Conab (2016) 3

4 Oeste da Bahia Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Soja Soja Algodão Algodão Algodão Irrigado Milheto Milheto Feijão Sequeiro Sorgo Safrinha Feijão Safrinha Plantas Voluntárias (Soja; Algodão; ; Feijão; Invasoras; etc) Irrigado (comercial ou produção de semente) Feijão Irrigado Curcubitáceas Irrigadas Café Irrigado Fruticultura Irrigada (Mamão; etc) Sistema Intensivo de Produção de Cultivos Mato Grosso SET OUT NOV DEZ JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO MILHETO ALGODÃO MILHETO ALGODÃO SOJA MILHO SOJA MILHO SOJA MILHO SOJA MILHO (SEMENTE) ALGODÃO MILHETO MILHO MILHO (SEMENTE) ALGODÃO Fonte: Ceres Consultoria Sistema de cultivo na região dos Chapadões Área Cultivada (milhões de hectares) de Algodão, e Soja no Brasil 2015/2016 Cultura Soja Feijão Algodão P.Daninha out nov dez jan fev mar abr mai jun jul ago set Fonte: Germison Vital Tomquelski Algodão Soja Aumento do problema de Chrysodeixis includens Aumento do problema de ácaros tetraniquídeos Foto: Paulo E. Saran Fotos: Paulo E. Saran Fotos: Flávio Moscardi 4

5 Aumento do problema de Bemisia tabaci Biótipo B Percevejos da soja na cultura do algodão Aumento de infestações de nas culturas de algodão e soja Fotos: Paulo E. Saran e Agrolink Fotos: Paulo E. Saran Helicoverpa armigera em algodão, soja e outras culturas Fotos: P. Saran, P. Brugnera e C. Barbosa 5

6 Casos de resistência no mundo- H. armigera Soja na região Oeste da Bahia 686 casos 246 localidades 48 ingredientes ativos Spinosad Bifenthrin Zeta cypermethrin Lambda-cyhalothrin Fenvarelate Thiodicarb Chlorpyrifos 1980 s 2 a 4 pulverizações de inseticidas Custo de produção: US$ /ha 1990 s 5 a 7 pulverizações de inseticidas Custo de produção: US$ /ha 2000 s 6 a 8 pulverizações de inseticidas Custo de produção: US$ 800/ha 2012/13 > 10 pulverizações de inseticidas Custo de produção: US$ 950/ha Fonte: ADAB, ABAPA, AIBA, Fundação BA Principais pragas do Sistema de Produção de Cultivos Monitoramento da Resistência a Inseticidas e Proteínas Bt Mato Grosso Bahia Soja S. eridania S. cosmioides Helicoverpa spp. Chloridea virescens Chrysodeixis includens Percevejos Moscas-branca Ácaros Helicoverpa spp. Percevejos Pulgões Moscas-branca Algodão S. eridania S. cosmioides Helicoverpa spp. Chloridea virescens Chrysodeixis includens Percevejos Moscas-branca Ácaros Mato Grosso do Sul Paraná Rio Grande do Sul Goiás São Paulo Minas Gerais Situação da Resistência de a Inseticidas Tecnologias Bt no Brasil Alta f(r) Baixa a Alta f(r) Grupo Classificação IRAC Organofosforados 1B Piretroides 3 Benzoilfenilureias 11 Spinosinas 5 Carbamatos 1A Indoxacarb 22A Diamidas 28 Bacillus thuringiensis 16 Grupo de Proteína Bt Cultura Tecnologia Cry1 Cry2 Vip3Aa20 Algodão Bollgard Cry1Ac Widestrike Cry1Ac + Cry1F Bollgard II Cry1Ac Cry2Ab TwinLink Cry1Ab Cry2Ae Yieldgard ; Agrisure TL Cry1Ab Herculex Cry1F Optimum Intrasect Viptera Cry1Ab + Cry1F Vip3Aa20 Agrisure Viptera Cry1Ab Vip3Aa20 VT PRO Cry1A.105 Cry2Ab PowerCore, VTPROMax Cry1A Cry1F Cry2Ab Leptra Cry1Ab + Cry1F Vip3Aa20 Soja Intacta RR2 PRO Cry1Ac Fonte: CTNBio (2015) 6

7 Adoção da tecnologia de milho Bt no Brasil (% cultivated area) 2013/14 Bt no Brasil Principais pragas-alvo Total 1st Primeira Season Safra 2nd Segunda Season Safra 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 06/07 07/08 08/09 09/10 10/11 11/12 12/13 p Fonte: CÉLERES Segunda Safra Primeira Safra Lagarta-do-cartucho Cry1Ab (2007) Cry1F (2008) Vip 3A (2009) Helicoverpa zea Lagarta-das-espigas Cry1A Cry2Ab2 (2009) Cry1Ab + VIP3Aa20 (2010) Cry1A Cry2Ab2 + Cry1F (2010) Cry1Ab + Cry1F (2011) Cry1Ab + Cry1F + Vip3Aa20 (2015) Diatraea saccharalis Broca-da-cana Monitoramento da Resistência de S. frugiperda a Cry1F Farias et al. (2014) Evolução da Resistência de S. frugiperda a Cry1F Concentração Discriminatória: ng cm -2 Frequência de Resistência Farias et al. (2014) Farias et al (2014) Omoto et al (2016) 7

8 Adoção da tecnologia Bt no mundo Casos de Resistência Adoção da tecnologia Bt no mundo Casos de Resistência Cultura Proteína Espécie País Ano de Liberação Comercial Tempo para Resistência no Campo Algodão Cry1Ac Helicoverpa zea EUA anos Cry1Ab Busseola fusca África do Sul anos Algodão Cry1F Cry1Ac Cry3Bb1 Spodoptera frugiperda Pectinophora gossypiella Diabrotica virgifera virgifera Porto Rico anos Índia anos EUA anos Tabashnik et al. (2013) Tabashnik et al. (2013) Adoção da tecnologia Bt no mundo Casos de Resistência Cultura Proteína Espécie País Ano de Liberação Comercial Tempo para Resistência no Campo Algodão Cry1Ac Helicoverpa zea EUA anos Cry1Ab Busseola fusca África do Sul anos Algodão Cry1F Cry1Ac Cry3Bb1 Cry1F Cry1b Spodoptera frugiperda Pectinophora gossypiella Diabrotica virgifera virgifera Spodoptera frugiperda Spodoptera frugiperda Porto Rico anos Índia anos EUA anos Brasil anos Brasil anos Principais causas da evolução da resistência no campo Eventos de uma única proteína e que não eram de alta dose para as pragas-alvo Baixa adoção de áreas de refúgio Modificado de Tabashnik et al. (2013) Áreas de Refúgio Áreas de Refúgio Resistente Resistente Importância do tamanho da área de refúgio e da distância em relação ao cultivo Bt Tecnologia Bt Refúgio Cultivo não Bt Tecnologia Bt Refúgio Cultivo não-bt 8

9 Resistente Low Alta dose ou or Baixa high Dose dose? SS RS RR ou Resistente? % Mortalidade (Probit) A Dependerá da proteína Bt e do nível de expressão (concentração) no cultivo Bt Log Concentração da toxina Concentração A Resistência é funcionalmente DOMINANTE Low Alta dose ou or Baixa high Dose dose? Assumindo o equílíbrio de Hardy-Weinberg: SS RS RR Frequência de alelos: % Mortalidade (Probit) f(r) = p = 0,001 (10-3 ) f(s) = q = 0,999 Frequência genotípica: em 1 milhão A B f(rr) = p 2 = 0, Log Concentração da toxina f(rs) = 2pq = 0, Concentração A Concentração B Resistência é funcionalmente DOMINANTE Resistência é funcionalmente RECESSIVA f(ss) = q 2 = 0, Alta Dose A planta deve expressar a proteína Bt em concentrações suficientes para garantir a mortalidade de heterozigotos durante todo o ciclo da cultura. Evento de alta eficácia nem sempre será um evento de alta dose Farias et al. (2015) 9

10 Low Spodoptera dose or high frugiperda dose? Cry1F em milho Alta Eficácia Cry1b em Baixa Dose e Eficácia Moderada SS RS RR SS RS RR % Mortalidade (Probit) % Mortalidade (Probit) Log Concentração da toxina Alta Eficácia 100% de mortalidade de SS, porém não é evento de alta dose Possivelmente alguns RS sobrevivem em milho Bt Farias et al. (2015) Concentração da toxina Bt Manejo por Moderação alguns SS sobrevivem Redução aproximada de 50% no número de pulverizações de inseticida Eventos piramidados (com mais de uma proteína na planta) Durabilidade da Tecnologia Bt 1 vs 2 proteínas Proteína A + Proteína B Os indivíduos resistentes à proteína A serão controlados pela proteína B. Os indivíduos resistentes à proteína B serão controlados pela proteína A. As proteínas devem atuar em receptores distintos e promover alta mortalidade das pragas-alvo Head & Greenplate (2012) Modificado de Roush (1998) SELEÇÃO COM PROTEÍNAS A e B Algodão Bt no Brasil (1 proteína): Principais pragas-alvo Cry1Ac (2005) Alabama argillacea Curuquerê Pectinophora gossypiella Lagarta rosada Chloridea virescens Lagarta-das-maçãs Resistente a proteínas A e B 10

11 Algodão Bt no Brasil (2 proteínas): Principais pragas-alvo Cry1Ac + Cry2Ab2 (2009) Cry1Ac + Cry1F (2009) Cry1Ab + Cry2Ae (2011) Alabama argillacea Curuquerê Pectinophora gossypiella Lagarta rosada Chrysodeixis includens Plusia Chloridea virescens Lagarta-das-maçãs Lagarta militar VT-PRO (Cry1A.105 e Cry2Ab2) PowerCore (Cry1F, Cry1A.105 e Cry2Ab2) Helicoverpa armigera Bernardi et al. (2015) SELEÇÃO DA LINHAGEM RESISTENTE A VT PRO CARACTERIZAÇÃO DA RESISTÊNCIA S. frugiperda ( 500 lagartas - 1ª safra 2012) Município São Desidério/BA Técnica do F 2 Screen - Andow & Alstad (1998) Formação de isolinhas BA Concentração-resposta (ng/cm 2 ) de linhagens de S. frugiperda a Cry1A.105 e Cry2Ab2 aplicadas na superfície da dieta artificial. Linhagem C. Ang. ± EP CL 50 (IC 95%) χ2 g.l. RR Cry1A.105 (ng/cm 2 de dieta) SUS 448 1,20 ± 0,19 4,75 (2,67-7,04) 8, VTPRO-R 384 NC > NC NC > 3368 VTPRO-R SS 502 1,14 ± 0,11 25,05 (18,80-32,06) 4,18 5 5,27 VTPRO-R SS 445 1,42 ± 0,12 32,62 (23,98-42,67) 6,14 5 6,86 Geração F 2 YieldGard VT PRO Cry1A.105 e Cry2Ab2 18 Gerações Placas após a infestação Após 6 dias Linhagem RR-2 Bernardi et al. (2015) Cry2Ab2 (ng/cm 2 de dieta) SUS 576 1,27 ± 0,09 14,06 (11,64-16,96) 2, VTPRO-R 540 0,96 ± 0,09 146,96 (83,37-330,35) 16, ,44 VTPRO-R SS 448 1,51 ± 0,12 48,35 (26,17-90,48) 18,07 4 3,43 VTPRO-R SS 512 1,07 ± 0,12 45,63 (28,48-76,28) 17,24 6 3,24 Herança autossômica Bernardi et al. (2015) BIOENSAIO PLANTA RESULTADOS Sobrevivência em planta- SS, RR e RS RR Sobrevivência (%) SS a RS a a a a Estágio V4-V6 1 neonata/planta 7 dias após infestação b b b YieldGard VT Pro Isolinha não-bt Tratamento SUS RR-2 RR-2 SUS RR-2 SUS Lagartas em copos de 100ml Pupa Bernardi et al. (2015) Sobrevivência larval de S. frugiperda em milho YieldGard VT Pro e respectiva isolinha não-bt em de vegetação. Bernardi et al. (2015) 11

12 RESISTÊNCIA CRUZADA VERSUS RESISTÊNCIA MÚLTIPLA Resistência Cruzada: Um mecanismo de defesa confere resistência a diferentes toxinas (compostos geralmente relacionados). Ex.: Cry1Ab e Cry1F Cry1A.105 e Cry1F Resistência Múltipla: Resistência a diferentes toxinas é conferida por diferentes mecanismos de defesa coexistentes (compostos geralmente não relacionados). Ex.: Cry1Ac e Cry2Ab2 Cry1Ab e Cry2Ae Ferré & Van Rie (2002) Tecnologias Bt no Brasil Grupo de Proteína Bt Cultura Tecnologia Cry1 Cry2 Vip3Aa20 Algodão Bollgard Cry1Ac Widestrike Cry1Ac + Cry1F Bollgard II Cry1Ac Cry2Ab TwinLink Cry1Ab Cry2Ae Yieldgard ; Agrisure TL Cry1Ab Herculex Cry1F Optimum Intrasect Viptera Cry1Ab + Cry1F Vip3Aa20 Agrisure Viptera Cry1Ab Vip3Aa20 VT PRO Cry1A.105 Cry2Ab PowerCore, VTPROMax Cry1A Cry1F Cry2Ab Leptra Cry1Ab + Cry1F Vip3Aa20 Soja Intacta RR2 PRO Cry1Ac Fonte: CTNBio (2015) f(r) < 10-3 Bernardi et al. (2015) Bernardi et al. (2016) 12

13 Caracterização da resistência à proteína Vip3Aa20 em Soja Bt no Brasil: Principais pragas-alvo Probit SS RS RR Cry1Ac (2010) Anticarsia gemmatalis Chrysodeixis includens Chloridea virescens 1902ral 1927ral 2173ral 4637ral ng/cm 2 of Vip3Aa20 Helicoverpa armigera Bernardi et al. (2016) Bernardi et al. (2014) Aumento do problema de algumas pragas: Spodoptera spp. Algodão Bt na Austrália: Importante componente no Manejo Regional Ingard (Cry1Ac) a partir de 1996/97 Redução de 50% no uso de inseticidas Bollgard II (Cry1Ac/Cry2Ab2) Redução de 90% no uso de inseticidas Fonte: David Murray 13

14 Opções de Refúgio na Austrália para Algodão Bollgard II (Cry1Ac/Cry2Ab2) Recomendação de refúgio - EUA ou Algodão com Pulverização (50%) (20%) Algodão sem Pulverização (10%) ou Feijão Guandu (5%) ou Sorgo (15%) Áreas com plantio de algodão e problema de Helicoverpa zea Refúgio Ensacado (RIB) em Algodão Bt? Refúgio Ensacado (RIB) em Algodão Bt? Resistente Algodão Bt Algodão Não-Bt Algodão Bt Algodão Não-Bt Princípio básico do manejo de resistência: Mudanças na Frequência de Resistência de S. frugiperda a Inseticidas -- Rio Verde, Goiás Na ausência da pressão seletiva... % Sobreviventes Restabelecimento da suscetibilidade! Resistente 14

15 Mudanças na Frequência de Resistência de S. frugiperda a Inseticidas -- Rio Verde, Goiás Há necessidade de INTEGRAR cultivos Bt com outras táticas de controle Frequência de Resistência % Sobreviventes Cultivos Bt Exploração do custo adaptativo da resistência na ausência da pressão seletiva Primeira Safra Segunda Safra Inversno Sistemas de Cultivo em Mato Grosso SET OUT NOV DEZ JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SEP OCT NOV DEC JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG Cultivos Bt no Brasil 1) MILHETO MILHETO ALGODÃO ALGODÃO Cry1Ac Cry1Ac Cry1Ac + Cry2Ab2 Cry1Ac + Cry2Ab2 Cry1Ac + Cry1F Cry1Ac + Cry1F Cry1Ab + Cry2Ae Cry1Ab + Cry2Ae 2) SOJA MILHO MILHETO ALGODÃO Cry1Ac Cry1Ab Cry1Ac Cry1F Cry1Ac + Cry2Ab2 Vip3A Cry1Ac + Cry1F Cry1A Cry2Ab2 Cry1Ab + Cry1F Cry1Ab + Vip3A SOJA MILHO MILHETO MILHO 3) SOJA Cry1Ac Cry1Ab Cry1Ac Cry1Ab Cry1F Cry1F Vip3A Vip3A Cry1A Cry2Ab2 Cry1A Cry2Ab2 Cry1Ab + Cry1F Cry1Ab + Cry1F Cry1Ab + Vip3A Cry1Ab + Vip3A SOJA ALGODÃO SOJA ALGODÃO 4) Cry1Ac Cry1Ac Cry1Ac Cry1Ac Cry1Ac + Cry2Ab2 Cry1Ac + Cry2Ab2 Cry1Ac + Cry1F Cry1Ac + Cry1F Cry1Ab + Cry2Ae Cry1Ab + Cry2Ae (Produção (Produção 5) MILHO de Sementes) MILHO de Sementes) Soja Bt S. eridania S. cosmioides Helicoverpa armigera Chloridea virescens Chrysodeixis includens Percevejos Moscas-branca Ácaros Bt Helicoverpa spp.?? Percevejos Pulgões Moscas-branca Algodão Bt S. eridania S. cosmioides Helicoverpa armigera Chloridea virescens Chrysodeixis includens Percevejos Moscas-branca Ácaros Alto risco de evolução da resistência a tecnologias Bt no Brasil Alta pressão de seleção Sistema de produção de cultivos Campo MIP MANEJO REGIONAL Fazenda Grupos de Fazenda Região Eventos de uma única proteína e que não atendem o conceito de alta dose Baixa adoção de áreas de refúgio Fonte: David Murray 15

16 Resistance & Pest Management Recommendations in Brazilian Soybean, Cotton & Corn ÁREAS DE REFÚGIO: Devem produzir indivíduos suscetíveis! IRAC Brazil & IRAC International Bt Resistente Refúgio Não Bt Positioning - CORN with MIR162 gene Janelas para aplicação de inseticidas application of insecticides at locally agreed pest threshold. Do not to use same insecticide MoA used in previous window and subsequent crop planting VE-V2 V3-V6 V7-VT R1-R3 Convencional Lepidoptera Stink Bug MoA X Seed Treatment MoA Y insecticide MoA Q+W MoA Z MoA X MoA R MoA R MoA Z Bt Lepidoptera MoA X Seed Treatment MoA Y Bt toxin (single or stacked): MoA Group 11 Stink Bug insecticide MoA Q+W MoA X Refúgio Lepidoptera MoA X Seed Treatment MoA Y Stink Bug insecticide MoA Q+W MoA X Foto: Grupo Bom Futuro UNIVERSIDADES E INSTITUIÇÕES DE PESQUISA Muito Obrigado! EXTENSIONISTAS, CONSULTORES, ASSOCIAÇÕES E TODOS ENVOLVIDOS NA CADEIA PRODUTIVA Trabalho Cooperativo EMPRESAS EDUCAÇÃO, PESQUISA E REGULAMENTAÇÃO! 16