VI CONGRESSO BRASILEIRO DE BIOSSEGURANÇA Regulamentação de cana-de-açúcar GM: oportunidade e desafios Jesus Aparecido Ferro Departamento de Tecnologia da FCAV-UNESP de Jaboticabal Co-fundador da Alellyx Applied Genomics 24 de setembro de 2009

A ORIGEM DA CANA-DE-AÇÚCAR Família Poaceae (Gramineae) Tribo Andropogoneae Oryzeae Triticeae Gênero Saccharum (Cana-de-açúcar) Sorghum (Sorgo) Zea (Milho) Oryza (Arroz) Hordeum (Cevada) Triticum (Trigo) Divergência Milhares de Anos Arroz de Andropogoneae 60 Milho de Sorgo 11 Sorgo de Cana-de-açúcar 8

A ORIGEM DA CANA-DE-AÇÚCAR ATUAL S. officinarum Domesticada (Colmos ricos em acúcar) S. Spontaneum Selvagem, rústica Resistente a doenças Cana-de-açúcar atual Vigorosa, resistente Colmos ricos em açúcar X 100 Anos Atrás

A CANA-DE-AÇÚCAR É UM POLIPLÓIDE COMPLEXO COM UMA ESTRUTURA GENÔMICA COMPLEXA S. Officinarum S. spontaneum Recombinante S. officinarum (~80 cromossomos) X S. spontaneum (~ 40-128 cromossomos) Cromossomos da cana-de-açúcar atual S.officinarum (amarelo) e S.spontaneum (vermelho) Híbrido (~100-130 cromossomos) Fonte: D Hont et al., 1995 Embora tenha uma estrutura genômica complexa, os híbridos são estáveis

O DESENVOLVIMENTO DE UMA VARIEDADE DE CANA-DE- AÇÚCAR POR CRUZAMENTO CONVENCIONAL É UM PROCESSO RANDÔMICO Fatores que afetam o cruzamento em cana: origem dos parentais carregando bons alelos segregação randômica dos cromossomos das espécies parentais (S. officinarum and S. spontaneum) número de descendentes (seedlings) avaliados avaliação da performance agronômica - software para processar milhares de dados - testes de campo em diferentes localidades - um bom modelo de cruzamento Marcadores moleculares associados com alelos superiores/qtls provenientes das espécies parentais (S. officinarum e S. spontaneum) Cruzamento entre diferentes genótipos O número de cromossomos de S. spontaneum e/ou de recombinantes varia de 5-20% nos descendentes Obtenção de uma nova variedade por melhoramento genético convencional leva de 10 a 14 anos. Propagação évegetativa e fator de multiplicação éde 10 vezes.

O DESENVOLVIMENTO DAS PRIMEIRAS VARIEDADES COMERCIAIS DE CANA GM DEVERÁ OCORRER NO BRASIL BRASIL ÉO MAIOR PRODUTOR DE AÇÚCAR E ÁLCOOL DE CANA BRASIL TEM A MELHOR TECNOLOGIA DO SETOR, TANTO NA ÁREA AGRÍCOLA COMO NA ÁREA INDUSTRIAL BRASIL TEM OS MAIORES PROGRAMAS DE MELHORAMENTO DE CANA DO MUNDO CIENTISTAS BRASILEIROS DOMINAM A TECNOLOGIA DE PRODUÇÃO DE CANA GENETICAMENTE MODIFICADA TODAS A EMPRESAS DE BIOTECNOLOGIA ESTÃO HOJE NO BRASIL INVESTINDO EM CANA-DE-AÇÚCAR

DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS GENETICAMENTE MODIFICADOS ÉUM PROCESSO LONGO E CARO Fases do Desenvolvimento de um Produto: 1.Descoberta do gene que confere a característica desejada 2.Introdução do gene na planta (poucas plantas) 3.Validação em casa-de-vegetação e no campo 4.Obtenção do Produto (muitas plantas): inserção única, local da inserção, nível de expressão, performance da planta, etc. 5.Testes de campo para validação do produto e para obtenção dos dados que indicam que o produto não oferece riscos àsaúde humana e animal e ao meio ambiente. 6.Aprovação para comercialização.

Pipeline de desenvolvimento de uma planta GM Problema Valoração do problema Descoberta de genes Transformação de planta modelo Prova de conceito Transformação de cultura alvo Trait Produto Em todos os produtos já aprovados pela CTNBio, o desenvolvimento do produto foi feito fora do Brasil. Somente os testes finais no campo foram feitos aqui. No caso da cana, o desenvolvimento será feito aqui. CTNBio se envolverá em todas as fases do processo a partir da descoberta de genes

TESTES EM CASA-DE-VEGETAÇÃO COM CANA GM Cana é uma planta C4, que adora sol e água, mas que não vai bem em estufa. Portanto, para a maioria dos traits os testes tem que ser feitos no campo.

TESTES NO CAMPO COM CANA GM LIBERAÇÃO PLANEJADA APROVADA PELA CTNBio Normalmente as plantas convertem menos do que 1% da luz solar em energia química, mas a cana-de-açúcar é capaz de converter cerca de 2% da radiação incidente em açúcares, sendo que dois terços destes açúcares estão na forma de lignina e de celulose, que são insolúveis, e o outro um terço é a sacarose presente no caldo. Esta eficiência a coloca como a principal planta quando se pensa em termos de biomassa. PROBLEMA: Como descartar esta biomassa?? Uma alternativa seria processá-la em uma mini-usina: usar o álcool nos veículos e queimar o bagaço criatividade + segurança

O QUE A BIOTECNOLOGIA JÁ PRODUZIU PARA OUTRAS CULTURAS Alguns exemplos: Plantas tolerantes/resistentes a herbicidas: soja, algodão, milho, arroz, beterraba, canola Plantas resistentes a insetos: soja, algodão, milho Melhor qualidade de lipídios: soja, canola Milho com maior quantidade do aminoácido lisina Milho resistente a seca (melhor aproveitamento da água) Tomate com amadurecimento retardado

O QUE SE PODE ESPERAR PARA A CANA-DE-AÇÚCAR DESENVOLVIMENTO DE MARCADORES GENÉTICOS ASSOCIADOS A CARACTERÍSITCAS DESEJÁVEIS -Vai acelerar o desenvolvimento de novas variedades pelo melhoramento tradicional. -Plantas serão analisadas logo após a germinação e aquelas que não contém os genes que conferem as características desejáveis serão descartadas.

O QUE SE PODE ESPERAR PARA A CANA-DE-AÇÚCAR PLANTAS TOLERANTES A HERBICIDAS E RESISTENTES AO ATAQUE DE INSETOS -Plantas tolerantes a herbicidas 1ª. Geração - Plantas resistentes à broca da cana (Diatraea saccharalis) ; à broca gigante (Telchin licus licus); ao Elasmopalpus lignosellus 1ª. Geração -Plantas resistentes ao ataque de coleópteros (Sphenophorus levis (bicudo da cana) e Migdolus fryanus 2ª. Geração - Plantas resistentes a cigarrinha 3ª. geração

O QUE SE PODE ESPERAR PARA A CANA-DE-AÇÚCAR PLANTAS COM MAIOR TEOR DE AÇÚCAR -aumento da produção de açúcar e/ou de álcool PLANTAS COM AUMENTO DE BIOMASSA - produção de álcool celulósico PLANTAS COM MAIOR TEOR DE CELULOSE/LIGNINA -cana para geração de energia

O QUE SE PODE ESPERAR PARA A CANA-DE-AÇÚCAR PLANTAS COM MELHOR APROVEITAMENTO DA ÁGUA -Melhor uso da água nas regiões sem déficit hídrico e maior rendimento nas regiões com déficit hídrico PLANTAS TOLERANTES AO FRIO -Tolerar geadas e permitir o plantio em áreas mais frias CANA PARA A PRODUÇÃO DE OUTROS COMPOSTOS -Plástico biodegradável; compostos químicos derivados do carbono (biorrefinaria; álcoolquímica)

O DESENVOLVIMENTO DE NOVAS VARIEDADES É FUNDAMENTAL O DESENVOLVIMENTO DE NOVAS VARIEDADES PELO MELHORAMENTO TRADICIONAL SERÁ FUNDAMENTAL As novas tecnologias devem ser colocadas sobre os melhores genótipos disponíveis Os Programas de Melhoramento de Cana terão um papel importante neste processo

CANA GENETICAMENTE MODIFICADA JÁVEM SENDO DESENVOLVIDA NO BRASIL DESDE 1997 Experimentos de campo com cana geneticamente modificada aprovados pela CTNBio no período de 1997 a 2008: INSTITUIÇÃO CARACTERÍSTICA No. DE TESTES ANO DE APROVAÇÃO Copersucar/CTC Tolerância a herbicida 4 1997, 1988, 1999 Resistência a vírus 2 1999 Resistência a inseto 1 1999 Inibição da floração 1 2002 Aumento de açúcar 1 2006 Alellyx S.A. Resistência a vírus 2 2005, 2006 Aumento de açúcar 6 2006, 2007, 2008 Tolerância a seca 3 2007, 2008 Tolerância a herbicida + Resistência a inseto 4 2007, 2007 Basf S.A. Tolerância a herbicida 5 1999, 2000, 2001, 2002, 2004 Fonte: http://www.ctnbio.gov.br

CANA DO FUTURO Cana contendo todas as características desejadas em uma única planta e adequada ao seu uso final

O QUE É DIFERENTE EM CANA-DE-AÇÚCAR QUE DEVE SER LEVADO EM CONTA NA ANÁLISE DE BIOSSEGURANÇA DE CANA GM EM RELAÇÃO A OUTRAS CULTURAS Cana não énativa do Brasil. Éuma planta exótica Centro de origem de S. officinarum éa Polinésia e a espécie foi disseminada pelo homem pelo Sudeste asiático, com a formação de um centro de diversidade na Papua Nova Guinée Java (Indonésia) As primeiras mudas de cana chegaram ao Brasil por volta de 1515, vindas da Ilha da Madeira (Portugal), sendo o primeiro engenho de açúcar construído em 1532, na capitania de São Vicente Nestes 500 anos no país, ainda continua sendo cana e não há nenhum relato de que tenha cruzado com alguma planta nativa

O QUE É DIFERENTE EM CANA-DE-AÇÚCAR QUE DEVE SER LEVADO EM CONTA NA ANÁLISE DE BIOSSEGURANÇA DE CANA GM EM RELAÇÃO A OUTRAS CULTURAS cont. As espécies que deram origem às variedades comerciais de cana não são nativas do Brasil. Elas são encontradas apenas nos bancos de germoplasma dos programas de melhoramento Édifícil cruzar cana. Para que haja florescimento e formação de pólen viável, são necessárias condições específicas de temperatura e fotoperíodo, condições estas sóencontradas em latitudes baixas, entre 5 e 15 de latitude No Brasil, todas as estações de cruzamento de cana estão localizadas entre Bahia e Alagoas Florescimento fora desta área não leva a um cruzamento efetivo

O QUE É DIFERENTE EM CANA-DE-AÇÚCAR QUE DEVE SER LEVADO EM CONTA NA ANÁLISE DE BIOSSEGURANÇA DE CANA GM EM RELAÇÃO A OUTRAS CULTURAS cont. Para que a reprodução sexuada seja efetiva, além da emissão da flor, éimportante a fertilidade do pólen, a antese e o desenvolvimento do embrião, características que são afetadas por temperatura, umidade e fotoperíodo O pólen da cana émuito pequeno e édispersado pelo vento. É rapidamente dissecado após a deiscência, tendo uma vida-média em torno de 12 minutos. Em condições ambientais de 26,5 C e 67% de UR do ar, nenhuma viabilidade pode ser observada após 35 minutos (Moore 1976; Venkatraman, 1922) Novas variedades de cana são selecionadas para não apresentarem florescimento, pois o florescimento diminui o teor de açúcar

O QUE É DIFERENTE EM CANA-DE-AÇÚCAR QUE DEVE SER LEVADO EM CONTA NA ANÁLISE DE BIOSSEGURANÇA DE CANA GM EM RELAÇÃO A OUTRAS CULTURAS cont. O cruzamento em cana-de-açúcar éum processo controlado, seja ele biparental ou policruzamento

O QUE É DIFERENTE EM CANA-DE-AÇÚCAR QUE DEVE SER LEVADO EM CONTA NA ANÁLISE DE BIOSSEGURANÇA DE CANA GM EM RELAÇÃO A OUTRAS CULTURAS cont. A propagação da cana é vegetativa (clonal) Não se planta cana a partir da semente, pois cada semente dá origem a uma planta diferente. No cruzamento háuma intensa recombinação e nenhum dos descendentes seráigual ao pai ou a mãe A dispersão da cana se dápelo plantio feito pelo homem. Uma touceira de cana abandonada tende a desaparecer Assim, a possibilidade de ocorrência de fluxo gênico entre os híbridos comerciais de cana ou com outras espécies no Brasil não éesperado.

O QUE É DIFERENTE EM CANA-DE-AÇÚCAR QUE DEVE SER LEVADO EM CONTA NA ANÁLISE DE BIOSSEGURANÇA DE CANA GM EM RELAÇÃO A OUTRAS CULTURAS cont. A propagação da cana é vegetativa (clonal) Não se planta cana a partir da semente, pois cada semente dá origem a uma planta diferente. No cruzamento háuma intensa recombinação e nenhum membro da progênie seráigual ao pai ou a mãe A dispersão da cana se dápelo plantio feito pelo homem. Uma touceira de cana abandonada tende a desaparecer Portanto, a possibilidade de ocorrência de fluxo gênico entre os híbridos comerciais de cana ou com outras espécies no Brasil não éesperado.

O QUE É DIFERENTE EM CANA-DE-AÇÚCAR QUE DEVE SER LEVADO EM CONTA NA ANÁLISE DE BIOSSEGURANÇA DE CANA GM EM RELAÇÃO A OUTRAS CULTURAS cont. Uma usina precisa de variedades de cana para o início, meio e fim de safra (variedades precoce, média e tardia) Devido às diferentes condições edafoclimáticas, uma usina planta entre 10-20 variedades de cana diferentes Como a propagação da cana évegetativa, uma característica introduzida em uma variedade por transgenia não dápara transferir para uma outra por retrocruzamento. Seria necessária uma transformação para cada variedade, o que tem um custo regulatório muito alto, tornando inviável. A regulamentação tem que ser a nível mundial e não apenas no Brasil Isso acontece com todas as outras culturas de propagação vegetativa: eucalipto, laranja, frutíferas, etc. Alternativa: regulamentação por construção (prevista no Art 3

O QUE É DIFERENTE EM CANA-DE-AÇÚCAR QUE DEVE SER LEVADO EM CONTA NA ANÁLISE DE BIOSSEGURANÇA DE CANA GM EM RELAÇÃO A OUTRAS CULTURAS cont. Alternativa: regulamentação por construção (prevista no Art. 3º da RN Nº05 RESOLUÇÃO NORMATIVA Nº05, DE 12 DE MARÇO DE 2008 Art. 3º. OGM que contenha a mesma construção genética utilizada em OGM da mesma espécie, com parecer técnico favorável à liberação comercial no Brasil, passará por análise simplificada, visando sua liberação, a critério da CTNBio. No momento oportuno a CTNBio teráque dizer o que entende por análise simplicada neste caso, assim como o fez para o Art. 4º sobre eventos combinados

O QUE É DIFERENTE EM CANA-DE-AÇÚCAR QUE DEVE SER LEVADO EM CONTA NA ANÁLISE DE BIOSSEGURANÇA DE CANA GM EM RELAÇÃO A OUTRAS CULTURAS cont. Os principais produtos da cana são o álcool e o açúcar, duas substâncias puras Processo industrial de produção de açúcar e álcool elimina DNA e proteína, os quais não devem ser encontrados nos mesmos, ou seja, não terácomo distinguir o produto originário de cana GM e de cana não GM. Cana tem também pode ser utilizada in natura (consumo animal e humano) e tem subprodutos

O QUE É DIFERENTE EM CANA-DE-AÇÚCAR QUE DEVE SER LEVADO EM CONTA NA ANÁLISE DE BIOSSEGURANÇA DE CANA GM EM RELAÇÃO A OUTRAS CULTURAS cont. Processamento Industrial: Açúcar, Etanol, Cachaça, Vinhaça e Biomassa (bagaço) Processamento Artesanal: Rapadura, Açúcar Mascavo e Melado Cana in natura: Ração para animais, consumida in natura pelo homem ou na forma de garapa (caldo de cana) Estudos de composição e de presença de ácido nucléico e de proteína nos subprodutos não processados tem que ser verificado. Se não houver, ou dependendo da quantidade relativa, presença de transgenes pode não ser detectada Definir estudos ambientais que fazem sentido para a cana GM

OBRIGADO jesus@fcav.unesp.br