Dispersão e fluxo gênico
Propaganda
Formulação de problema para culturas GM com alto potencial de di dispersão ã Alan Raybould, Segurança de Produtos, Syngenta Dispersão e fluxo gênico ● Dispersão e fluxo gênico não são a mesma coisa ● A dispersão é o movimento de pólen e sementes ● O fluxo gênico é a "introdução introdução de material genético (mediante intercruzamento) de uma população de uma espécie para outra, alterando assim a composição do conjunto gênico da população receptora." p ((Enciclopédia p Britânica)) 2 Dispersão e fluxo gênico ● Pressupõe-se que o fluxo gênico seja o "propósito" da dispersão nas plantas - O pólen deve causar fertilização - As sementes devem germinar e produzir plantas reprodutivas ● Dispersão = possível fluxo gênico ● Fertilização Fertili ação e prod produção ção de plantas férteis = flfluxo o gênico real ● Para LRA de cultura GM, pode ser necessário considerar os dois mecanismos, mas é importante não confundi-los 3 Dispersão via pólen ● As plantas têm mecanismos para dispersar o pólen ● Algumas espécies usam o vento - Flores pequenas, discretas - Produzem grandes quantidades de pólen Coníferas 4 Árvores de folhas l largas Gramíneas Dispersão via pólen ● Algumas plantas usam vetores animais - Insetos (pássaros, morcegos, outros mamíferos, lesmas...) - Atraem os animais com cores,, aromas e recompensas p (pólen (p e néctar) Orq ídea abelha: Orquídea abelha mimetismo 5 Rosa canina: canina néctar Muitas culturas retiveram mecanismos de dispersão do pólen Milho – dispersão pelo vento 6 Algodão – dispersão por insetos (néctar) Dispersão via semente ● Muitos mecanismos para promover a dispersão de sementes ● Vento - Estruturas para manter as sementes flutuando no ar ● Animais - Estruturas para grudar no pelo dos animais - Frutas + revestimento duro das sementes para protegê-las contra a digestão ● Homem - Plantas daninhas mimetizam as culturas ● Dispersão no tempo - Dormência 7 Dispersão via semente Dente-de-leão – vento Aveia perene – mimetismo 8 Tomate – fruta e sementes duras Aparine - pelos de animais Muitas culturas perderam mecanismos de dispersão da semente Teosinte Sementes liberadas da planta Milho Sementes retidas na planta As sementes sobrevivem à passagem pelo As sementes não sobrevivem à passagem pelo sistema digestivo sistema digestivo 9 Métodos para estimar a dispersão e o fluxo gênico Método Parâmetro estabelecido Coletores de sementes1 Possível fluxo gênico via sementes Coletores de pólen1 Possível fluxo gênico via pólen Plantas-iscas macho-estéreis 1 Possível fluxo gênico via pólen Análise de parentesco1 Fluxo gênico real via pólen Plantas com marcadores genéticos1 Fluxo gênico real via sementes e pólen Estrutura genética2 Fluxo gênico real via sementes e pólen 1Métodos diretos: estimam a dispersão contemporânea; fazem poucas pressuposições; i õ d deficientes fi i t na d detecção t ã d de di dispersão ã rara d de llonga di distância tâ i 2Método indireto: estima o fluxo gênico ao longo de muitas gerações; detecta efeitos de dispersão rara de longa distância; depende de pressuposições (geralmente irrealistas) sobre a demografia e os marcadores genéticos 10 Dispersão, fluxo gênico e risco ● A dispersão e o fluxo gênico são fenômenos naturais ● A dispersão de um transgene, uma planta transgênica ou um produto transgênico não é por si nociva - Embora possa violar regras legais ● O risco resulta de q qualquer q p propriedade p nociva do transgene, g , do produto transgênico ou da planta transgênica - Perigo = potencial do transgene de causar dano - Exposição = presença do gene onde possa causar dano ● Dispersão e estimativas de fluxo gênico fazem parte da avaliação da exposição - Rotas R t pelas l quais i od dano pode d ocorrer, não ã od dano em sii 11 Risco ambiental e fluxo gênico Definir possíveis efeitos perigosos da cultura GM (P1) Desenvolver hipóteses de que a cultura GM não é perigosa (TS1) Testar as hipóteses (EE) Maior conhecimento do risco (P2) Nova hipótese de risco (TS2) 12 Definição de dano – um exemplo ● Metas de proteção (objetivos de gerenciamento) das leis e regulamentos ● EUA – A Plant Protection Act (Lei de Proteção das Plantas) regula as pragas vegetais ● O Departamento de Agricultura dos EUA (USDA) considera culturas GM como possíveis pragas vegetais no âmbito da LPP ● O USDA "protege protege a agricultura e os recursos naturais contra os riscos associados ao ingresso, estabelecimento ou alastramento de pragas animais ou vegetais e plantas daninhas nocivas" e, portanto, "assegura um suprimento p abundante e variado de alimentos de alta q qualidade,, ... e contribui para a preservação do meio ambiente mundial" 13 Definição de dano – um exemplo ● Pontos finais de avaliação ç claros p podem ser derivados da meta de proteção de um suprimento abundante e variado de alimentos de alta qualidade - Abundância – produção das culturas - Alta qualidade – conteúdo de nutrientes das culturas (ou outra qualidade de valor) - Variado – diversidade das culturas ● Reduções R d õ nestes t atributos t ib t podem d ser consideradas id d efeitos f it nocivos i 14 Definição de dano – um exemplo ● Os pontos finais de avaliação não são tão claros para a preservação do meio ambiente global - Abundância das espécies não pragas, particularmente as que apresentam funções úteis (controle biológico, polinização, etc.) ou estão em risco de extinção - Índices Í de função do solo ● Reduções ç nestes atributos p podem ser consideradas efeitos nocivos ● (Avaliações de impacto ambiental podem considerar outros aspectos, como as emissões de gases de efeito estufa estufa, sustentabilidade das economias rurais, etc.) 15 Modelos conceituais – como a dispersão pode causar dano? Produzir um ● Fluxo gênico de cultura a cultura por pólen modelo - por exemplo, efeito adverso sobre a qualidade da cultura conceitual genérico para ● Fluxo gênico de cultura a cultura por semente Fl ê i d l l cada - por exemplo, efeito adverso sobre a qualidade da cultura categoria - por exemplo, efeito adverso sobre a produção da cultura ● Fluxo gênico de cultura a parente silvestre por pólen - por exemplo, efeito adverso sobre espécies não pragas ● Fluxo gênico da cultura por semente para habitats não agrícolas - por exemplo, efeito adverso sobre espécies não pragas ● Dispersão da cultura por pólen - p por exemplo, p efeito adverso sobre espécies p não p pragas g ● Dispersão da cultura por semente - por exemplo, efeito adverso sobre a função do solo 16 Fluxo gênico de cultura a cultura por pólen Modelo conceitual Hipótese de risco Cultura GM produz pólen Cultura GM não produz pólen Pólen se dispersa nas culturas vizinhas Pólen não se dispersa nas culturas vizinhas Pólen fertiliza as culturas vizinhas Pólen não fertiliza as culturas vizinhas Proteína transgênica é produzida na semente Proteína transgênica não é produzida na semente Proteína transgênica reduz a qualidade da cultura Proteína transgênica não reduz a qualidade da cultura Teste da hipótese p 1. A cultura GM floresce e produz pólen? 2. O pólen se dispersa nas culturas vizinhas? 3 3. As culturas vizinhas são sexualmente compatíveis? Elas florescem ao mesmo tempo que a cultura transgênica? 4. Estudo de expressão no desenvolvimento 5 5. Estudos toxicológicos/estudos de processamento 17 Fluxo gênico de cultura a cultura por semente – voluntárias 18 Fluxo gênico de cultura a cultura por semente – ponto final de avaliação de qualidade Modelo conceitual Hipótese de risco Cultura GM produz semente Cultura GM não produz semente Semente se dispersa nas culturas vizinhas/semente se di dispersa nas culturas lt subsequentes b t Semente não se dispersa nas culturas vizinhas/semente não ã se di dispersa nas culturas lt subsequentes b t Semente germina nas culturas vizinhas/semente germina nas culturas subsequentes Semente não germina nas culturas vizinhas/semente não germina nas culturas subsequentes Cultura GM se estabelece Cultura GM não se estabelece Cultura GM produz proteína transgênica Cultura GM não produz proteína transgênica Proteína transgênica reduz a qualidade da cultura Proteína transgênica não reduz a qualidade da cultura Teste da hipótese 1. A cultura produz semente? 2. A semente se dispersa nas culturas vizinhas/subsequentes? 3. Requisitos de germinação/dormência 4. Sobrevivência no inverno/práticas de cultivo 5. Estudo de expressão no desenvolvimento 6 6. Estudos toxicológicos/estudos de processamento 19 Fluxo gênico de cultura a cultura por semente – ponto final de avaliação de produção Modelo conceitual Hipótese de risco Cultura GM produz semente Cultura GM não produz semente Semente se dispersa nas culturas vizinhas/semente i i h / t se di dispersa nas culturas lt subsequentes Semente não se dispersa nas culturas vizinhas/semente i i h / t não ã se di dispersa nas culturas lt subsequentes Semente germina nas culturas vizinhas/semente germina nas culturas subsequentes Semente não germina nas culturas vizinhas/semente não germina nas culturas subsequentes Cultura GM se estabelece Cultura GM não se estabelece Cultura GM afeta o crescimento da cultura Cultura GM não afeta o crescimento da cultura Cultura GM reduz o rendimento da cultura em relação aos efeitos da contraparte não GM Cultura GM não reduz o rendimento da cultura em relação aos efeitos da contraparte não GM Teste da hipótese 1 1. A cultura produz semente? 2. A semente se dispersa nas culturas vizinhas/subsequentes? 3. Requisitos de germinação/dormência 4. Sobrevivência no inverno/práticas de cultivo 5. Estudos agronômicos para comparar a cultura GM com uma quase-isolinha não GM 20 Fluxo gênico de cultura a parente silvestre por pólen Modelo conceitual Hipótese p de risco Cultura GM produz pólen Cultura GM não produz pólen Pólen se dispersa ao parente silvestre Pólen não se dispersa no parente silvestre Pólen fertiliza parente silvestre Pólen não fertiliza o parente silvestre T Transgene é introgredido i t did estavelmente t l t T Transgene não ã é iintrogredido t did estavelmente t l t Parente silvestre produz proteína transgênica Parente silvestre não produz proteína transgênica Cenário 1 Cenário 1 Parente silvestre é a planta alimento de uma espécie não praga de valor Parente silvestre não é a planta alimento de uma espécie não praga de valor A proteína transgênica é tóxica a tal espécie A proteína transgênica não é tóxica a tal espécie A espécie recebe uma dose nociva de proteína A espécie não recebe uma dose nociva de proteína A abundância da espécie p é reduzida A abundância da espécie p não é reduzida Cenário 2 Cenário 2 A proteína transgênica aumenta a resistência a um fator estressante A proteína transgênica não aumenta a resistência a um fator estressante A maior a o resistência es s ê c a leva e aau uma a maior ao p produção odução de se sementes e es A maior a o resistência es s ê c a não ão leva e aau uma a maior ao p produção odução de sementes A maior produção de sementes aumenta a abundância do parente silvestre A maior produção de sementes não aumenta a abundância do parente silvestre A maior abundância reduz a abundância das espécies de valor A maior abundância não reduz a abundância das espécies de valor 21 Fluxo gênico de cultura a parente silvestre por pólen ● Cenário 1 - Fluxo gênico como o cenário 2 - Teste dos efeitos semelhante ao da cultura, como apresentado por Joerg g ● Cenário 2 - Il Ilustrado strado com e exemplo emplo da canola (Brassica nap napus) s) resistente ao vírus do mosaico do nabo (TuMV) no Reino Unido - Mostra que as hipóteses de risco podem ser testadas - Não visa mostrar o que deveria ser feito para uma avaliação de riscos com fins de regulamentação 22 TuMV em Brassicas ● O TuMV causa perda de produção em oleaginosas e hortaliças ● Nocivo se o transgene de resistência se alastrar a parentes silvestres e levar à maior invasividade e perda de espécies de valor 23 Espécies avaliadas 24 Hipóteses de risco 25 Modelo conceitual (cenário) Hipótese de risco Hibridização entre a cultura e a espécie silvestre Nenhuma hibridização entre a cultura e a espécie silvestre A característica GM aumenta a resistência ao vírus da espécie silvestre A espécie silvestre é imune ao vírus A espécie silvestre é infectada pelo vírus no campo O vírus está ausente na espécie silvestre no campo As plantas GM infectadas sobre i em por mais tempo o sobrevivem ou produzem mais sementes que as plantas não GM infectadas A infecção não reduz a sobre i ência nem a prod sobrevivência produção ção de sementes Maior abundância da espécie silvestre reduz a abundância da espécie de valor O tamanho da população não é limitado pela produção de sementes Hipótese de não hibridização ● Bons dados para todas as espécies avaliadas ● No entanto, avaliação possível usando testes escalonados, l’évaluation pourrait être effectuée à l’aide de tests en plusieurs étapes ● Etapa I: teste de hibridização usando métodos de laboratório - Ausência de híbridos,, interromper p o teste;; presença p ç de híbridos,, passar para a etapa II Polinização manual 26 Resgate de embriões Hipótese de não hibridização ● Etapa II: Testar para hibridização "espontânea" (laboratório ou campo) - Ausência de híbridos, interromper o teste; presença de híbridos, passar para a etapa III 27 Hipótese de não hibridização ● Etapa III: Procurar por híbridos produzidos naturalmente no campo - Ausência de híbridos, interromper o teste - Presença de híbridos; necessidade de avaliar o perigo 28 Hipótese que o parente silvestre é imune ao TuMV 29 Hipótese que o parente silvestre não é infectado no campo Plantas de Brassica nigra em uma área de 400 cm2 4000 TuMV Número de plantass 3500 3000 Outros vírus Não infectadas 2500 2000 1500 1000 500 0 S 99 S 99 O 99O 99 N 99 N 99 D 99 D 99 J 00 J 00 J 00 F 00 F 00 M 00M 00 A 00 A 00 M 00M 00 J 00 J 00 J 00 J 00 A 00 A 00 S 00 S 00 O 00 O 00 N 00 N 00 N 00 D 00 J 01 J 01 F 01 F 01 30 Hipótese de que o TuMV não reduz a produção de sementes Número de sementes por planta +/- 2SE 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 TuMV/TYMV control 31 TYMV challenged CaMV challenged Hipótese de que mais sementes não aumenta a abundância Ef eito da densidade sobre a dinâmica da população 80000 Plantss m-2 60000 Hi Mid 40000 Lo 20000 Date 32 7/20/2000 7/6/2000 6/22/2000 6/8/2000 5/25/2000 5/11/2000 4/27/2000 4/13/2000 3/30/2000 3/16/2000 3/2/2000 0 Fluxo gênico da cultura por semente para habitats não agrícolas M d l conceitual Modelo it l Hi ót Hipótese d risco de i Cultura GM produz semente Cultura GM não produz semente Semente se dispersa em habitats não agrícolas Semente não se dispersa em habitats não agrícolas Cultura GM se estabelece em habitat não agrícola Cultura GM não se estabelece em habitat não agrícola Cultura GM forma população auto-sustentável Cultura GM não forma população auto-sustentável População aumenta em abundância População não aumenta em abundância Maior abundância prejudica uma espécie de valor Maior abundância não prejudica uma espécie de valor Teste da hipótese 1. A cultura produz semente? 2. A semente se dispersa em habitats não agrícolas? 3 3. R Requisitos i it de d germinação/dormência i ã /d ê i 4. Sobrevivência no inverno/competição com plantas silvestres 5. Estudos agronômicos para comparar culturas GM com quase-isolinhas não GM ¾ 33 (Simular condições em habitats não agrícolas/condições sob as quais o transgene possa ser vantajoso) Dispersão da cultura por pólen M d l conceitual Modelo it l Hi ót Hipótese d risco de i Cultura GM produz pólen Cultura GM não produz pólen Proteína transgênica é produzida no pólen Proteína transgênica não é produzida no pólen Pólen se dispersa fora do campo Pólen não se dispersa fora do campo Proteína transgênica é tóxica à espécie de valor Proteína transgênica não é tóxica à espécie de valor A espécie recebe uma dose nociva de proteína A espécie não recebe uma dose nociva de proteína A abundância da espécie p de valor é reduzida A abundância da espécie p de valor não é reduzida 34 Dispersão da cultura por semente Modelo conceitual Hipótese de risco Cultura GM produz semente Cultura GM não produz semente Semente contém uma enzima transgênica Semente não contém uma enzima transgênica Enzima pertence a uma classe que afeta a função do solo Enzima não pertence a uma classe que afeta a função do solo Semente é derramada durante a colheita Semente não é derramada durante a colheita Concentração da enzima aumenta significativamente acima da concentração base Concentração da enzima não aumenta significativamente acima da concentração base Maior concentração da enzima altera as taxas dos processos do solo Maior concentração da enzima não altera as taxas dos processos do solo M d Mudança na taxa prejudica j di a ffunção d do solo l M d Mudança na taxa não prejudica j di a ffunção d do solo l Teste da hipótese ¾ Milho que produz grandes quantidades de uma enzima envolvida na degradação da planta ¾ Derramamento D t d de sementes t provavelmente l t causará á aumento t instantâneo i t tâ de d 10X em relação l ã à concentração base ¾ Enzima é induzida quando o material da planta é adicionado ao solo ¾ Enzima não é fator limitador da taxa de degradação ¾ Nenhuma N h mudança d na ttaxa d de d degradação d ã esperada d – nenhum h prejuízo j í à ffunção ã d do solo l 35 Conclusões ● A avaliação de riscos de culturas GM por meio de dispersão, fluxo gênico, potencial de competitividade (weediness) e invasibilidade não precisa ser complicada ● Definir claramente os efeitos nocivos ● Criar um modelo conceitual composto de uma série de etapas que devem (todas) ocorrer para que o dano seja causado 36 Conclusões ● Formular hipóteses simples e testáveis sobre um ou mais estágios - O fenômeno não ocorre - O fenômeno ocorre em uma frequência abaixo da necessária para que ocorra dano q - O fenômeno ocorre em uma magnitude abaixo da necessária para que ocorra dano - Não mais que/não menos que a cultura não GM atual é é, geralmente geralmente, uma hipótese útil ● Previsões precisas das frequências de transgenes, dos números de híbridos transgênicos ou das taxas de crescimento das plantas daninhas transgênicas são desnecessárias 37 Conclusões ● Lembrar-se de colocar os riscos em contexto ● Culturas aráveis e seus híbridos raramente são plantas daninhas ou invasoras sérias ● É improvável que o maior potencial de competitividade (weediness) ou invasibilidade em estudos controlados resulte em danos graves no campo - Não resultaria na elaboração de mais análises em modelos de avaliação de riscos Giant hogweed (Heracleum mantegazzianum) 38 Canola feral
