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

Cortesía: Dr. José Luis Martínez Carrillo

Cortesía: Dr. José Luis Martínez Carrillo

Cortesía: Dr. José Luis Martínez Carrillo

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

Resistencia a insecticidas Proceso evolutivo Mutación Selección del más apto

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

MANEJO DE LA RESISTENCIA Figura 2. Desarrollo esperado de la resistencia a insecticidas bajo dos tipos de esquemas: racional e irracional. 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

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

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

Insect species that have evolved Bt resistance in the “field” Lepidoptera Coleoptera 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 2003 Trichoplusia ni 1997 Culex quinquefasciatus Diptera Cortesia: Dr. Juan Ferrè. Universidad de Valencia, España

So far, not a single case of resistance to Bt crops has been detected 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

Mechanisms of resistance to Bt Cortesia: Dr. Juan Ferrè. Universidad de Valencia, España 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) Low levels of resistance but broad spectrum 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 Plutella xylostella (1 strain) High levels of resistance but narrow spectrum

Antecedentes 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

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

AREAS DONDE SE SIEMBRA ALGODONERO TRANSGÉNICO EN MÉXICO

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.

Estrategia para retardar el desarrollo de resistencia Antecedentes Estrategia para retardar el desarrollo de resistencia ALTA DOSIS/REFUGIO Ostlie, et al., 1997. Gore, J., et al., 2002., Gould and Tabashnik, 1998., Caprio, et al., 2002., Matten 2002.

Antecedentes BASES DE LA ESTRATEGIA REFUGIO/ALTA DOSIS RESISTENCIA AL Bt ES RECESIVA. LA FRECUENCIA INICIAL DE GENES DE RESISTENCIA ES BAJA LA COPULA ENTRE INDIVIDUOS RESISTENTES Y SUSCEPTIBLES ES AL AZAR. 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. Gould and Tabashnik, 1998., Matten. 2002.

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

Objetivo del Refugio rs = 10-3 rr = 10-6 Gould F.,et al, 1995

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

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

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

(Overlay) Bioensayo Línea Base Spodoptera frugiperda-Cry1Ac Testigo 0.001 ug/mL 0.01 ug/mL 0.1 ug/mL 1 ug/mL 10 ug/mL 50 ug/mL 100 ug/mL Sotero Aguilar Medel

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

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

Third instar larvae (%) ± SEa 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 (%) ± SEa 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Caborca Treated 0 Control 88.8 ± 3 Costa Treated 0 Control 86.2 ± 3 Delicias Treated 0 0 0 0 0 0 Control 89.4 ± 4 90.3 ± 3 90.4 ± 3 87.1 ± 4 84.0 ± 13 90.2 ± 5 Gonzáles Treated 0 0 0 Control 93.1 ± 2 89.7 ± 3 91.2 ± 4 Jiménez Treated 0 0 0 0 Control 90.0 ± 2 88.5 ± 4 88.9 ± 4 90.9 ± 4

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)

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.

GRACIAS