Seleção de Spodoptera frugiperda resistente às proteínas do Bt

Resistência de Spodoptera
frugiperda a Bt: Seleção,
Herança e Manejo
Eliseu José G. Pereira
Departamento de Entomologia
Universidade Federal de Viçosa
Conteúdo da Palestra

Introdução
 Plantas transgênicas
 Bacillus thuringiensis
 Milho Bt
 Manejo da resistência

Seleção de linhagens resistentes em
laboratório
 Ostrinia nubilalis - Nebraska
 Spodoptera frugiperda - Viçosa/Sete Lagoas
Plantas Transgênicas
Engenharia genética
Introdução do gene
Expressão da toxina
Mesghenna (2011)
Milho Bt:
 2008/09  Cry1Ab
 2009/10  Cry1F,
Cry1A.105+Cry2Ab2,
Vip3Aa
Fonte: Céleres, 2011
Bacillus thuringiensis (Bt)
Bactéria de solo, filoplano, etc.
 Proteínas inseticidas com toxicidade
específica

 Cry 1 – Lepidoptera
 Cry 2 – Lepidoptera e Diptera
 Cry 3 – Coleoptera
 Cry 4 – Diptera
 Vip3 – Lepidoptera
Fonte: Höfte & Whitely 1989, Knowles 1994, Schnepf et al.
1998, Maagd et al. 2001; Herman et al. 2002
Bt Como Inseticida ou
Agente de Controle Biológico
 Formulações
de 60 anos
usadas por mais
 Não-tóxico
para mamíferos e
organismos não-alvo
 Estreito
espectro de ação e
deve ser engerido por larvas
jovens
 Baixa
persistência no campo
 Desvantagem
superada pelo uso
em plantas transgênicas
Fonte: Beegle & Yamamoto 1992; Kennedy 2008
Benefícios e Riscos do Uso de
Culturas Transgênicas
Benefícios
Riscos
 Fluxo (escape) gênico
 Uso de genes de
resistência de espécies
diferentes
 Redução no uso de
inseticidas/fungicidas:
nocivos ao homem e ao
meio ambiente
 Redução das perdas
devido às pragas
 Segurança alimentar:
alergenicidade
 Organismos não-alvos
 Desenvolvimento de
resistência nos
insetos alvos
Gould 1998, Andow, 2008, Buntin 2008, MacIntosh 2010
Redução no Uso de Inseticidas e Aumento
de Produtividade em Algodão Bt na Índia
Medias ± (desvio padrão). *Indica diferença significativa.
Fonte: Qaim & Zilberman, 2007
Milho não-Bt x Milho Bt (Cry1F)
Resistência de insetos
ao milho Bt a campo
O Risco de
Resistência de
Insetos a Plantas
Transgênicas
Alta adoção
Alta persistência
Alta exposição
Intensa
Pressão
de Seleção
Resistência a toxinas de Bt

Grãos armazenados
 Plodia interpunctella
McGaughey 1985

Campo
 Plutella xylostella
Tabashnik et al. 1990

Casa de vegetação
 Trichoplusia ni
Janmaat & Myers 2003
Resistência em Laboratório x Campo

Seleção em laboratório
 11/18 experimentos obtiveram resistência >10x
 Em 2 casos os insetos sobreviveram em plantas Bt

Resistência a campo
 Traça das crucíferas, Plutella xylostella, a Dipel
 Resistência a plantas Bt
○ Busseola fusca  África do Sul
○ Spodoptera frugiperda  Porto Rico
○ Pectinophora gossypiella  Índia
Fonte: Van Rensburg 2007, Ferre et al. 2008,
Storer et al. 2010
Mecanismos de Resistência

Proteases
 Alteração na ativação
ou
 Degradação da toxina

Ligação ao Receptor
 Redução na afinidade,
ou
 Redução No. sítios de
ligação

Outros
Fonte: de Maagd et al. 2001, Ferré et al. 2008
Fatores que Afetam o
Desenvolvimento da Resistência
 Bioecológicos e comportamentais
 Taxa de reprodução, mobilidade/dispersão,
refúgio de exposição
 Genéticos
 Freqüência inicial de alelos de resistência,
dominância, número de genes envolvidos, custo
adaptativo da resistência
 Operacionais
 Características das plantas transgênicas
 Estratégias de manejo da resistência
Fonte: Georghiou & Taylor 1977ab, Onstad 2008
Manejo da Resistência
Manejo da
Resistência
Estratégias
Refúgio
Monitoramento
Pesquisa
Modelagem
Herança da
Resistência
Sobrevivência
e fitness
Linhagens
Resistentes
Mecanismos
de Resistência
Base Molecular
da Resistência
Fonte: Adaptado de Roush & Tabashnik 1990, Mackenzie 1996, Onstad 2008
Resistência pode ser manejada
Fonte: Siegfried et al. 2007
Estratégias de Manejo da Resistência

Alta Dose/Refúgio

Piramidamento de toxinas/Refúgio

Moderada Dose/Refúgio/MIP

Outras
Importância de Linhagens
Resistentes
 Falta de linhagens
resistentes torna difícil:
• Determinar o risco de
resistência a culturas Bt
• Validar premissas de
estratégias de manejo
• Testar se a resistência é
recessiva
 Linhagens selecionadas
em laboratório
Alta Dose/Refúgio
Fonte: Monsanto Co.
A Estratégia da Alta Dose/Refúgio e
suas Pressuposições
Alta Dose/Refúgio

Alelos de resistência
são raros

Acasalamento aleatório

Resistência é recessiva
 Assegurar resistência
funcionalmente recessiva
(i.e., insetos RS não
sobrevivem exposição)

Falta de linhagens
resistentes dificulta
validação

Seleção em Laboratório
Fonte: Monsanto Co.
Dominância da Resistência
Recessiva
Codominante
Dominante
Mortalidade (%)
100
75
SS
RS
RS
RS
RR
50
25
0
0,1
Fonte: Roush & Mckenzie 1987
1
10
Dose de toxina
100
1000
Dominância Efetiva ou Funcional
Baixa Dose
Alta Dose
Mortalidade (%)
100
75
RS
SS
RR
50
25
0
0,1
Fonte: Roush & Mckenzie 1987
1
10
Dose
100
1000
Seleção para
resistência a Bt em
Ostrinia nubilalis
Seleção com Cry1F - EUA
incorporada na dieta de criação
 Exposição durante desenvolvimento larval
80
30
60
20
40
Sel.
20
0
10
Cry1F
0
10
20
Geração de seleção
30
0
Fonte: Pereira et al. 2008a
Conc. Cry1F (mg/L dieta)
Sobrevivência (%)
 Toxina
Herança da
Resistência a Cry1F
 Autossômica
 Recessiva
SS S♀xR♂
99
S♂xR♀
% Mortalidae
90
D < 0,11
70
50
30
RR
10
1
1
10
100
1000
Cry1F Concentration, ng/cm2
Fonte: Pereira et al. 2008b
10000
Teste para Herança Monogênica
Resposta consistente com herança monogênica
Mortalidade (%)

RS (F1)
100
80
RC
60
40
20
RR
0
1
10
100
1000
10000
Concentração de Cry1F, ng/cm2
Fonte: Pereira et al. 2008b
Teste de Recessividade
da Resistência
% Sobrevivência
50
a
40
30
Peso larval (mg)
30
a a
25
ab
a
20
b
15
20
10
10
e
d
c
0
SS RS RR
Isolinha
SS RS RR
TC1507
Tratamentos
Fonte: Pereira et al. 2008b
b
5
0
d
SS RS RR
Isolinha
c
SS RS RR
TC1507
Tratamentos
Espectro de Resistência Cruzada
 Suporta a combinação de Cry1F/Cry1Ab para O. nubilalis
CL50 (ng/cm2)
250
200
*
*
>12,000
Controle
Selecionada
150
100
50
0
Cry1Ac
Fonte: Pereira et al. 2008a
Cry1Ab
Cry9c
Proteína de Bt
Cry1F
Teste de Recessividade
da Resistência
% Sobrevivência
50
a a
40
Peso larval (mg)
30
a
ab
25
b
30
20
b
b
b
15
20
10
10
c
c
0
5
c
c
0
SS RS RR
Isolinha
SS RS RR
TC1507
Tratamentos
Fonte: Pereira et al. 2008b
SS RS RR
Isolinha
SS RS RR
TC1507
Tratamentos
Resistência a Cry1F em O. nubilalis
Selecionada em Laboratório
 Resistência>3000x;
 Monogênica,
 Baixa
sobrevive em milho-Cry1F
recessiva, autossômica
resistência cruzada a Cry1Ac
 Nenhuma
resistência cruzada a Cry1Ab
 Mecanismo
ainda não esclarecido
Fonte: Pereira et al. 2008a b, 2010a b
Seleção em Laboratório
para Resistência a Cry1F
em S. frugiperda
Milho não-Bt x Milho Bt (Cry1F)
Seleção para Resistência a Cry1F

Coleta insetos Nov/2010: Iraí (96) e Matozinhos (121)

5 gerações, sem exposição – EMBRAPA

Seleção (Abril 2011): híbrido 30F35 Pioneer – Cry1F
Cruzamento de 144 adultos (40 e 64) de Iraí e Matozinhos
IrmaC
Controle
mantida com
dieta artificial
IrmaD
IrmaF
1ª - 3 dias
Tempo
2ª - 6 dias
integral em
3ª - 8 dias
milho Cry1F
4ª - 10 dias
5ª - tempo integral
Evolução de Resistência

Laboratório


Limitada diversidade genética
Exposição a baixas doses
Resistência poligênica?
Campo



Ilimitada diversidade genética
Exposição a altas doses
Resistência monogênica?
Distribuição
original
Proporção da População


A
B
Distribuição
após seleção
A
B
Concentração de Inseticida
Adaptado de McKenzie 1996
Resistência em S. frugiperda em
laboratório

Resposta à seleção em laboratório

Resistência autossômica e recessiva incompleta

Não há evidência de resistência cruzada ao milho
Cry1Ab e Cry1A.105 + Cry2Ab2  compatibilidade
dessas toxinas para MRI

Não foi detectado custo adaptivo associado à
resistência no desempenho larval

Linhagem resistente IrmaF  importante ferramenta
ao manejo de resistência
Considerações Finais

Resistência ao milho Bt: problema sério

Para manejá-la é preciso compreendê-la

Pesquisa: estratégias e táticas

Implementação: esforço conjunto

Formação de profissionais

Manejo preventivo e adaptivo

Linhagens resistentes  Validação e
Monitoramento
Agradecimentos

Dra. Simone Martins Mendes, Embrapa
Milho e Sorgo

Dr. José Magid Waquil

Dr. Blair Siegfried

FAPEMIG, CAPES, CNPq

Pioneer Hi-Bred e Dow AgroSciences

Universidade Federal de Viçosa