Formulación del problema para cultivos GM con alto potencial de dispersiónió Alan Raybould, Seguridad de producto, Syngenta
Dispersión y flujo génico La dispersión y el flujo genético no es lo mismo La dispersión es el movimiento de polen y semillas El flujo génico es la "introducción de material genético (por cruzamiento) desde la población de una especie a otra cambiando así la composición del acervo genético de la población receptora". (Enciclopedia Británica) 2
Dispersión y flujo génico El flujo génico es considerado el "propósito" de la dispersión en las plantas - El polen debe lograr la fertilización - Las semillas deben germinar y producir plantas fértiles Dispersión = flujo génico potencial La fertilización y la producción de plantas fértiles = flujo génico real Puede que para el ERA de cultivos GM deban considerarse ambos, pero es importante no confundirlos 3
Dispersión mediada por polen Las plantas poseen mecanismos para dispersar el polen Algunas especies utilizan el viento - Flores pequeñas y poco vistosas - Producen grandes cantidades de polen Coníferas Árboles de hojas grandes Gramíneas 4
Dispersión mediada por polen Algunas plantas utilizan vectores animales - Los insectos (aves, murciélagos, mamíferos, babosas...) - Atraen a los animales por su color, aroma y recompensa (polen y néctar) Orquídea abeja: mimetismo Rosa canina: néctar 5
Muchos cultivos conservan mecanismos para la dispersión de polen Maíz: dispersión por el viento Algodón: dispersión mediante insectos (néctar) 6
Dispersión via semilla Existen varios mecanismos para promover la dispersión de semillas Viento - Estructuras para mantener las semillas suspendidas en el aire Animales - Estructuras para quedar atrapadas en el pelaje de los animales - Frutos + cubiertas duras para proteger a las semillas de la digestión Seres humanos - La malezas imitan a los cultivos La dispersión en el tiempo - Dormición 7
Dispersión via semilla Diente de león: viento Tomate: fruto y semillas duras Espiguilla: mimetismo Pata de gallina: pelaje animal 8
Muchos cultivos han perdido sus mecanismos para la dispersión de semillas Teosinte Maíz Las semillas se desprenden de la planta Las semillas sobreviven a la digestión Las semillas son retenidas en las plantas Las semillas no sobreviven la digestión 9
Método para calcular la dispersión y el flujo génico Método Trampas para semillas 1 Trampas para polen 1 Plantas cebo macho estériles 1 Análisis parental 1 Plantas con marcadores genéticos 1 Estructura genética 2 Parámetro establecido Flujo génico potencial via semilla Flujo génico potencial via polen Flujo génico potencial via polen Flujo génico real via polen Flujo génico real via semillas y polen Flujo génico real via semillas y polen 1 Métodos directos: estiman la dispersión contemporánea; hacen pocos supuestos; son débiles para detectar t la dispersión ió a larga distancia i poco frecuente 2 Métodos indirectos: estiman el flujo génico a lo largo de varias generaciones; detectan los efectos de la dispersión a larga distancia poco frecuente, se basan en supuestos (generalmente irreales) acerca de marcadores demográficos y genéticos 10
Dispersión, flujo génico y riesgo La dispersión y el flujo génico son fenómenos naturales La dispersión de un transgén, del producto de un transgén o de una planta transgénica no es perjudicial en sí misma - Aunque puede transgedir ciertas regulaciones El riesgo resulta de cualquier propiedad p peligrosa del transgén,,producto del transgén, o planta transgénica - Peligro = el potencial del transgén para causar daño - Exposición = la presencia del gen donde pueda causar daño Los cálculos de dispersión y flujo génico forman parte de la evaluación de exposición - Las vías por donde d el daño puede ocurrir, no el daño en sí mismo 11
Riesgo ambiental y flujo génico Definir los potenciales efectos perjudiciales de los cultivos GM (P 1 ) Desarrollar las hipótesis de que el cultivo GM no es dañino (ST 1 ) Probar esas hipótesis (EE) Más conocimiento del riesgo (P 2 ) Nueva hipótesis de riesgo (ST 2 ) 12
Definir el daño: un ejemplo Objetivos de protección (objetivos de manejo) de las leyes y las regulaciones EE.UU.: La Ley de Protección Vegetal regula las plagas en las plantas El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos considera a los cultivos GM como potenciales plagas vegetales, según la Ley de Protección El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) "salvaguarda los recursos naturales y agrícolas de aquellos riesgos relacionados con el ingreso, establecimiento o diseminación de plagas animales y vegetales y malezas nocivas" y, de este modo, "asegura el suministro abundante, de alta calidad y variado de alimentos... y contribuye a la preservación del medio ambiente a nivel global" 13
Definir el daño: un ejemplo Los criterios claros de evaluación pueden derivar del objetivo de proteger el suministro abundante y variado de alimentos de alta calidad - Abundancia- rendimiento de los cultivos - Alta calidad - contenido de nutrientes de los cultivos (u otra característica valiosa) - Variedad- diversidad de los cultivos La disminución de alguno de estos atributos puede ser considerada un efecto perjudicialo i 14
Definir el daño: un ejemplo Los objetivos s de evaluación no son tan claros para la preservación global del medio ambiente - La abundancia de especies no-plaga, en particular aquellas que cumplen funciones útiles (control biológico, polinización etc.) o que están en peligro - Índices de la función del suelo La disminución de alguno de estos atributos puede ser considerada un efecto perjudicial (Las evaluaciones de impacto ambiental pueden considerar otros aspectos, tales como las emisiones de gas del efecto invernadero, la sostenibilidad de las economías rurales, etc.) 15
Modelo conceptuales: Cómo podría causar daño la dispersión? Flujo génico de cultivo a cultivo mediado por polen - ej.: un efecto adverso en la calidad del cultivo Flujo génico de cultivo a cultivo vía semilla - ej.: un efecto adverso en la calidad del cultivo - ej.: un efecto adverso en el rendimiento del cultivo Flujo génico por polen de un cultivo a un pariente silvestre - ej.: un efecto adverso en las especies no-plaga Flujo génico por semilla de un cultivo a un hábitat no agrícola - ej.: un efecto adverso en las especies no-plaga Dispersión de cultivo por polen - ej.: un efecto adverso en las especies no-plaga Dispersión de cultivo por semilla - ej.: un efecto adverso en la función del suelo Producir un modelo conceptual genérico para cada categoría 16
Flujo génico de cultivo a cultivo mediado por polen Modelo conceptual El cultivo GM produce polen El polen se dispersa a cultivos vecinos El polen fertilizó los cultivos vecinos La proteína transgénica se produce en la semilla La proteína transgénica disminuye la calidad del cultivo Hipótesis de riesgo El cultivo GM no produce polen El polen no se dispersa a cultivos vecinos El polen no fertiliza los cultivos vecinos La proteína transgénica no se produce en la semilla La proteína transgénica no disminuye la calidad del cultivo Comprobación de la hipótesis 1. El cultivo GM florece y produce polen? 2. Se dispersa el polen a cultivos vecinos? 3. Son sexualmente compatibles los cultivos vecinos? Florecen al mismo tiempo que los cultivos transgénicos? 4. Estudio de expresión durante el desarrollo 5. Estudios toxicológicos/estudios de procesamiento 17
Flujo génico de cultivo a cultivo por semilla: plantas voluntarias 18
Flujo génico de cultivo a cultivo por semilla: objetivos de calidad Modelo conceptual El cultivo GM produce semillas La semilla se dispersa a cultivos vecinos/la semilla se dispersa a cultivos subsiguientes La semilla germina en cultivos vecinos/la semilla germina en cultivos subsiguientes El cultivo GM se establece El cultivo GM produce proteína transgénica La proteína transgénica disminuye la calidad del cultivo Hipótesis de riesgo El cultivo GM no produce semilla La semilla no se dispersa a cultivos vecinos/la semilla no se dispersa a cultivos subsiguientes La semilla no germina en cultivos vecinos/la semilla no germina en cultivos subsiguientes El cultivo GM no se establece El cultivo GM no produce proteína transgénica La proteína transgénica no disminuye la calidad del cultivo Comprobación de la hipótesis 1. El cultivo produce semilla? 2. Se dispersa la semilla a cultivos vecinos/subsiguientes? 3. Requerimientos de germinación/dormancia 4. Supervivencia al invierno/prácticas de cultivo 5. Estudio de expresión durante el desarrollo 6. Estudios toxicológicos/estudios de procesamiento 19
Flujo génico de cultivo a cultivo por semilla: objetivo de rendimiento Modelo conceptual El cultivo GM produce semillas La semilla se dispersa a cultivos vecinos/la semilla se dispersa a cultivos subsiguientes i La semilla germina en cultivos vecinos/la semilla germina en cultivos subsiguientes El cultivo GM se establece El cultivo GM afecta el crecimiento del cultivo El cultivo GM reduce el rendimiento del cultivo en relación con los resultados de su equivalente no GM Hipótesis de riesgo El cultivo GM no produce semilla La semilla no se dispersa a cultivos vecinos/la semilla no se dispersa a cultivos subsiguientes i La semilla no germina en cultivos vecinos/la semilla no germina en cultivos subsiguientes El cultivo GM no se establece El cultivo GM no afecta el crecimiento del cultivo El cultivo GM no reduce el rendimiento del cultivo en relación con los efectos de su contraparte no GM Comprobación de la hipótesis 1. El cultivo produce semilla? 2. Se dispersa la semilla a cultivos vecinos/subsiguientes? 3. Requerimientos de germinación/dormancia 4. Supervivencia al invierno/prácticas de cultivo 5. Estudios agronómicos para comparar los GM con laslíneas no GM casi isogénicas 20
Flujo génico mediado por polen de un cultivo a un pariente silvestre El cultivo GM produce polen El polen se dispersa al pariente silvestre El polen fertiliza al pariente silvestre Modelo conceptual Hipótesis de riesgo El cultivo GM no produce polen El polen no se dispersa a parientes silvestres El polen no fertiliza a parientes silvestres Introgresión estable del transgén No hay introgresión ió estable del transgén El pariente silvestre produce proteína transgénica Caso 1 Caso 1 El pariente silvestre es el alimento de una especie valiosa noplaga La proteína transgénica es tóxica para esa especie La especie recibe una dosis perjudicial de proteína El pariente silvestre no produce proteína transgénica El pariente silvestre no es el alimento de una especie valiosa no-plaga La proteína transgénica no es tóxica para esa especie La especie no recibe una dosis perjudicial de la proteína Disminuye la abundancia de la especie La abundancia de la especie no disminuye Caso 2 Caso 2 La proteína transgénica aumenta la resistencia a un factor de estrés El aumento en la resistencia s e genera e una mayor producción de semilla El aumento en la producción de semilla aumenta la cantidad del pariente silvestre El aumento en la cantidad reduce la abundancia de especies valiosas La proteína transgénica no aumenta la resistencia a un factor de estrés El aumento en la resistencia ess e ca no genera e una mayor producción de semilla El aumento en la producción de semilla no aumenta la abundancia del pariente silvestre El aumento en la cantidad no reduce la abundancia de especies valiosas 21
Flujo génico por polen de un cultivo a un pariente silvestre Caso 1 - Flujo génico como en el caso 2 - La comprobación de los efectos es similar a la que se realiza para el cultivo, tal como la presentó Joerg Caso 2 - Ilustraré con ejemplos la colza (Brassica napus) resistente al virus del mosaico del nabo (TuMV) en el Reino Unido - Lo que demuestra que las hipótesis de riesgo son verificables - No intento mostrar lo que debería hacerse para una evaluación de riesgo normativa 22
TuMV en Brassicas El TuMV provoca pérdidas en oleaginosas y vegetales Provoca un daño si el transgén resistente se dispersa hacia parientes silvestres y trae un aumento en la invasividad y la pérdida de especies valiosas 23
Especies evaluadas 24
Hipótesis de riesgo Modelo conceptual (escenario) Hibridación entre el cultivo y la especie silvestre El rasgo GM incrementa la resistencia a los virus de la especie silvestre La especie silvestre es infectada por el virus en el campo Las plantas GM infectadas sobreviven en por más tiempo o producen más semillas que las plantas infectadas no-gm Incremento en la abundancia de especies silvestres que reduce la cantidad de especies valiosas Hipótesis de riesgo No hay hibridación entre el cultivo y la especie silvestre La especie silvestre es inmune al virus No hay virus en las especies silvestres en el campo La infección no reduce la supervivencia encia o la producción de semillas El tamaño de la población no está limitado por la producción de semillas 25
Hipótesis de no hibridación Buenos datos para todas las especies evaluadas Sin embargo, se puede evaluar utilizando pruebas escalonadas Escalón I: prueba para hibridación utilizando métodos de laboratorio - Si no hay híbridos, detener la prueba; los híbridos van al escalón II Polinización manual Rescate de embriones 26
Hipótesis de no hibridación Escalón II Prueba de hibridación "espontánea" (en laboratorio o en campo) - Si no hay híbridos, detener la prueba; híbridos van al escalón III 27
Hipótesis de no hibridación Escalón III Búsqueda de híbridos producidos naturalmente en el campo - Si no hay híbridos, detener la prueba - Si hay híbridos, es necesario evaluar el peligro 28
Hipótesis de que el pariente silvestre es inmune al TuMV 29
Hipótesis de que el pariente silvestre no se infecta en el campo Plantas Brassica nigra en un área de 400 cm 2 s Número de plantas 4000 3500 3000 2500 2000 1500 TuMV Otros virus No infectadas 1000 500 0 S 99 S 99 O 99O 99N 99N 99D 99D 99 J 00 J 00 J 00 F 00 F 00 M 00M 00A 00 A 00M 00M 00 J 00 J 00 J 00 J 00 A 00 A 00 S 00 S 00 O 00O 00N 00N 00N 00D 00 J 01 J 01 F 01 F 01 30
Hipótesis de que el TuMV no disminuye la producción de semilla Número de semillas por planta +/- 2SE (Error Estándar) 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 TuMV/TYMV control TYMV challenged CaMV challenged 31
Hipótesis de que más semilla no aumenta la abundancia Efecto de la densidad en la dinámica de la población 80000 60000 Hi 40000 Mid Plants m -2 Lo 20000 0 3/2/2000 3/16/2000 3/30/2000 4/13/2000 4/27/2000 5/11/2000 5/25/2000 6/8/2000 6/22/2000 7/6/2000 7/20/2000 Date 32
Flujo génico por semillas de un cultivo a un hábitat no agrícola Modelo conceptual Hipótesis de riesgo El cultivo GM produce semillas Las semillas se dispersan hacia hábitats no agrícolas El cultivo GM se establece en hábitats no agrícolas El cultivo GM forma una población auto-sostenible La población aumenta en abundancia El aumento de la abundancia daña a una especie valiosa El cultivo GM no produce semilla Las semillas no se dispersan hacia hábitats no agrícolas El cultivo GM no se establece en hábitats no agrícolas El cultivo GM no forma una población autosostenible La población no aumenta en abundancia El aumento de cantidad no daña a una especie valiosa Comprobación de la hipótesis 1. El cultivo produce semillas? 2. Se dispersan las semillas hacia hábitats no agrícolas? 3. Requerimientos i de germinación/dormancia ió i 4. Supervivencia al invierno/competencia con plantas silvestres 5. Estudios agronómicos para comparar los GM con las casi isolíneas no GM (Simular las condiciones en los hábitats no agrícolas/condiciones bajo las cuales un transgén puede ser ventajoso) 33
Dispersión de cultivo por polen Modelo conceptual El cultivo GM produce polen La proteína transgénica se produce en el polen El polen se dispersa fuera del campo La proteína transgénica es tóxica para la especie valiosa La especie recibe una dosis perjudicial de la proteína Disminuye la abundancia de la especie valiosa Hipótesis de riesgo El cultivo GM no produce polen La proteína transgénica no se produce en el polen El polen no se dispersa fuera del campo La proteína transgénica no es tóxica para la especie valiosa La especie no recibe una dosis perjudicial de la proteína La abundancia de la especie valiosa no disminuye 34
Dispersión del cultivo por semilla Modelo conceptual El cultivo GM produce semillas La semilla contiene una enzima transgénica La enzima pertenece a una clase conocida que afecta la función del suelo La semilla se derrama durante la cosecha La concentración de la enzima aumenta de un modo significativo por encima de los niveles basales La elevación de la concentración de la enzima cambia la tasa de los procesos en el suelo El cambio en la tasa provoca daños en la función del suelo Hipótesis de riesgo El cultivo GM no produce semilla La semilla no contiene una enzima transgénica La enzima no pertenece a una clase conocida que afecta la función del suelo La semilla no se derrama durante la cosecha La concentración de la enzima no aumenta de modo significativo por encima del nivel basal La elevación de la concentración de la enzima no cambia la tasa de procesamiento del suelo El cambio en la tasa no provoca daños en la función del suelo Comprobación de la hipótesis El maíz produce grandes cantidades de una enzima involucrada en la degradación del material vegetal El derrame de la semilla puede provocar un incremento instantáneo de 10 veces por encima del nivel basal La enzima es inducida cuando se le agrega material vegetal al suelo La enzima no es limitante de velocidad para la degradación No hay cambios en la velocidad de degradación esperadas, no hay daño la función del suelo 35
Conclusiones La evaluación de riesgo de un cultivo GM por dispersión, flujo génico, maleza e invasividad no debe ser complicada Definir claramente los efectos perjudiciales Crear un modelo conceptual que incluya una serie de pasos que deben ocurrir para que se concrete el daño 36
Conclusiones Formular hipótesis simples y verificables acerca de una o más etapas - El fenómeno no ocurre - El fenómeno ocurre con una frecuencia que está por debajo de la requerida para que sea perjudicial - El fenómeno ocurre con una magnitud que está por debajo de la requerida para que sea perjudicial - No más que/no menos que el cultivo no-gm actual, muchas veces es una hipótesis útil Son innecesarias las predicciones precisas acerca de la frecuencia de los transgenes, el número de híbridos transgénicos o las tasas de crecimiento de la población de malezas transgénicas 37
Conclusiones Recordar contextualizar los riesgos Los cultivos y sus híbridos son rara vez malezas o invasores peligrosos Es poco probable que un aumento en el potencial de invasividad o de convertirse en maleza observado en estudios controlados resulte en un daño serio en el campo - No dispararía evaluaciones ulteriores en modelos de evaluación de riesgo de potencial de maleza Perejil gigante Colza asilvestrada 38