Resistencia de insectos a

cultivos Bt

Conferencia presentada en la CIBIOGEM

(Comisión Intersecretarial de Bioseguridad

de los Organismos Genéticamente Modificados)

Mexico, D.F., Diciembre 6, 2013

David Mota-Sanchez, PhD

Department of Entomology

Michigan State University

East Lansing, MI48824

Temas

1. Introducción

2. Resistencia

3. Importancia de la dosis

4. Resistencia en campo

Retos en la producción global de Alimentos

• 2050 duplicar la producción.

• Población. 9,200 millones

• Usar menos combustible, agua y

nitrogeno.

• Aliviar la pobreza, hambre y

desnutrición (7,000 millones de

personas en el 2011)

• Como: Incrementar la productividad

por la integración de las mejoras

tecnologías convencionales y de la

biotecnología agrícola incluyendo

nuevos eventos.

Prepared by Cholani 2013

GE crops in North America

Canada Canola, maize, soybean, sugar beet

90% US IR Cotton Of this, 75% double stacked

95% HT Sugar beet in US and Canada

HT Soybean (US 92% & Canada 73%)

VR Papaya – saves the industry in the US

VR Squash

HT Alfalfa

86% - 93% HT Canola in Canada (US 95% & Canada 83%)

80% - 85% US maize Of this, 75% double/triple stacked IR and HT (US & Canada 99%)

Por que les gustan a los agricultores los cultivos OGMs

• Evitan perdidas causadas por plagas y malezas.

• Alto retorno por hectarea.

• Reducción en el uso de plaguicidas y costos.

• Facilita la producción (menor tiempo de uso del tractor)

Si se consideran cultivos Bt y tolerancia a herbicidas;

Prepared by Cholani 2013

Economic benefits of Bt cotton - India

• Bt Cotton with 10.8 million hectares – 93% adoption

• Ingresos por Bt Cotton

• US$12,600 millones from 2002 - 2012 (US$3,200 millones solamente en el 2011)

• Bt cotton-primero en productividad y ganancias

– Segundo exportador mundial

– Segundo productor mundial

Bt cotton ha transformado la producción de algodón en la India!!! James, 2011 ISAAA report

Toxicidad en mamiferos

ratas

Cyhalothrin

79-144 mg/kg

Carbosulphan

90-250 mg/kg

cypermethrin

250-2000 mg/kg

Bt kurstaki > 5,000-24,000 mg/kg

-El intestino humano

tiene un pH muy bajo

-Humanos no tienen los

receptores de Bt

Si se compara Bt

con otros

insecticidas el Bt

algunas veces se

clasifica

“practicamente no

toxico” – ¿Por que?

Co

mp

ari

so

n o

f L

D 5

0 v

alu

e f

or

ins

ec

tic

ide

s

Source: Chris DiFonzo

Mode de acción de Bacillus thuringiensis

11. Disruptores microbiales de las membranas del intestino medio

(incluyendo OGMs que producen toxinas de Bt). 11A.

Making GE crops better….

Gene stacking Multiple targets

Gene pyramiding Same target

Cry3Bb1

Cry 1F

Roundup Ready

Cry 1A.105

Cry 2Ab2

Cry 1F

Source: Chris DiFonso

SMARTSTAX

Herbicide Tolerance

Liberty Link Roundup Ready

Corn Borer

Rootworm

Cry 1F Cry 1A.105 Cry 2Ab2

Cry 34 Ab1 Cry 35 Ab1 Cry3Bb1

Source: Chris DiFonso

RR-(CP4 EPSPS) ;

Liberty link (PAT)

Retos con los OGMs

1. Resistencia a los OGMs Desarrollo de resistencia de malezas a herbicidas (glifosato).

Desarrollo de resistencia de insectos a cultivos Bt.

2. Plagas secundarias

Estos problemas no son únicos a los OGMs. Muchas malezas e insectos han desarrolado resistencia a plaguicidas en el pasado.

Total. 991 especies of plagas

• 583 especies de arthropodos

• 218 especies de malezas

• 190 hongos fitopatogenos

• Fuente: FRAC 2013, Heap 2013, Whalon et al. 2013)

Estos problemas no son unicos a los OGMs. Muchas malezas e insectos han desarrollado resistencia a plaguicidas.

Emergencia de malezas resistentes a

glifosato

2008

Causa: Incremento en la presión de selección!!!

Can insects become

resistant to sprays?

Melander 1914

Escama de San Jose

Quadraspidiotus perniciosus

>100 años

Productos a base de azufre

1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Fig 1. Evolution of arthropod insecticide resistance (1914 to 2013).

A. 583 species

B. 11,403 cases of resistance

C. 342 compounds)

C

B

A

years

Ca

se

s o

f re

sis

tan

ce

(B

)

0

100

200

300

400

500

600

Art

hro

po

d s

pe

cie

s (

A)

an

d c

om

po

un

ds

(C

)

Whalon, M.E., Mota-Sanchez, D. and Robert M. Hollingworth. 2013. Arthropod Pesticide Resistance Database 2013. On-line at: www.pesticideresistance.org

Evolucion de resistencia en campo

Reduccion en la susceptibilidad de una población a una toxina, y es causada por la exposición de esta población a la toxina en el campo. Esta resistencia es atribuible a un factor genético. (Tabashnik y otros)

Mode de acción de Bacillus thuringiensis

11. Disruptores microbiales de las membranas del intestino medio

(incluyendo OGMs que producen toxinas de Bt). 11A.

Se ha desarrollado resistencia en el laboratorio y campo

Palomilla dorso de diamante Barrenador europeo del maiz

34%

30%

15%

7%

3% 2%

1%

1%

1%

6%

1B Acetylcholine esterase inhibitors;Organophophates

3 Sodium channel modulators; Pyrethroids,Pyrethrins, DDT

2A GABA-gated chloride channelantagonists; Cyclodiene organochlorines

1A Acetylcholine esterase inhibitors;Carbamates

4A Nicotinic Acetylcholine receptor agonists/ antagonists; Neonicotinoids

UNK Unknown Mode of Action (general);Undetermined MOA

8B Compounds of unknown or non-specificmode of action (fumigants); Chloropicrin

11 Microbial disruptors of insect midgutmembranes (includes transgenic crops);Bacillus thuringiensis (variety unstated)2B GABA-gated chloride channelantagonists; Fipronil or Phenylpyrazoles

Other

Percentage of Cases by Mode of Action

Resistencia (% de casos por modo de acción)

11. Disruptores microbiales de las membranas del intestino medio (incluyendo OGMs); B. thuringiensis (variedad no especificada).

1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010 2013

Cry1Ac

Bta

Cry3Bb1

mCry3A

Cry1Ab

Cry1F

Cry2Ab

Cry1Ca

Btk

Cry1Ba

Cry2Aa

BtHD73

MVP II

BtkHD-1

Cry1Da

CryIC

Bt ts

Bt toxinas

Bt

tox

ina

s

año

Btk = Bt kurstaki

Bta= Bt aizawaii

Bt ts = Bt tenebrionensis

toxinas de Bt * año

Monitoreo de resistencia. Bioensayos

1) Incorporadas a la dieta 2) Sobre la dieta 3) Tejido vegetal

2

5

10

20

30

40

50

60

70

80

90

95

98

3

4

5

6

7

Pro

bit

s

Mo

rta

lid

ad

(%)

Dosis

PRTampsS

Log dosis mortalidad

LC 50 S= 1

LC50= Tamps =3

LC50=PR 1200

Radio de resistencia= LC50 S/LC5p poblacion de campo

RR= 1

RR Tamps =3

RR PR=1200

Andow and Alstad, 1997, J. Econ. Entomol. 91: 572-578

Expected to reveal 1 resistance allele among 250 isofemale lines, when the resistance allele frequency is 10-3

F2 Screen

Carlos Blanco et al several publications

Importancia de la dosis

2

5

10

20

30

40

50

60

70

80

90

95

98

3

4

5

6

7

Pro

bit

s

Mo

rta

lid

ad

(%)

Dosis

RRSRSS

Importancia de la dosis

R=Resistente

S=Susceptible

2

5

10

20

30

40

50

60

70

80

90

95

98

3

4

5

6

7

Pro

bit

s

Mo

rta

lid

ad

(%)

Dosis

RRSRSS

Importancia de la dosis

R=Resistente

S=Susceptible

Concentracion de

la toxina

Redibujado de Hutchison et a. 2013

2

5

10

20

30

40

50

60

70

80

90

95

98

3

4

5

6

7

Pro

bit

s

Mo

rta

lid

ad

(%)

Dosis

RRSRSS

Importancia de la dosis

R=Resistente

S=Susceptible

Dosis alta: La resistencia es funcionalmente

recesiva

Concentracion de

la toxina

Redibujado de Hutchison et a. 2013

2

5

10

20

30

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60

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95

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3

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5

6

7

Pro

bit

s

Mo

rta

lid

ad

(%)

Dosis

RRSRSS

Heterozigotos son los mas abundantes (~50%)

R=Resistente

S=Susceptible

Dosis alta: Resistencia es funcionalmente recesiva

Dosis baja: Incrementa la seleccion de insectos que portan R

Concentracion de

la toxina

Redibujado de Hutchison et a. 2013

2

5

10

20

30

40

50

60

70

80

90

95

98

3

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5

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7

Pro

bit

s

Mo

rta

lid

ad

(%)

Dosis

RRSRSS

Heterozigotos son los mas abundantes (~50%)

R=Resistente

S=Susceptible

Dosis alta: Resistencia es funcionalmente recesiva

Dosis baja: Incrementa la seleccion de insectos que portan R

Concentracion de

la toxina

Redibujado de Hutchison et a. 2013

Plaga

Cultivo

Bt Toxina País Años

Dosis

alta Freq inicial

B. fusca Maíz Cry1Ab Sudafrica 8 No ?

D. v. virgifera Maíz Cry3Bb USA 7 No No

H. zea Algodón Cry1Ac USA 6 No No

P. gossypiella Algodón Cry1Ac India 6 No ?

S. frugiperda Maíz Cry1F USA 3 No ?

>50% insectos resistentes y se observa una reduccion en la eficacia

Table 1. Evaluacion de resistencia en campo en

cultivos Bt

Modificado de Tabashnik et al. 2013

Nature biotechnology 31 (6): 510-521

Reduced efficacy

1–6% resistant

<1% resistant

Susceptible

Figure 3 Resistance of major pest species to Bt crops in 2005 and

2010. For each pest species, the color indicates the status of the

most resistant population. In 2005, the only pest with resistant field

populations was H. zea; the other eight pests evaluated were

susceptible. Data for 2005 (n = 9 species) Nature biotechnology 31

(6): 510-521.

2005 2010

Resistencia de diabrotica a Maiz Bt

Perdidas inesperadas 2009

Picture from Dr. Ken Ostlie, Univ of Minnesota

ñ ñ ñ

Minnesota field 2009 - Cry3Bb / Refuge strips

CRW Bt Rows

Doblados 35% Refuge Rows

Doblados < 1%

Ken Ostlie, Univ. of Minnesota

refugio re

fug

e

CRW Bt

Ken Ostlie, Univ. of Minnesota

• Siembra continua de

maiz

• Uso de solo un tipo de

BT-corn

• No cumplimiento del

refugio

Factores:

En 2012:

Numero de casos sospechosos se

incremento y distribuyo en 6 estados

del Medio Oeste: IA, MN + MO, NE,

SD, WI Ken Ostlie

Pictures courtesy of A. Gassmann, ISU

Collecta de

huevecillos

Infestacion de

plantas

(huevecillos)

Recuperacion

& conteo larvae

Iowa State University

Bioensayos de resistencia

Resistance en gusano cogollero

• Menos sensible a Cry1F

• Aislamiento geografico

• Sitio de refugio

• Sequia. Migracion.

Storer et al. 2010. J. Econ. Entomol. 103(4): 1031Ð1038 (2010)

Blanco et al 2010. Southwestern Entomologist 35 (3).

Conclusiónes

1) Muy pocos casos de resistencia desde 1996 a la fecha

(420 millones ha).

2) El sitio de refugio es muy importante para retrazar el

desarrollo de resistencia, y se debe poner un enfasis

en el cumplimiento.

3) La determinacion de la frequencia initialde alelos de

resistencia asi como un monitoreo constante de la

resistencia es critico para el uso sostenido de esta

tecnología.

3) Se deben diversificar los factores de mortalidad

de las plagas.

CIBIOGEM

Marco Antonio Ramírez Velázquez

Rosa Inés González-Torres

Sol Ortiz García

USDA-FAS

Adriana Otero, Khalika Meardry, Adam Branson y Julie

Morin

Department of State-Office of Science and

Technology Cooperation. Kay Hairston

SENASICA Marco Antonio Cervantes García

WorldTAP team (Michigan State University) Karim Maredia, Hashini Galhena, Cholani Weebadde

Agradecimientos

Questions?