RESISTENCIA DE PLANTAS A ARTROPODES COM ENFASE EM PLANTAS TRANSGENICAS

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07/08/2013
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Resistência de Plantas a 
Artrópodes com Ênfase em 
Plantas Transgênicas
Prof. Eliseu José G. Pereira
Entomologia/UFV
• Influenciada por condições ambientais
O que é resistência?
• Relativa
Características da resistência:
• Hereditária
Resistência de Plantas a Artrópodes
Característica hereditária que possibilita à planta 
reprimir o crescimento de populações de insetos ou se 
recuperar de injúrias causadas por estas
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Componentes Fisiológico-Comportamentais do 
Inseto para Ataque a Hospedeiro
• Localização do habitat do 
hospedeiro 
• Localização do hospedeiro
• Reconhecimento do 
hospedeiro
• Aceitação do hospedeiro
• Adequabilidade hospedeira
Mecanismos ou Tipos de Resistência
• Antixenose (Não-preferência) 
• Antibiose
• Tolerância
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• Físicas
– Radiação refletida pelas plantas
– Aspectos morfológicos da planta
• Tipos de epiderme
• Dimensão e formato dos órgãos
• Disposição dos órgãos na planta 
Causas da Resistência de Plantas
• Químicas
– Metabólitos primários
– Metabólitos secundários (aleloquímicos)
• Alomônios (emissor favorecido)
– Substâncias antixenóticas
» repelentes, estimulantes de 
locomoção, supressantes e 
deterrentes
– Substâncias antibióticas 
» toxinas, fatores redutores de 
digestibilidade, análogos hormonais
• Cairomônios (receptor favorecido)
– Atraentes, arrestantes, excitantes ou 
estimulantes
Causas da Resistência de Plantas
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Passos na Produção de 
Variedades Resistentes
• Identificação de fontes de resistência
• Mecanismos e causas da resistência
• Compreensão das interações inseto-planta que 
determinam o fenômeno
• Estabilidade e fatores que influenciam a 
expressão da resistência
• Programa de melhoramento
Vantagens da Resistência
• Facilidade de adoção
• Especificidade
• Relativa harmonia com o ambiente
• Persistência
• Efeito cumulativo
• Baixo custo
• Compatibilidade com outros 
métodos
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Limitações da Resistência
• Longo tempo para obtenção
• Limitações genéticas da planta
• Ocorrência de biótipos
• Características conflitantes
Transformação Genética
• Introdução de características de interesse 
provenientes de qualquer organismo vivo  não 
depende de cruzamentos
• Introdução de um ou poucos genes: foco no 
problema  pragas-chave
• Permite diminuição do tempo de melhoramento de 
uma característica específica
• Precisa estar associada a um programa de 
melhoramento convencional
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Plantas Transgênicas 
Resistentes a Insetos no 
Agroecossistema
Eliseu José Guedes Pereira
Departamento de Entomologia 
Universidade Federal de Viçosa
Universidade Federal 
de Viçosa
Qual a importância de plantas 
transgênicas no manejo de insetos-
praga?
Qual as interações dessas plantas com 
com insetos e outros organismos do 
agroecossistema?
Compreender esses aspectos para 
utilizar corretamente essas plantas
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Contexto Histórico da 
Transgenia de Plantas 
• Evolução das plantas silvestres  importância da 
mutação e seleção natural
• Agricultura  origem das plantas cultivadas
• Descoberta do princípios de hereditariedade
• Melhoramento genético
– Variabilidade genética silvestre
– Indução de mutação
– Transgenia
• Insetos-Praga  perdas econômicas consideráveis
Como se Faz uma Planta 
Transgênica Bt?
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Visão Geral da Produção de Plantas 
Transgênicas Bt Resistentes a Insetos
1ª Geração de Plantas Transgênicas
Resistentes a Insetos
• Expressão de genes de Bacillus thuringiensis
(Bt) que produzem proteínas inseticidas nas 
plantas
Cry3Aa
(Li et al. 1991)
Colônia de Bt Célula de Bt
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O que é Bt?
• Bactéria encontrada em solo, filoplano, etc.
• Descoberta em 1908 e descrita em 1911
• Produz cristais protéicos (Cry) durante esporulação e 
proteínas na fase vegetativa (Vip)
• Consistem de proteínas muito tóxicas a alguns insetos
• Diferentes isolados de Bt produzem diferentes toxinas, 
cada uma codificada por 1 gene
• Especificidade depende dos tipos de toxina produzida
• Nomenclatura das toxinas baseada na atividade e estrutura
Especificidade e Diversidade de 
Proteínas Inseticidas de Bt
• Proteína Cry tem toxicidade 
específica
– Cry1  Lagartas
– Cry2  Lagartas e Mosquitos
– Cry3  Besouros
– Cry4 e 11  Mosquitos
– Cry10  Besouros
• Especificidade depende de:
– Acidez do tubo digestivo
– Enzimas digestivas
– Proteínas receptoras no intestino
• Alta diversidade, mas…
– Atualmente apenas ~10 toxinas são 
promissoras para uso em plantas Bt
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Por que Toxinas de Bt só Matam 
Alguns Insetos?
Solubilização pelo Alto pH
Ingestão da Toxina de Bt
Ligação ao Receptor
Ativação Proteolítica
Formação de Poro
Mortalidade
Rompe Parede do Intestino
Bt como Bio-inseticida em 
Pulverização
• Usado há mais de 50 anos
• Não-tóxico para mamíferos 
e outros organismos não-
alvo
• Estreito espectro de ação e 
deve ser ingerido por larvas 
jovens
• Baixa persistência no campo
• Desvantagens superadas 
pelo uso em plantas 
transgênicas
Foto: Matheus Waquil
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Adoção da Tecnologia por Agricultores a 
Nível Mundial
Culturas Transgênicas em Uso 
Comercial no Brasil
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Panorama Nacional
• Milho
• Algodão Bt ?? E a Soja Bt daqui algumas safras?? 
Céleres (2011)
Milho Bt:
>80% do total 
da área de 
milho em 2013
Culturas Bt (Eventos) Liberados 
no Brasil
Cultura Proteína de Bt – comercial
Algodão Cry1Ac – Bollgard I
Cry1Ac/Cry1F – WideStrike (WS)
Cry1Ac/Cry2Ab2 – Bollgard II
Cry1Ab/Cry2Ae – Twinlink
Milho Cry1Ab - Yieldguard
Cry1F - Herculex
Cry1A.105/Cry2Ab2 – VT PRO
VIP3Aa20 - Viptera
Cry1Ab/VIP3Aa20
Cry1A.105/Cry2Ab2/Cry1F – PowerCore
Cry1Ab/Cry1F - Intrasect
Cry1A.105/Cry2Ab2/Cry3Bb1
Soja Cry1Ac - Intacta
Fonte: CTNBio, 2012
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Cultivares Bt x Pragas
• Exemplo: Algodão Bt:
Fonte: Thomazoni et al. 2013
Benefícios e Riscos no Uso de Plantas 
Transgênicas
• Benefícios
– Uso de genes de 
resistência de 
diferentes espécies
– Redução no uso de 
inseticidas perigosos 
ao homem e ao meio 
ambiente
– Supressão de praga-
chave com aumento 
de produtividade em 
alguns casos
• Possíveis problemas
– Escape gênico
• Vertical entre cultivares
• Horizontal  parentes 
silvestres 
– Segurança alimentar
• Avaliada antes da 
liberação comercial
– Organismos não-alvos
• Baixo impacto
– Desenvolvimento de 
resistência nos insetos 
alvos
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Impacto de Plantas Trangênicas no 
Ambiente, Organismos Não-Alvo e 
Segurança Alimentar
Risco de Fluxo Gênico no Brasil
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Segurança Alimentar de 
Plantas Bt
• Avaliada antes da liberação comercial
• Começa desde a concepção da idéia de 
utilização da fonte de resistência
• Comparado a similaridade molecular 
com algum alergênico e/ou toxina
• Estudos toxicológicos com animais de 
laboratório (OMS/FAO)
• Exigido equivalência substancial
Segurança Alimentar de Plantas Bt
• Rotulagem
– Europa  se conter > 1% de soja ou milho 
transgênicos
– Brasil  também > 1% produtos embalados, granel 
ou in natura
• Deve ser informado a espécie doadora do gene
• Se animal, informar se alimentado com ração tendo 
ingrediente transgênico
• A cargo da CTNBio – Comissão Técnica Nacional 
de Biossegurança
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Efeitos em Organismos Não-Alvo
• Dada a especificidade de Bt, é esperado efeito 
adverso significante?
• Fitófagos não-alvos e insetos benéficos (IN e 
polinizadores)?
• Efeito na biota do solo, como minhocas,colêmbolas, e microorganismos em geral?
• Processos ecológicos, como decomposição?
Plantas Bt são compatíveis com predadores / MIP ?
Plantas Bt são compatíveis com parasitóides / MIP ?
Algodão Bt e Controle Biológico 
--- um caso analisado ---
Contribuição ao controle biológico natural 
ou ameaça aos programas de MIP?
MIP  ‐‐‐‐ Práticas biológicas de redução populacional
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Culturas Bt x Controle Biológico: 
Protocolo de Análise de Risco 
Sim
Espera‐se que haja efeitos 
diretos na presa/hospedeiro, 
mas não são distinguiveis 
Nenhum efeito 
esperado sobre a 
presa/ Hospedeiro
Espera‐se que 
haja efeito direto
Sim
Sim
Efeitos via ingestão de 
presa/hospedeiro
Efeitos via ingestão 
de tecidos da planta
Será que a praga
ingere a toxina?
Será que
o predador ou 
parasitoide ingere a 
toxina?
Parasitoide/ predador 
é susceptivel à toxina?
Será que
o predador ou 
parasitoide ingere a 
toxina?
N
e
n
h
u
m
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o
e
s
p
e
r
a
d
o
Não
Não
Não
Não
Sim
Parasitoide/ predador é 
susceptivel à toxina?
1
2
3
4
Não
Não
Sim
Sim
A praga
é suscetível a 
toxina ?
Sim
Sim
Plantas Transgênicas e Inimigos 
Naturais das Pragas-Alvo
• Duas tendências gerais
– Nenhuma indicação de efeito direto em IN 
– Efeitos adversos observados apenas em estudos 
com hospedeiro/presas que são fitófagos 
suscetíveis às toxinas de Bt
• Mais provável do efeito advir da má qualidade da 
presa
• Menor ou maior impacto comparado àquele 
causado pelo uso de inseticidas sintéticos? 
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Redução no Uso de Inseticidas e Aumento 
de Produtividade em Algodão Bt na Índia 
Medias ± (desvio padrão). *Indica diferença significativa.
Fonte: Qaim & Zilberman, 2007
Science 299, 900
‐ Aumenta o efeito: redução de pulverizações de 
inseticidas
- Riqueza e diversidade: não altera no 
agroecossistema
- Abundância de IN pode ser alterada: redução do 
alimento (praga-alvo)
Controle biológico por predadores e parasitóides
‐ Regulado pela presença do alimento
- Redução de parasitóides na lavoura: ausência do 
hospedeiro (praga)
- Equivalente ou aumento de predadores (polífagos 
e onívoros)
Plantas Bt x Controle biológico:
na lavoura e no agroecossistema
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Efeito de Culturas Bt no 
Complexo de Pragas 
• Supressão da praga alvo 
em alguns casos
• Mudança de status em 
pragas secundárias
• Não controla insetos 
sugadores
Inimigos naturais, em geral tem aumentado em abundância em virtude da 
redução do uso de inseticidas de largo espectro e, provavelmente, aumentado 
a sua contribuição ao MIP 
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Afinal, Qual a Importância das Plantas 
Transgênicas Bt para o MIP? 
Compatíveis com o controle biológico e podem 
reduzir aplicações de inseticidas de amplo espectro 
de ação
Milho não‐Bt x Milho Bt (Cry1F) 
Foto: Matheus Waquil, 2010 
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Alta adoção
Alta exposição
Alta persistência
Pouco refúgio 
Intensa
Pressão 
de Seleção
O Risco de 
Resistência de 
Insetos a Plantas 
Transgênicas
O que é Resistência a Inseticidas?
“Desenvolvimento da capacidade, por uma 
população de insetos de dada espécie, de suportar 
doses de inseticidas que seriam letais para uma 
população normal de organismos da mesma 
espécie”(Comitê de Peritos da OMS, 1957) 
 Difere de Tolerância => característica intrínseca da 
espécie da praga
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Resistência de insetos  
ao milho Bt a campo 
Casos de Resistência a Bt em 
Insetos
• Seleção em laboratório
– 11 de 18 populações desenvolveram significativos 
níveis de resistência (>10x) 
• 2 casos de sobrevivência em plantas transgênicas
• Resistência a Bt no campo
– Traça das crucíferas, Plutella xylostella
– Resistência a plantas transgênicas
• Spodoptera frugiperda - Porto Rico
• Pectinophora gossypiella - Índia
• Busseola fusca – África do Sul
• Diabrotica virgifera - EUA
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Como a População do Inseto-Alvo 
Pode se Tornar Resistente?
• Enzimas digestivas
– Alteração na ativação 
ou
– Degradação da toxina
• Ligação ao Receptor
– Redução de ligação, 
ou
– Redução de No. sítios 
de ligação
• Outros
Fatores que Afetam o 
Desenvolvimento de Resistência
• Ecológicos e comportamentais
– Taxa de reprodução, mobilidade/dispersão, refúgio 
de exposição
• Genéticos
– Freqüência inicial de insetos resistentes, 
dominância da resistência, número de genes, 
custo fisiológico da resistência
• Operacionais
– Características das plantas transgênicas 
• Alta x Baixa dose
– Implementação de estratégias de manejo da 
resistência
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Estratégias de Manejo da Resistência
1. Alta Dose/Refúgio
A mais usada mundialmente, mas depende da tolerância das 
pragas-alvo à(s) toxina(s) de Bt expressa na planta
2. Piramidação de toxinas/Refúgio 
 Uso de mais de uma toxina de Bt no cultivar, permite reduzir 
tamanho do refúgio
3. Moderada Dose/Refúgio/Manejo Integrado
 A estratégia mais comum no Brasil devido alta tolerância da 
maioria das lagartas-alvo à concentração de toxina das plantas 
Bt
4. Outras 
 Uso conjunto das estratégias 2 e 3 tendência atual
Fonte: Omoto, 2008
Importância de Manutenção de 
Áreas de Refúgio
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Considerações sobre Refúgio
‐ www.planterefugio.com.br ‐
• A existência de refúgio é importante em qualquer 
estratégia de Manejo de Resistência Insetos (MRI) 
 Deve manter insetos suscetíveis em quantidade 
suficiente
 Deve estar próximo o suficiente do campo Bt para 
permitir o acasalamento aleatório dos insetos alvo
 Deve servir para o MRI de todas as espécies de pragas 
alvo da tecnologia
• Tamanho do refúgio
 Depende do nível de controle dos insetos 
heterozigotos parcialmente resistentes e da 
abundância efetiva de refúgios naturais
Configuração para Áreas de Refúgio
Fonte: IMAmt/ABRSEM
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Manejo da Resistência 
• Conhecimento da bioecologia das pragas-chave
• Conhecimento dos diversos agroecossistemas
• Estabelecimento de linhas básicas de 
suscetibilidade
• Monitoramento da resistência
• Planos de mitigação em caso de falhas de controle
• Importância das áreas de refúgio
Considerações Importantes
• Plantas Bt - Permitiu uso de resistência de plantas 
como principal método de controle
• Possui vantagens e limitações 
 Vantagem: Redução no uso de inseticidas de amplo espectro 
de ação
 Limitação: Adaptação das pragas (resistência)
• Deve ser empregada de forma a promover 
sustentabilidade da agricultura em programas de MIP
– Lembrar que não é a solução para todos os problemas com 
pragas!
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Considerações Importantes
• Resistência de insetos a plantas transgênicas: 
problema sério
– Para manejá-la é preciso compreendê-la
– Pesquisa: estratégias e táticas – baseadas em princípios 
de ecologia e genética de populações
– Implementação: esforço conjunto 
– Profissionais de campo: estar atentos a sinais de falhas 
de controle 
– Manejo preventivo (importância do refúgio) e adaptivo 
(medidas profiláticas em caso de falha de controle)
– Manejo Integrado
Sugestões de Leitura
CTNBio - Comissão Técnica Nacional de Biossegurança. 2013. 
Disponível em www.ctnbio.gov.br
James, C., 2012. Status Global of Culturas Transgênicas: 
2012. ISAAA, Ithaca. Disponível em 
www.isaaa.org/resources/publications/briefs/default.asp
Mir, L. (Ed.) Genômica. Editora Atheneu, São Paulo. 2005. 
Cap. 35 - Plantas transgências; Cap. 36 - Considerações 
sobre segurança de alimentos geneticamente modificados; 
Cap. 38 - Organismos geneticamente modificados: impacto 
do fluxo gênico.
Romeis, J., Shelton, A.M., Kennedy, G.G. (eds.),Integration 
of Insect-Resistant Genetically Modified Crops within IPM 
Programs. Springer, 2008.