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LOS ORGANISMOS GENETICAMENTE MODIFICADOS Y EL MANEJO INTEGRADO DE PLAGAS J. C. Rodríguez, Sotero Aguilar Medel COLEGIO DE POSTGRADUADOS.

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1 LOS ORGANISMOS GENETICAMENTE MODIFICADOS Y EL MANEJO INTEGRADO DE PLAGAS J. C. Rodríguez, Sotero Aguilar Medel COLEGIO DE POSTGRADUADOS

2 Cortesía: Dr. José Luis Martínez Carrillo

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5 Derivados del flujo genético Derivados del consumo Derivados de la presión de selección sobre plagas (Resistencia) Derivados de impactos en la cadena trófica Riesgos OGM´s

6 Resistencia a insecticidas Proceso evolutivo Mutación Selección del más apto

7 Resistencia Fracaso de la dosis mínima originalmente efectiva debido a la selección de un carácter genético heredable

8 MANEJO DE LA RESISTENCIA El manejo de la resistencia a insecticidas es la ciencia y arte de mantener la frecuencia y expresión de los genes de resistencia abajo de un nivel tolerable Figura 2. Desarrollo esperado de la resistencia a insecticidas bajo dos tipos de esquemas: racional e irracional.

9 Resistencia a insecticidas SS RS RR Generalmente los individuos RR tienen menos capacidad biótica que los SS El uso sostenido de la presión de selección favorecerá a los RR con capacidad biótica similar a los SS Resistencia estable

10 Consecuencias de la resistencia Pérdida del mejor insecticida que se ha desarrollado: Bacillus thuringiensis Regreso al uso de alternativas más contaminantes y dañinas a la salud humana Impacto en la agricultura orgánica

11 Insect species that have evolved Bt resistance in the field 1985 Plodia interpunctella 1990 Plutella xylostella 1992 Heliothis virescens 1995 Spodoptera exigua 1997 Spodoptera littoralis 1997 Ostrinia nubilalis 1999 Pectinophora gossypiella 2003 Helicoverpa armigera 1995 Leptinotarsa decemlineata 1998 Chrysomela scripta Lepidoptera Coleoptera 1997 Culex quinquefasciatus Diptera 2003 Trichoplusia ni Cortesia: Dr. Juan Ferrè. Universidad de Valencia, España

12 The continuous use of Bt insecticides can give rise to the development of resistance in insect populations So far, not a single case of resistance to Bt crops has been detected Cortesia: Dr. Juan Ferrè. Universidad de Valencia, España

13 Mechanisms of resistance to Bt 1)Reduced binding Plodia interpunctella (3 strains) Plutella xylostella (9 strains) Heliothis virescens (3 strains) Pectinophora gossypiella (1 strain) Helicoverpa armigera (2 strains) Trichoplusia ni (1 strain) Ostrinia nubilalis (1 strain) 2) Altered proteolytic processing Plodia interpunctella (1 strain) Heliothis virescens (2 strains) Plutella xylostella (1 strain) Ostrinia nubilalis (1 strain) 3) Faster cell repair/replacement Heliothis virescens (1 strain) 4) Elevated immune response Ephestia kuehniella (1 strain) Helicoverpa armigera (1 strain) 5) Toxin sequestering by esterases Helicoverpa armigera (1 strain) Plutella xylostella (1 strain) High levels of resistance but narrow spectrum Low levels of resistance but broad spectrum Cortesia: Dr. Juan Ferrè. Universidad de Valencia, España

14 El algodonero transgénico que expresa la toxina cry 1A (c) de Bacillus thuringiensis var. kurstaki, es tóxico para muchas especies de larvas de lepidópteros que atacan este cultivo. Agi, A. L.,et al, 2001 Antecedentes

15 INSECTOS SUSCEPTIBLES AL ALGODONERO TRANSGENICO (BOLLGARD ® ) GUSANO TABACALERO Heliothis virescens GUSANO ROSADO Pectinophora gossypiella GUSANO BELLOTERO Helicoverpa zea GUSANO SOLDADO Spodoptera exigua Agi, A. L.,et. al., 2001., Gore, J., et. al., 2002., Gould and Tabashnik, 1998., Caprio, et. al., Antecedentes Cry1Ac Cry2Ab

16 AREAS DONDE SE SIEMBRA ALGODONERO TRANSGÉNICO EN MÉXICO

17 RIESGO DE DESARROLLO DE RESISTENCIA A OGM´S Enorme potencial de penetración comercial (>50%) Alta expresión de toxina durante todo el desarrollo de la planta y en todos sus tejidos El uso de OGM´S es muy probable que impacte a un gran porcentaje de insectos plaga sobre amplias superficies de cultivo La mejor receta para desarrollar resistencia consiste en usar el mismo insecticida siempre y a dosis altas. Esta condición la cumplen perfectamente los OGM´s.

18 Estrategia para retardar el desarrollo de resistencia ALTA DOSIS/REFUGIO Ostlie, et al., Gore, J., et al., 2002., Gould and Tabashnik, 1998., Caprio, et al., 2002., Matten Antecedentes

19 RESISTENCIA AL Bt ES RECESIVA. LA FRECUENCIA INICIAL DE GENES DE RESISTENCIA ES BAJA LA COPULA ENTRE INDIVIDUOS RESISTENTES Y SUSCEPTIBLES ES AL AZAR. BASES DE LA ESTRATEGIA REFUGIO/ALTA DOSIS Gould and Tabashnik, 1998., Matten El refugio provee de individuos susceptibles (SS) que copulan con los escasos resistentes (RR) que sobreviven al cultivo Bt y producen heterozigotos susceptibles (RS), los cuales mueren al consumir tejido del cultivo Bt. Antecedentes

20 EXPRESIÓN DE Cry1A(c) EN FUNCIÓN DE LA ETAPA FENOLÓGICA DEL ALGODONERO DOSIS DIAGNOSTICA YEMAS TERMINALES CUADROS Y BELLOTAS (Greenplate et al. 1998)

21 Objetivo del Refugio rs = rr = Gould F.,et al, 1995

22 Refuge options in Mexico 80: 20 80% Bollgard: 20% refuge Target pest control is allowed except with Bt 96:4 96% Bollgard: 4% refuge Use of pesticides against target pest are not allowed

23 DETERMINACIÓN DE RESISTENCIA MEDIANTE BIOENSAYOS Estímulo Rango de dosis de la toxina que expresa el algodonero Bollgard ® Respuesta a los cinco días de exposición Porcentaje de mortalidad Número de larvas que llegan al tercer instar Porcentaje de reducción de peso respecto al testigo absoluto

24 BIOENSAYO COMPLETO Método de Sims et al. (1996) Agregar en cada cavidad un mL de dieta artificial En cada cavidad agregar 200 L de toxina a la concentración deseada Ocho horas después depositar una larva neonata en cada cavidad y cubrir con plástico especial que se adhiere y permite el intercambio gaseoso. n = 32 larvas/dosis/repetición Cinco repeticiones Testigo absoluto Corrección de Abbott Datos a los cinco días

25 Testigo0.001 ug/mL 10 ug/mL1 ug/mL 0.1 ug/mL0.01 ug/mL (Overlay) Bioensayo Línea Base Spodoptera frugiperda-Cry1Ac Sotero Aguilar Medel 50 ug/mL100 ug/mL

26 DOSIS DIAGNÓSTICA n = 96 larvas/repetición Cinco repeticiones Testigo absoluto Corrección de Abbott Dosis de 5 g/mL (Greenplate et al. (1997). Datos a los cinco días

27 (overlay) diagnostic concentration H. zea Testigo DD -5 ug/mL Cry1AcDD -5 ug Mª -1 Cry1Ac Sotero Aguilar Medel

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29 Percent of Helicoverpa zea larvae that reached third instar after five days of exposure to the diagnostic concentration of the Cry1Ac δ-endotoxin (5 ug mL -1 ) Population Treatment Third instar larvae (%) ± SE a Caborca Treated0 Control88.8 ± 3 Costa Treated0 Control86.2 ± 3 Delicias Treated Control89.4 ± ± ± ± ± ± 5 Gonzáles Treated000 Control93.1 ± ± ± 4 Jiménez Treated0000 Control90.0 ± ± ± ± 4

30 Percent of Helicoverpa zea larvae that reached third instar after five days of exposure to the diagnostic concentration of the Cry1Ac δ-endotoxin (5 ug mL -1 )

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32 Conclusiones Después de 10 años de selección en campo con algodonero bollgard, las poblaciones de H. zea son susceptibles a la delta endotoxina Cry1Ac, no se sabe por cuanto tiempo más.

33 GRACIAS


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