Resistencia de insectos a cultivos Bt

Resistencia de insectos a
cultivos Bt
Conferencia presentada en la CIBIOGEM
(Comisión Intersecretarial de Bioseguridad
de los Organismos Genéticamente Modificados)
Mexico, D.F., Diciembre 6, 2013
David Mota-Sanchez, PhD
Department of Entomology
Michigan State University
East Lansing, MI48824
Temas
1. Introducción
2. Resistencia
3. Importancia de la dosis
4. Resistencia en campo
Retos en la producción global de Alimentos
• 2050 duplicar la producción.
• Población. 9,200 millones
• Usar menos combustible, agua y
nitrogeno.
• Aliviar la pobreza, hambre y
desnutrición (7,000 millones de
personas en el 2011)
• Como: Incrementar la productividad
por la integración de las mejoras
tecnologías convencionales y de la
biotecnología agrícola incluyendo
nuevos eventos.
Prepared by Cholani 2013
GE crops in North America
86% - 93% HT
Canola in Canada
(US 95% & Canada
83%)
80% - 85% US maize
Of this, 75% double/triple
stacked IR and HT (US &
Canada 99%)
HT Soybean (US 92% & Canada
73%)
95% HT Sugar beet in US and Canada
Canada
Canola,
maize,
soybean,
sugar beet
VR Papaya – saves the
industry in the US
VR Squash
90% US IR Cotton
Of this, 75% double
stacked
HT Alfalfa
Por que les gustan a los agricultores los cultivos
OGMs
Si se consideran cultivos Bt y tolerancia
a herbicidas;
• Evitan perdidas causadas por
plagas y malezas.
• Alto retorno por hectarea.
• Reducción en el uso de
plaguicidas y costos.
• Facilita la producción (menor
tiempo de uso del tractor)
Prepared by Cholani 2013
Economic benefits of Bt cotton - India
• Bt Cotton with 10.8 million hectares
– 93% adoption
• Ingresos por Bt Cotton
• US$12,600 millones from 2002 2012 (US$3,200 millones solamente
en el 2011)
• Bt cotton-primero en productividad
y ganancias
– Segundo exportador mundial
– Segundo productor mundial
Bt cotton ha transformado la
producción de algodón en la
India!!!
Toxicidad en mamiferos
ratas
Comparison of LD 50 value for
insecticides
Cyhalothrin
79-144 mg/kg
Carbosulphan
90-250 mg/kg
cypermethrin
250-2000 mg/kg
Si se compara Bt
con otros
insecticidas el Bt
algunas veces se
clasifica
“practicamente no
toxico” – ¿Por que?
-El intestino humano
tiene un pH muy bajo
-Humanos no tienen los
receptores de Bt
Bt kurstaki > 5,000-24,000 mg/kg
Source: Chris
DiFonzo
Mode de acción de Bacillus thuringiensis
11. Disruptores microbiales de las membranas del intestino medio
(incluyendo OGMs que producen toxinas de Bt). 11A.
Making GE crops better….
Gene stacking
Gene pyramiding
Multiple targets
Same target
Roundup Ready
Cry 1F
Cry 1F
Cry3Bb1
Cry 2Ab2
Cry 1A.105
Source: Chris DiFonso
SMARTSTAX
Herbicide
Tolerance
Corn
Borer
Rootworm
RR-(CP4 EPSPS) ;
Liberty link (PAT)
Roundup Ready
Liberty Link
Cry 1A.105
Cry 2Ab2
Cry 1F
Cry3Bb1
Cry 34 Ab1
Cry 35 Ab1
Source: Chris DiFonso
Retos con los OGMs
1. Resistencia a los OGMs
Desarrollo de resistencia de malezas a herbicidas (glifosato).
Desarrollo de resistencia de insectos a cultivos Bt.
2. Plagas secundarias
Estos problemas no son únicos a los OGMs. Muchas
malezas e insectos han desarrolado resistencia a
plaguicidas en el pasado.
Estos problemas no son unicos a los OGMs.
Muchas malezas e insectos han desarrollado
resistencia a plaguicidas.
Total. 991 especies of plagas
• 583 especies de arthropodos
• 218 especies de malezas
• 190 hongos fitopatogenos
•
Fuente: FRAC 2013, Heap 2013, Whalon et al. 2013)
Emergencia de malezas resistentes a
glifosato
Causa: Incremento en la presión
de selección!!!
2008
Can insects become
resistant to sprays?
Melander 1914
>100 años
Productos a base de azufre
Escama de San Jose
Quadraspidiotus perniciosus
10000
8000
600
A.
583 species
B. 11,403 cases of resistance
C.
342 compounds)
A
500
B
C
400
6000
300
4000
200
2000
100
Arthropod species (A) and compounds (C)
Cases of resistance (B)
12000
0
1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 years
0
Fig 1. Evolution of arthropod insecticide resistance (1914 to 2013).
Whalon, M.E., Mota-Sanchez, D. and Robert M. Hollingworth. 2013.
Arthropod Pesticide Resistance Database 2013.
On-line at: www.pesticideresistance.org
Evolucion de resistencia en campo
Reduccion en la susceptibilidad de una
población a una toxina, y es causada por la
exposición de esta población a la toxina en el
campo. Esta resistencia es atribuible a un
factor genético.
(Tabashnik y otros)
Mode de acción de Bacillus thuringiensis
11. Disruptores microbiales de las membranas del intestino medio
(incluyendo OGMs que producen toxinas de Bt). 11A.
Se ha desarrollado resistencia en el
laboratorio y campo
Barrenador europeo del maiz
Palomilla dorso de diamante
Resistencia (% de casos por modo de acción)
Percentage of Cases by Mode of Action
1B Acetylcholine esterase inhibitors;
Organophophates
1%
1%
2%
3%
3 Sodium channel modulators; Pyrethroids,
Pyrethrins, DDT
1%
6%
34%
7%
2A GABA-gated chloride channel
antagonists; Cyclodiene organochlorines
1A Acetylcholine esterase inhibitors;
Carbamates
15%
4A Nicotinic Acetylcholine receptor agonists
/ antagonists; Neonicotinoids
UNK Unknown Mode of Action (general);
Undetermined MOA
30%
8B Compounds of unknown or non-specific
mode of action (fumigants); Chloropicrin
11 Microbial disruptors of insect midgut
membranes (includes transgenic crops);
Bacillus thuringiensis (variety unstated)
2B GABA-gated chloride channel
antagonists; Fipronil or Phenylpyrazoles
Other
11. Disruptores microbiales de las membranas del intestino medio (incluyendo OGMs);
B. thuringiensis (variedad no especificada).
Bt toxinas
Bt toxinas
Bt ts
CryIC
Cry1Da
BtkHD-1
MVP II
BtHD73
Cry2Aa
Cry1Ba
Btk
Cry1Ca
Cry2Ab
Cry1F
Cry1Ab
mCry3A
Cry3Bb1
Bta
Cry1Ac
Btk = Bt kurstaki
Bta= Bt aizawaii
Bt ts = Bt tenebrionensis
1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010 2013
año
toxinas de Bt * año
Monitoreo de resistencia. Bioensayos
1) Incorporadas a la dieta
2) Sobre la dieta
3) Tejido vegetal
Log dosis mortalidad
98
S
Tamps
PR
90
6
80
70
60
50
40
5
30
20
Probits
Mortalidad(%)
95
7
4
10
5
3
2
LC 50 S= 1
LC50= Tamps =3
LC50=PR 1200
Dosis
Radio de resistencia= LC50 S/LC5p poblacion de campo
RR= 1
RR Tamps =3
RR PR=1200
F2 Screen
Expected to reveal 1 resistance allele
among 250 isofemale lines, when the
resistance allele frequency is 10-3
Andow and Alstad, 1997, J. Econ. Entomol. 91: 572-578
Carlos Blanco et al several publications
Importancia de la dosis
Importancia de la dosis
98
SS
SR
RR
90
6
80
70
60
50
40
5
30
20
Probits
Mortalidad(%)
95
7
4
10
5
3
2
Dosis
R=Resistente
S=Susceptible
Importancia de la dosis
Mortalidad(%)
95
SS
SR
RR
7
R=Resistente
S=Susceptible
90
6
80
70
60
50
40
5
30
20
Probits
98
4
10
5
3
2
Dosis
Redibujado de Hutchison et a. 2013
Concentracion de
la toxina
Importancia de la dosis
98
SS
SR
RR
R=Resistente
S=Susceptible
90
6
80
70
60
50
40
5
30
20
Probits
Mortalidad(%)
95
7
4
10
5
3
2
Dosis
Dosis alta:
La resistencia es funcionalmente
recesiva
Concentracion de
la toxina
Redibujado de Hutchison et a. 2013
Heterozigotos son los mas abundantes (~50%)
98
SR
RR
R=Resistente
S=Susceptible
90
6
80
70
60
50
40
5
30
20
Probits
Mortalidad(%)
95
SS
7
4
10
5
Concentracion de
3
la toxina
2
Dosis
Dosis alta: Resistencia es funcionalmente recesiva
Dosis baja: Incrementa la seleccion de insectos que portan R
Redibujado de Hutchison et a. 2013
Heterozigotos son los mas abundantes (~50%)
98
SR
RR
R=Resistente
S=Susceptible
90
6
80
70
60
50
40
5
30
20
Probits
Mortalidad(%)
95
SS
7
4
10
5
3
2
Dosis
Concentracion de
la toxina
Dosis alta: Resistencia es funcionalmente recesiva
Dosis baja: Incrementa la seleccion de insectos que portan R
Redibujado de Hutchison et a. 2013
Table 1. Evaluacion de resistencia en campo en
cultivos Bt
Plaga
B. fusca
D. v. virgifera
Cultivo
Bt
Toxina
Maíz Cry1Ab
Cry3Bb
USA
7
No
No
Algodón Cry1Ac
USA
6
No
No
P. gossypiella Algodón Cry1Ac
India
6
No
?
S. frugiperda
USA
3
No
?
H. zea
Maíz
Dosis
País
Años alta Freq inicial
Sudafrica 8
No
?
Maíz
Cry1F
>50% insectos resistentes y se observa una reduccion en la eficacia
Modificado de Tabashnik et al. 2013
Nature biotechnology 31 (6): 510-521
2005
2010
Reduced efficacy
1–6% resistant
<1% resistant
Susceptible
Figure 3 Resistance of major pest species to Bt crops in 2005 and
2010. For each pest species, the color indicates the status of the
most resistant population. In 2005, the only pest with resistant field
populations was H. zea; the other eight pests evaluated were
susceptible. Data for 2005 (n = 9 species) Nature biotechnology 31
(6): 510-521.
Resistencia de diabrotica a Maiz Bt
Perdidas inesperadas 2009
ñ
Picture from Dr. Ken Ostlie, Univ of Minnesota
Minnesota field 2009 - Cry3Bb / Refuge strips
CRW Bt Rows
Doblados 35%
Refuge Rows
Doblados < 1%
Ken Ostlie, Univ. of Minnesota
refugio
refuge
CRW Bt
Ken Ostlie, Univ. of Minnesota
Factores:
Ken Ostlie
• Siembra continua de
maiz
• Uso de solo un tipo de
BT-corn
• No cumplimiento del
refugio
En 2012:
Numero de casos sospechosos se
incremento y distribuyo en 6 estados
del Medio Oeste: IA, MN + MO, NE,
SD, WI
Collecta de
huevecillos
Iowa State University
Bioensayos de resistencia
Infestacion de
plantas
(huevecillos)
Recuperacion
& conteo larvae
Pictures courtesy of A. Gassmann, ISU
Resistance en gusano cogollero
•
•
•
•
Menos sensible a Cry1F
Aislamiento geografico
Sitio de refugio
Sequia. Migracion.
Storer et al. 2010.
J. Econ. Entomol. 103(4): 1031Ð1038 (2010)
Blanco et al 2010.
Southwestern Entomologist 35 (3).
Conclusiónes
1) Muy pocos casos de resistencia desde 1996 a la fecha
(420 millones ha).
2) El sitio de refugio es muy importante para retrazar el
desarrollo de resistencia, y se debe poner un enfasis
en el cumplimiento.
3) La determinacion de la frequencia initialde alelos de
resistencia asi como un monitoreo constante de la
resistencia es critico para el uso sostenido de esta
tecnología.
3) Se deben diversificar los factores de mortalidad
de las plagas.
Agradecimientos
CIBIOGEM
Marco Antonio Ramírez Velázquez
Rosa Inés González-Torres
Sol Ortiz García
USDA-FAS
Adriana Otero, Khalika Meardry, Adam Branson y Julie
Morin
Department of State-Office of Science and
Technology Cooperation. Kay Hairston
SENASICA Marco Antonio Cervantes García
WorldTAP team (Michigan State University)
Karim Maredia, Hashini Galhena, Cholani Weebadde
Questions?