Agricultura biotecnológica y Seguridad Alimentaria

Pedro Castañera Domínguez

CONTENIDOS

Población – Agricultura – Seguridad Alimentaria

Control de Plagas - Seguridad Alimentaria

Cultivos transgénicos - Objetivos del Milenio

Cultivos transgénicos - Impactos ambientales (maíz Bt)

Pespectivas futuras

Población – Agricultura - Seguridad Alimentaria

Semillas Cultivos Alimentación

animal y humana

Agricultura un avance continuo

-10.000 años DOMESTICACIÓN DE PLANTAS

BIOTEC

1980

Darwin (1859)

Mendel (1865-66)

Watson&Crick (1953)

VERDE

1940-70

Agricultura – Innovación - Seguridad Alimentaria

DEL NEOLITICO A LA REVOLUCIÓN VERDE

REVOLUCIÓN VERDE: LOGROS

Oerke J. Agric. Sc. (2006), 144, 31–43

Gran aumento rendimientos tres cereales clave para la alimentación mundial: maíz, trigo y arroz

Conway&Toenniessen, 1999, Nature

DEMANDA DE CEREALES

Fuente: Tester & Langridge, 2010. Science, 818.

✔ Gran incremento de la producción de maíz, trigo y arroz

✔ La mayor demanda en países en desarrollo

“En los próximos 50 años necesitaremos producir una cantidad

de alimentos equivalente a la que ha sido consumida en toda la

historia de la humanidad” Megan Clark, CSIRO - Australia

RETOS EN PRODUCCIÓN VEGETAL/ALIMENTOS

• AMBIENTALES

Menor Impacto

9.000 M en 2050

SOCIALES

Seguridad y Calidad Alimentaria

La producción mundial de

cereales debe ∆ 70%

• ECONÓMICOS

Mayor Rendimiento/ha

Superficie cultivada

≤ Agua para riego

Cambio climático

Tierra cultivable per cápita

TIERRA CULTIVABLE Y USOS

Descenso ~ 50% en la superficie de cultivo/habitante

Tierra cultivable

AGUA DISPONIBLE Y USOS

El agua para uso agrícola en países en desarrollo es ≈ 80%

El 70% de incremento en la producción de cereales

vendrá de cultivos en regadío (FAO)

Eficiencia vs superficie

CAMBIO CLIMÁTICO – LIMITARÁ LA PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS CON LAS PRÁCTICAS Y VARIEDADES AGRÍCOLAS ACTUALES

World Development Report 2010

Sources: Müller and others 2009; World Bank 2008c.

Note: The coloring in the figure shows the projected percentage change in yields of 11 major crops (wheat, rice, maize, millet, field pea, sugar beet, sweet

potato, soybean, groundnut, sunflower, and rapeseed) from 2046 to 2055, compared with 1996–2005. The yield-change values are the mean of three

emission scenarios across five global climate models, assuming no CO2 fertilization (a possible boost to plant growth and water-use efficiency from

higher ambient CO2 concentrations). The numbers indicate the share of GDP derived from agriculture in each region. (The share for Sub-Saharan Africa

is 23 percent if South Africa is excluded.) Large negative yield impacts are projected in many areas that are highly dependent on agriculture.

World Development Report 2010

Sources: Müller and others 2009; World Bank 2008c.

Note: The coloring in the figure shows the projected percentage change in yields of 11 major crops (wheat, rice, maize, millet, field pea,

sugar beet, sweet potato, soybean, groundnut, sunflower, and rapeseed) from 2046 to 2055, compared with 1996–2005. The yield-

change values are the mean of three emission scenarios across five global climate models, assuming no CO2 fertilization (a possible

boost to plant growth and water-use efficiency from higher ambient CO2 concentrations). The numbers indicate the share of GDP

derived from agriculture in each region. (The share for Sub-Saharan Africa is 23 percent if South Africa is excluded.) Large negative

yield impacts are projected in many areas that are highly dependent on agriculture.

PLAGAS ENFERMEDADESMALAS HIERBAS

Población – Agricultura – Seguridad Alimentaria

Control de Plagas - Seguridad Alimentaria

Cultivos transgénicos - Objetivos del Milenio

Cultivos transgénicos - Impactos ambientales maíz Bt

Pespectivas futuras

Cultivos Transgénicos y Seguridad Alimentaria

Crop

Weeds

Pests

Actual loss (%)

Pathogens

Viruses

Total

Wheat 7.7 7,9 10,2 2,4 28,2

Rice 10.2 15,1 10,2 1,4 37,4

Maize 10,5 9,6 8,5 2,7 31,2

Potatoes 8,3 10,9 14,5 6,6 40,3

Soybeans 7,5 8,8 8,9 1,2 26,3

Total Mean 8,8 10,5 10,5 2,9 32.7

PLAGAS - PÉRDIDAS RENDIMIENTO

PÉRDIDAS RENDIMIENTO POTENCIAL (%) DEBIDAS A

FACTORES BIÓTICOS EN 5 CULTIVOS MAYORES (2001-2003)

Fuente: Oerke Journal of Agricultural Science (2006), 144, 31–43

METODOS DE CONTROL DE PLAGAS

/FISICOS

Feitelson et al. (1992)

Bio/Technology

Bacillus thuringiensis

- Bacteria del suelo que produce proteínas entomopatógenas

- Bioinsecticidas a base de esporas e inclusiones cristalinas

de Bt contra lepidópteros, dípteros y coleópteros

Contenidos

Población – Agricultura – Seguridad Alimentaria

Control de Plagas - Seguridad Alimentaria

Cultivos transgénicos - Objetivos del Milenio

Cultivos transgénicos - Impactos ambientales maíz Bt

Pespectivas futuras

OBJETIVOS MEJORA y PLANTAS TRANSGÉNICAS

RESISTENCIA A PLAGAS

P. INSECTICIDAS DE:

- ORIGEN VEGETAL

- BACTERIANO

RESISTENCIA A ENFERMEDADES VIRUS (RDP)

TOLERANCIA A HERBICIDAS GLIFOSATO

RESISTENCIA A FACTORES ABIÓTICOS SALINIDAD/pH

HELADA/SEQUÍA

Distinto repertorio de genes

P. AGRÍCOLA (rendimiento/ha) DIVERSIDAD Y CALIDAD

DIVERSIDAD Y CALIDAD ALIMENTARIA

OBJETIVOS PLANTAS TRANSGÉNICAS

CALIDAD NUTRITIVA VITAMINA A; HIERRO;

SUPRESIÓN ALERGÉNOS

CALIDAD TECNOLÓGICA MADURACIÓN CONTROLADA

CONSISTENCIA DEL FRUTO

CALIDAD ORGANOLÉPTICA PREVENCIÓN DECOLORACIÓN

AROMAS

ALTERACIÓN REPRODUCCIÓN ANDROESTERILIDAD;

PARTENOCARPIA

ADELANTO FLORACIÓN

Plantas como bioreactores

Productos de alto consumo (plásticos biodegradables)

Fito-remediación (recuperación suelos contaminados)

Productos de alto valor añadido (hormonas, fármacos,

vacunas, anticuerpos)

OBJETIVOS PLANTAS TRANSGÉNICAS

El grano de maíz puede ser utilizado para sintetizar

moléculas de alto valor nutrifarmaceútico

EL DEBATE

CIENTÍFICOS Evaluación

ONGs/MEDIOS Comunicación

INDUSTRIA AGRICULTORES

POLITICOS Regulación

Regulación de OGMs en UE y España

MINISTERIO DE AGRICULTURA,

ALIMENTACIÓN Y MEDIO

AMBIENTE

COMISIÓN

NACIONAL DE

BIOSEGURIDAD

COMITÉ DE

STAKEHOLDERS

COMISIÓN

INTERMINISTERIAL

Evaluación de riesgos ambientales (ERA)

Unión Europea EFSA

Autoridades EMS

EU Reg. Committee

Post Market Monitoring PLAN DE SEGUIMIENTO

Directiva 2001/18/EC

- Ley 9/2003 de 25 de abril

- Real Decreto 178/2004

- Real Decreto 367/2010

Fuente: James, 2010

45%

17% 15%

6%

6%

DISTRIBUCIÓN DE LA SUPERFICIE DE CULTIVOS

TRANSGÉNICOS (%) A NIVEL MUNDIAL

USA

Brasil

Argentina

India

China

Paraguay

Pakistan

Sudáfrica

Uruguay

OtrosFuente: James, 2010 0

20

40

60

80

100

120

140

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

Millio

n h

ec

tare

s

Stacked traits

Insect resistance

Herbicide tolerance

LAS ESTRELLAS DE LOS TRANSGÉNICOS

MAIZE: 47/158

30%

SOYBEAN: 73/90

81% COTTON: 21/33

64%

TH RI + TH

Calabaza, papaya, alfalfa, remolacha azucarera, tomate, pimiento,

álamo, petunia y clavel (TH, RI, RV, RM y eventos apilados)

CANOLA: 7/31

23%

(James, 2010)

Contenidos

Población – Agricultura – Seguridad Alimentaria

Control de Plagas - Seguridad Alimentaria

Cultivos transgénicos - Objetivos del Milenio

Cultivos transgénicos - Impactos ambientales (maíz Bt)

Pespectivas futuras Es uno de los cultivos más importantes a nivel mundial para la

alimentación humana y ganadera.

17 ha de patata Amflora (almidón) producción de semilla (Alemania y Suecia)

12-15%

2-6%

20-22%

26-30%

>100 cvs available 2012

Portugal

Spain

Czech Rep. Slovakia

Romania

Poland

Superficie maíz Bt UE: 129.042 ha

Cultivos transgénicos en Europa en 2012

Superficie maíz Bt España: 116.307 ha

Ostrinia

nubilalis

Sesamia

nonagrioides

Taladros del maíz ¿Por qué el maíz Bt?

• COMPORTAMIENTO ENDOFITO

• 2-3 GENERACIONES ANUALES

PERDIDAS ≈ 6-10% Difícil control con insecticidas y lucha biológica

MAIZ Bt

RESISTENCIA

FAUNA NO DIANA

MICROORGANISMOS SUELO

COEXISTENCIA

IMPLICACIONES AMBIENTALES DE MAIZ Bt

Cultivo a gran escala

Selección de resistencia a

la toxina

Pérdida de efectividad de la planta

Resistencia al maíz Bt

Evidencias de resistencia al

maíz Bt en poblaciones de

campo en otras especies

Busseola fusca, al maíz MON810 (Cry1Ab) en Sudáfrica

(van Rensburg, 2007) (Kruger et al., 2008)

Spodoptera frugiperda al maíz Bt11 (Cry1F) en Puerto Rico

(Matten et al., 2008)

Objetivos

Estrategias para prevenir el desarrollo de resistencia

Determinar la susceptibilidad basal a la toxina en áreas agro-ecológicas

Detectar cambios en la susceptibilidad a lo largo del tiempo

Orius sp.

C. carnea

polen

Prey

Bt+

exudates

Prey

Bt+

Bt+

Carabids, spiders

and staphylinids

Bt+

Bt+

T. urticae

Bt+

S. punctillum

Aphids

Bt-

Bt maize: potential effects on non-target arthropods

37 especies

32 especies

32 especies

El maíz Bt es compatible

con el control biológico

de conservación

El maíz Bt puede contribuir al desarrollo de una agricultura

sostenible y con menor impacto medioambiental

CONCLUSIONES CULTIVO MAIZ Bt

∆ Sostenibilidad ambiental ( uso de insecticidas)

∆ Seguridad alimentaria (∆ Producción)

Los taladros no han desarrollado

resistencia tras 14 años de

cultivo continuado de maíz-Bt

Cultivos transgénicos resistentes a insectos:

algodón Bt en India (2004-2006)

Aplicación insecticidas -29 to -70%

Rendimiento +11 to +86%

Coste semiillas +166 to +224%

Coste Insecticidas -24% to -92%

Costes Totales +8 to +32%

Ingresos netos +58 to +144 %

Adaptado de T. Raney & I. Matuschke (FAO) por Emilio Rodríguez Cerezo (JRC-IPTS)

Cultivos transgénicos resistentes a insectos:

arroz Bt en China

∆ 6%

80%

Aprobado para cultivo en 2009

Beneficios para los pequeños y grandes agricultores

x4.5

∆ Seguridad alimentaria (∆ Producción)

OBJETIVO 1 DEL MILENIO: Erradicar la pobreza extrema y el hambre

Declaración FAO 2010: Los CMG tienen efectos agronómicos y económicos positivos (aumentan el rendimiento y reducen el uso de insecticidas). Los agricultores incluidos los pequeños son los máximos beneficiarios de esta tecnología.

Cultivos Biotecnológicos-Seguridad Alimentaria

∆ Sostenibilidad ambiental ( uso de insecticidas)

Brookes&Barfoot, 2011: (1996-2009) 64.739$ millones

beneficios; 57% ∆ rendimiento y 43% costes.

393 millones Tm fitosanitarios (8.7% consumo total)

CO2 ≈ 8 millones de coches y 25 millones de ha

0

20

40

60

80

100

120

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

Cotton

Maize

Other

Rice

Soybeans

Rapeseed

Potatoes

EL FUTURO: HORIZONTE 2015 (JRC report 2009)

Vitamin A (Golden) Rice Evitaría ceguera en más de medio

millon y unas 2.2 millones de

muertes anuales (Unicef, 2006)

Objetivo 4 y 5: Reducción de la mortalidad

infantil y mejora de la salud materna

Drought tolerant maize

High oleic soybeans

MAS INVESTIGACIÓN AGRARIA

(BIOTECNOLOGÍA Y MIP)

El antepasado

salvaje

La domesticación

Ejemplo del maíz

La adaptación en Europa

Presencia en America

Aparición en México

Introducción en el sur de Europa

Creación de los 1os híbridos

Primeros maices Poblaciones

Teosinte

GNIS

La modificación genética: un paso más en la

domesticación de las plantas selección, injertos, hibridación, mutaciones….

La obtención de una variedad GM

Regeneración de las

plantas Eventos de

transformación

Caracterización molecular

y bioquímica

Evaluación del valor

agronómico

Línea genéticamente modificada

que ha superado la aprobación

Obtención de

variedades GM

Línea madre

Línea

comercial de élite

Retrocruzamientos

Variedades transgénicas

GNIS

Evolución de la tecnología y rendimientos del maíz en USA (1865-2005)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

1865 1875 1885 1895 1905 1915 1925 1935 1945 1955 1965 1975 1985 1995 2005

Año

Av

era

ge

Co

rn Y

ield

s (

kg

/ha

)

Híbridos dobles

Cv Polinización libre

Híbridos simples

Transgénicos

Cultivos transgénicos en Europa

-Aprobación en 2010 de la patata transgénica Amflora para

producción de almidón (Alemania y Suecia).

-En 2014 está previsto (previa autorización) el lanzamiento

de una nueva patata biotecnológica resistente al tizón

tardío (enfermedad que causa 1500 M$ anuales de pérdidas

en Europa ) denominada «Fortuna».

COSTES:

Unos 136 M$ a las grandes multinacionales

El frijol en Brasil costó 3,5 M$ (Embrapa)

Ara

ñas

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Bt- Bt-/I Bt+ Bt- Bt-/I Bt+ Bt- Bt-/I Bt+

Other (31 spp.)

Erigone dentipalpis

Ostearius melanopygius

Robertus sp.

Zelotes sp.

Meioneta sp.

Pardosa occidentalis

Car

ábidos

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Bt- Bt-/I Bt+ Bt- Bt-/I Bt+ Bt- Bt-/I Bt+

Other (27 spp.)

Orthomus expansus

Metallina sp.

Pseudophonus griseus

Pseudophonus rufipes

Poecilus cupreus

2000 2001 2002

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Bt- Bt-/I Bt+ Bt- Bt-/I Bt+ Bt- Bt-/I Bt+

Other (26 spp.)

Scopaeus portai

Tasgius ater

Carpelimus corticinus

Platystethus nitens

Philonthus varians

Acrotona aterrima

Est

afilínidos

Pardosa occidentalis

37 especies

P. griseus

P. cupreus

P. rufipes

32 especies

32 especies

No hay especies claramente dominantes

Diversidad y abundancia de depredadores