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ASPECTOS ECOLÓGICOS ASOCIADOS A LOS OVM CURSO DE POST GRADO MODULAR BIOSEGURIDAD DE LOS OVM EN LOS ECOSISTEMAS PRODUCTIVOS Y SU ENTORNO Emma Rivas Seoane MAYO 2016
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ASPECTOS ECOLÓGICOS ASOCIADOS A LOS
OVM
CURSO DE POST GRADO MODULAR
BIOSEGURIDAD DE LOS OVM EN
LOS ECOSISTEMAS PRODUCTIVOS
Y SU ENTORNO
Emma Rivas Seoane
MAYO 2016
CONTENIDO
o CONTEXTO
o PERSISTENCIA
o PLAGAS RESISTENTES
o FLUJO DE GENES
o PAQUETE TENOLÓGICO
o SUSCEPTIBILIDAD DE ORGANISMOS NO
BLANCO
CONTEXTO
VALOR DE LA BIODIVERSIDAD
Valor intrínseco
• Por el hecho de existir, no necesariamente por alguna utilidad
Valor directo
• De consumo: referido a productos de consumo local
• De uso productivo: productos obtenidos en el ambiente y vendidos en el mercado
Valor indirecto
• Se da a los servicios ambientales que no derivan del consumo de productos
• Se denominan valores de no consumo
No hay justificación de progreso y desarrollo económico para eliminar sistemas biológicos que existen desde hace millones de años
PNUD, 2010
El 35% de la producción de cultivos en todo el mundo se
sustenta en animales polinizadores
Existen más de 300 mil especies visitadoras de flores:
Los cálculos del valor global del los servicios de la polinización fluctúan entre US $ 112 mil millones y US $200 mil millones/año
EJEMPLO DEL VALOR DE LAS ESPECIES
POLINIZADORAS
o abejas (25 mil a 30 mil sps)
o moscas
o mariposas
o avispas
o polillas
o escarabajos
o murciélagos
o aves
VALOR DE LA BIODIVERSIDAD
Valor de opción
• Deseo de conservar una especie por su potencial benéfico
• Este valor cambia a medida que cambia la sociedad
Valor de existencia
• Se expresa a través de la valoración económica de donaciones para contribuir a la protección de ecosistemas y especies
Valor utilitario
• Aquel cuyo uso beneficia a otros, los beneficiarios son los humanos (es antropocéntrico)
• Este valor se atribuye al aporte de bienes, servicios, información y beneficios psico espirituales
La estimación monetaria de los servicios de la biodiversidad a nivel global (considerando 17 bienes y servicios) es de US $ 33 billones de anuales en promedio.
PERSISTENCIA
LAS TOXINAS Cry
MODO DE ACCIÓN DE LAS TOXINAS Cry
de Maagd et al., 2001
• Persistencia muy larga de los productos
insecticidas en el suelo (Bt e inhibidores de
proteinasas).
• La toxina Bt producida por el Bacillus
thuringiensis subespecie kurskatki permanece
activa en el suelo enlazándose rápida y
fuertemente a arcillas y a ácidos húmicos.
• Las toxinas enlazadas retienen sus propiedades
insecticidas y se encuentran protegidas contra
la degradación microbiana (pueden persistir en
varios tipos de suelo por al menos 234 días).
TOXINA Bt EN EL ECOSISTEMA DEL SUELO
Altieri, 2001
ESTUDIOS DE ADN VEGETAL EN DIVERSOS TIPOS DE SUELO
Fuente y estado inicial
del ADN
Tipo de
suelo
Genes
monitoreados
Método de detección Periodo
detectado
Tejidos de hojas de
tabaco (microcosmos del
suelo)
franco
limoso
T-nos
CaMV35S
extracción ADN total, PCR 120 días
Suelo con hojas de
tabaco y camada de papa
sobre su superficie
franco
limoso
T-nos
CaMV35S
extracción de ADN total,
PCR
77-137 días
Lugares de un campo con
plantas de tabaco GM
arcilloso
arenoso
aac-I extracción selectiva de
siembra, extracción ADN
total, PCR, hibridación
1 año
Microcosmos del suelo
con ADN de beterraga GM
franco
limoso
npt-II extracción de ADN total,
PCR
3-6 meses
Lugares de un campo con
plantas de beterraga GM
franco
limoso
npt-II
extracción selectiva de
siembra, extracción ADN
total, PCR, hibridación
2 años
Hojas de álamo
tierra
forestal
npt-II extracción de ADN total,
PCR
4 meses
Nielsen et al., 2007
ESTUDIOS DE PERSISTENCIA DE ADN BACTERIANO
Fuente y estado
inicial del ADN en el
microcosmo
ADN
monitoreado
Suelo utilizado
(no estéril)
Método de
detección
Estabilidad
Inóculo vivo de E. coli Derivado pUC19 tierra Parabrown Hibridización, PCR 28 días
Inóculo vivo de
Enterobacter
agglomerans
Transposon TN5 arcilloso arenoso Hibridización 70 días
plásmido 3H – marcado
del pUC18-ISP
pUC18-ISP ampR arena margosa,
arcilla limosa
Cuantificación
radiactiva,
Southern Blot y
trasnformación
> 10 días
Inóculo vivo de E.coli Genes UidA y
nptII
franco limoso MPN PCR 40 días
Plásmido pUC18-ISP
pUC18-ISP ampR
arena margosa,
arcilla limosa
PCR y
electroporación de
E. coli
60 días
ADN purificado de
Bacillus subtilis
adsorbido en arcilla
pHV4 y AA´s
marcadores
franco limoso
Transformación
15 días
Lisados celulares de
Pseudomonas
aurefasciens
Elemento de
fusión Tn7-lac
franco limoso PCR 30 días
Nielsen et al., 2007
Caso: Escape de poblaciones de Canola GM
1995: Escape de campos de cultivo de
Canola GM resistencia a glifosato y Canola GM resistente a glufosinato.
B. rapa x B. oleraceae
Brassica
B. napus “Canola”
Schafer et al., 2011
Caso: Escape de poblaciones de Canola GM
2010: Estudio de presencia y abundancia de genes de Canola en
poblaciones de Colza (Canola no GM) y sus parientes silvestres en Dakota
del Norte, USA o Transectos a lo largo de 8
Km ladera de carreteras.
o Detección de proteínas
CP4 EPSPS (resistente a
glifosato) y proteína PAT
(resistente a glufosinato)
con tiras reactivas
Resistencia a glifosato: 41%
Resistencia a glufosinato: 39%
Resistencia a glifosato y glufosinato: 0.7% *
Ausencia del transgen
80% (+)
* Fenotipo (+) para ambos genes no fue producido por las compañías de semillas
Schafer et al., 2011
PLAGAS RESISTENTES
CASO: GUSANO ROSADO DE LA INDIA RESISTENTE AL ALGODÓN Bt
• Plaga de origen asiático propagada por todo el
mundo
• En fase larval excavan la bellota del algodón
para alimentarse de las semillas: manchan y
afectan la longitud y resistencia de las fibras
del algodón, creando una vía de entrada para
infecciones de la planta huésped.
Consecuencias:
- baja la calidad y precio de venta del algodón
- perdidas en la viabilidad y peso de la semilla
- baja calidad del aceite.
Pectinophora gossypiella
LEPIDOPTERA
La unión de
cadherinas
permite que
toxinas formen
un preporo en el
intestino
Mutaciones
en las
proteínas
receptoras
de la
toxina Bt:
cadherinas
Zhang et al 2012
CASO: GUSANO ROSADO DE LA INDIA RESISTENTE AL ALGODÓN Bt
PRINCIPALES ESPECIES PLAGAS QUE NO SON SUSCEPTIBLES AL
ALGODÓN Bt EN LA INDIA
FLUJO DE GENES
FLUJO DE
GENES
TRASFERENCIA
HORIZONTAL
TRASFERENCIA
VERTICAL
• Entre plantas, micoorganismos,
bacterias
• Se desconoce si ocurre entre transgenes
???
FLUJO MEDIADO X
PROPAGACIÓN
VEGETATIVA
Material genético trasportado a través de órganos de la planta x
animales
FLUJO MEDIADO
X SEMILLAS
Dispersión de
semillas x
animales
Vías para el
flujo de genes
Movimiento de genes en diferentes poblaciones de una
especie
El flujo de genes
mediado por
polen puede
producir
hibridación e
integración
Movimiento o intercambio
de genes entre especies
diferentes o entre
poblaciones diferentes de
la misma especie
FLUJO MEDIADO
X POLEN
RIESGOS DE LA TRANSFERENCIA HORIZONTAL DE GENES
Microrganismos pueden adquirir características patogénicas
Transferencia de genes virales y bacterianos introducidos en
plantas transgénicas.
Difusión de genes marcadores con resistencia a antibióticos
entre los patógenos.
Inserción secundaria al azar de genes en organismos que
interactúan con las plantas de los cultivos transgénicos.
Impacto ecológico debido a la diseminación de genes exóticos
introducidos.
PUNTOS CLAVE A CONSIDERAR PARA EL FLUJO VERTICAL DE
GENES EN LOS CULTIVOS
Compatibilidad sexual entre
especies de plantas, especies
domesticadas o sus parientes
silvestres.
Tasa de producción de polen.
Tasa de fecundación cruzada y
autopolinización.
Tasa de dispersión del polen.
Viabilidad del polen y
capacidad competitiva.
Características de los agentes
polinizadores.
Distancias espaciales entre OGM
y sus receptores
Factores medio ambientales
Densidad local en la población
Floración:
- diferencias temporales
(aislamiento fenológico);
- sincronía (calendario para la
liberación del polen y antesis);
- receptividad coincidente entre el
cultivo y sus parientes cercanos
La descendencia resultante debe
ser viable y fértil
Hodson et al., 2011
Coexistencia:
Elección de los consumidores y los agricultores
entre la producción convencional, orgánica y
cultivo transgénico, en cumplimiento de las
obligaciones legales sobre etiquetado definido
en la legislación de la Comunidad. Comisión Europea
CASO: FLUJO DE GENES DE MAÍZ GM EN SUDÁFRICA
Viljoen & Chetty , 2011
o Desde 1997 Sudáfrica ha
cultivado maíz GM de primera
generación con fines
comerciales.
o El 2008 ocupó el 8vo lugar a
nivel mundial en la producción
comercial.
Distribución en campo dibujado a escala:
Centro = maíz amarillo GM donante
Bloque gris = maíz blanco no GM receptor
Líneas discontinuas = transectos de colecta de
mazorcas
X = trampas para de polen
% polinización
cruzada
Promedio (m)
BV-2006
Promedio (m)
BV-2007
Promedio (m)
WB-2007
1 9 14 16
0.1 33 42 50
0.01 114 126 159
0.001 398 377 501
BV = Bainsvlei WB = Waterbron
La polinización cruzada resultó
diferentes en los lugares del ensayo:
Conclusiones
o La polinización cruzada resulta de la
interacción entre la carga de polen, el
ambiente y la fisiología reproductiva.
o Tener en cuenta la distancia de
aislamiento para reducir al mínimo el
flujo de genes y otros factores para un
plan de gestión integral de riesgo para
los ensayos de campo.
o Aunque las tendencias sean similares, se
requieren datos geográficos específicos
de una región para establecer las
distancias de aislamiento.
CASO: FLUJO DE GENES DE MAÍZ GM EN SUDÁFRICA
INTROGRESIÓN DE GENES
Lu, 2013
Introgresión de transgenes en poblaciones que son parientes silvestres.
Impacto en la conservación de la diversidad genética de los parientes
silvestres.
La persistencia y diseminación de alelos dependerá de: o la frecuencia del flujo de genes a las poblaciones silvestres; o las ventajas selectivas naturales de los alelos de los cultivos o el entornos favorable para una selección positiva o negativa
de los alelos introducidos
Condiciones: o hibridación de especies de plantas domesticadas o GM con
poblaciones de parientes silvestres (mediada por flujo génico o polen).
o flujo de los alelos a las poblaciones de parientes silvestres
INTROGRESIÓN DE GENES
Lu, 2013
Si los transgenes con fuertes ventajas selectivas
introgresan en poblaciones silvestres se producen cambios
en:
- la composición genética
- el potencial evolutivo
- la invasividad de las poblaciones silvestres
La determinación precisa de los impactos es necesaria para
una gestión eficaz de las poblaciones parientes silvestres,
principalmente para la conservación in situ.
CASO: INTROGRESIÓN DE TRANSGENES EN VARIEDADES LOCALES
DE MAÍZ NATIVO EN OAXACA -MÉXICO
Quist & Chapella, 2001
o Presencia del p-35S en 5 de 7 muestras
Leyenda: a –d = maíz criollo e = maíz de la tienda local (muestra de granos a granel) f = control (-) (muestra de mazorca de maíz del Cusco) g = maíz RR (Monsanto Corporation) h = maíz Bt (Monsanto Corporation) i = control (-) interno de la PCR j = escalera de ADN de 100 pb
II = Nested PCR
I = PCR convencional
EFECTOS DEL PAQUETE TECNOLÓGICO
monocultivo
uso intensivo de agroquímicos
industrialización del campo
dependencia de grandes corporaciones
cultivos para exportación
El paquete tecnológico de los transgénicos es una
profundización de las bases sobre las que se desarrolló la
Revolución Verde:
Helander et al., 2012
EL GLIFOSATO INHIBE LA VIA DEL SHIKIMATO A NIVEL DE LA EPSPS
(5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase)
o Principio activo del Roundup
o Se aplica con surfractantes
para mayor penetración en la
planta
DESTINO AMBIENTAL DEL GLIFOSATO
Helander et al., 2012
MECANISMO DE ACCION DE LOS HERBICIDAS
Déyle et al, 2013
Especies Nombre común País
Amaranthus palmeri Palmera amaranto EE.UU.
Amaranthus spinosus Amaranto o bledo
espinoso EE.UU.
Amaranthus
tuberculatus Cáñamo común EE.UU.
Ambrosia artemisiifolia Ambrosía común EE.UU., Canadá
Ambrosia trifida Ambrosía gigante EE.UU., Canadá
Conyza bonariensis Rama negra EE.UU.
Conyza canadensis Cola de caballo o
erigeron EE.UU., Canadá
Echinochloa colona Arrocillo EE.UU.
Eleusine indica Pasto pata de ganso EE.UU.
Kochia scoparia Coquia EE.UU., Canadá
Lolium multiflorum Ryegrass italiano EE.UU.
Lolium rigidum Ryegrass rígido EE.UU.
Poa annual Pasto azul anual EE.UU.
Sorghum halepense Sorgo de Alepo EE.UU.
ESPECIES RESISTENTES AL GLIFOSATO: AMÉRICA DEL NORTE
http://paraquat.com/spanish/knowledge-bank/malas-hierbas-resistentes-al-glifosato
ESPECIES RESISTENTES AL GLIFOSATO: CENTRO Y SUDAMÉRICA
Especies Nombre común País
Amaranthus quitensis Argentina
Bidens pilosa México
Chloris elata Brasil
Conyza bonariensis Rama negra Brasil, Colombia
Conyza canadensis Cola de caballo o erigeron Brasil
Conyza sumatrensis Rama negra Brasil
Cynodon hirsutus Gramilla mansa Argentina
Digitaria insularis Pasto amargo Brasil, Paraguay
Echinochloa colona Arrocillo Argentina
Eleusine indica Pasto pata de ganso Colombia, Argentina
Leptochloa virgata Pasto moro tropical México
Lolium multiflorum Ryegrass italiano Argentina, Brasil, Chile
Lolium perenne Ryegrass perenne Argentina
Parthenium
hysterophorus Escoba amarga Colombia
Sorghum halepense Sorgo de Alepo Argentina
http://paraquat.com/spanish/knowledge-bank/malas-hierbas-resistentes-al-glifosato
ESPECIES RESISTENTES AL GLIFOSATO:
EUROPA Y MEDIO ORIENTE
Especies Nombre común País
Conyza bonariensis Rama negra España, Grecia, Israel, Portugal
Conyza canadensis Cola de caballo o
erigeron
España, República Checa,
Polonia, Italia
Conyza sumatrensis Rama negra España, Grecia
Lolium perenne Portugal
Lolium multiflorum Ryegrass italiano España
Lolium rigidum Ryegrass rígido Francia, España, Israel, Italia
http://paraquat.com/spanish/knowledge-bank/malas-hierbas-resistentes-al-glifosato
ESPECIES RESISTENTES AL GLIFOSATO: AUSTRALASIA
Especies Nombre común País
Brachiaria eruciformis Australia
Bromus diandrus Bromo frágil Australia
Chloris truncata Pasto pangola
australiano Australia
Conyza bonariensis Rama negra Australia
Echinochloa colona Arrocillo Australia
Lolium perenne Nueva Zelanda
Lolium rigidum Ryegrass rígido Australia
Sonchus oleraceus Australia
Urochloa panicoides Pasto africano Australia
http://paraquat.com/spanish/knowledge-bank/malas-hierbas-resistentes-al-glifosato
ESPECIES RESISTENTES AL GLIFOSATO: ASIA
Especies Nombre común País
Conyza canadensis Cola de caballo o erigeron China
Eleusine indica Pasto pata de ganso China, Malasia
Hedyotis verticillata Malasia
Lolium multiflorum Japón
ESPECIES RESISTENTES AL GLIFOSATO: ÁFRICA
Especies Nombre común País
Conyza bonariensis Rama negra Sur de África
Lolium rigidum Ryegrass rígido Sudáfrica
Plantago lanceolata Llantén, llantén menor Sudáfrica
http://paraquat.com/spanish/knowledge-bank/malas-hierbas-resistentes-al-glifosato
SUSCEPTIBILIDAD DE ORGANISMOS NO
BLANCO
Efectos inadvertidos causados por los OVM a organismos benéficos del medioambiente.
“Proveedores de servicios ecosistémicos”: organismos que aportan en el funcionamiento de los ecosistemas y la economía humana.
Parasitoide desarrollando dentro de una
plaga
Polinizadores
Detritívoros Valor paisajistico
CASO: IMPACTOS DE MAIZ BT EN LARVAS DE MARIQUITA
CASO: IMPACTOS DE MAIZ BT EN LARVAS DE MARIQUITA
Hilbeck et al, 2012
2009 o Schmidt et al, reportan que larvas de la mariquita de
dos puntos (Adalia bipunctata) mueren al ser alimentadas con huevos de la polilla de la harina (Ephestia kuehniella) recubierta con una solución de toxinas purificadas de Bacillus thuringiensis
o Álvarez - Alfageme et al, reportan que larvas de la misma especie mariquita se sometieron en pruebas de alimentación para las mismas toxinas pero no se encontró resultados significativos y concluyen que los "efectos nocivos aparentes de Cry1Ab y CryBb1 reportados son artefactos resultantes de un pobre diseño del estudio, de los procedimientos y de falsos positivos".
o Oficina Alemana de Protección de los Consumidores y Seguridad Alimentaria prohíbe el cultivo del maíz MON810 que expresa una de las toxinas Bt utilizados en el estudio de Schmidt.
ELEMENTOS CRÍTICOS DE ENSAYOS DE ALIMENTACIÓN BITROFICA
Parámetros /métodos
Alvarez-Alfageme et al. Schmidt et al.
# insectos evaluados Probablemente 34 a 41 30
# de repeticiones Probablemente 1 4
# total de insectos por
tratamiento
N = 34 a 41 N = 120
Tratamiento
Agua/ solución azucarada con Bt
Huevos de polilla de la harina tratados
con Bt en buffer
Control
Agua/ solución azucarada
Huevos de polilla de la harina tratados
con constructos vacíos en buffer
Huevos de la polilla de la harina
tratados con buffer
Dosis de toxina Bt
1 3 para cada tratamiento
Tiempo de exposición 12 días con periodos de
recuperación
9 a 10 días continuos
ELEMENTOS CRÍTICOS DE ENSAYOS DE ALIMENTACIÓN BITROFICA
Resultados
Alvarez-Alfageme et al. Schmidt et al.
% mortalidad de control # tratamientos control = 1 # tratamientos control = 3+3
pBD10 = 6
% mortalidad
tratamiento
1 dosis de cada toxina Bt 3 dosis de cada toxina Bt
Cry1Ab 45 µg/ml 5 µg/ml 25µg/ml 50µg/ml
Cry3Bb
200 µg/ml
5 µg/ml 25µg/ml 50µg/ml
Control
Agua/ solución azucarada
Huevos de polilla de la harina tratados
con constructos vacíos en buffer
Huevos de la polilla de la harina tratados
con buffer
Tiempo de exposición 12 días con periodos de
recuperación
9 a 10 días continuos
EFECTOS POTENCIALES DIRECTOS DE LOS CULTIVOS GM
INVASIVIDAD FLUJO DE GENES
DESTINO AMBIENTAL DE
PRODUCTOS
TRANSGENICOS
ORGANISMOS NO
BLANCO
ORGANISMOS
BLANCO
Supervivencia y
reproducción
fuera del área
cultivada
Transferencia de
polen a parientes
silvestres y formación
de híbridos
Persistencia, degradación y
propagación de polen
transgénico
Incorporación
directa o indirecta
de productos GM a
través de alimentos
Desarrollo de
resistencia
Supervivencia y
reproducción de
híbridos
Acumulación de productos
GM en el suelo:
- Eluviación (lixiviación)
- Inmisión (trasporte de
partículas insolubles de
productos GM en el agua)
Efectos sobre los
ecosistemas
Población transgénica
(híbridos/cultivos) con aptitud
mejorada respecto a la población
silvestre
Propagación y persistencia
(híbridos/cultivos) fuera del área
cultivada
Fuera del área
cultivada
Supermalezas en el
área cultivada Efectos sobre la dinámica poblacional
DAÑO AL
MEDIOAMBIENTE DAÑO ECONÓMICO DAÑO AL MEDIOAMBIENTE
DAÑO AL
MEDIOAMBIENTE DAÑO ECONÓMICO
Hodson et al., 2011
DESARROLLO DE RESISTENCIA EFECTOS EN LOS MÉTODOS AGRONÓMICOS Y SISTEMAS DE
CULTIVO
Resistencia a plagas
blanco /
enfermedades
Selección de
plantas silvestres
tolerantes a
herbicidas
Cambios en las
prácticas de cultivo
/ labranza
Cambio en los
intervalos entre
cultivos / área de
cultivo
Exceso de
competitividad
agronómica de los
OGM
Pérdida de efectividad
de los productos
transgénicos
Reducción de la
efectividad de
herbicidas
específicos
Cambios en el
espectro de plagas,
enfermedades y
organismos benéficos
Disminución de la
calidad del suelo:
cambios en las
características
físicas, químicas y
biológicas
Sustitución de
variedades
tradicionales
Necesidad de cambiar las estrategias de control de plagas /
enfermedades
DAÑO ECONÓMICO
DAÑO AL MEDIOAMBIENTE
EFECTOS POTENCIALES INDIRECTOS DE LOS CULTIVOS GM
Hodson et al., 2011
ALGUNAS REFLEXIONES …
o El uso de OGM profundiza en la mayoría de sus efectos, el
mono-cultivo propio de la revolución verde y propicio en
países “graneros”.
o El uso masivo de cultivos GM representa riesgos potenciales
desde un punto de vista ecológico.
o Los efectos ecológicos no están limitados a la resistencia en
las plagas o a la aparición de nuevas variedades de malezas.
o Los cultivos GM pueden producir toxinas ambientales que se
mueven a través de las cadenas tróficas pudiendo llegar al
suelo y al agua, afectando así a los invertebrados y
probablemente al ciclo de nutrientes.
o En realidad, nadie puede predecir los impactos a largo
plazo que pueden resultar de la diseminación masiva de estos
cultivos.
… Gracias por su atención
