Lagartas-do-cartucho resistentes transferem proteína Bt para seus descendentes

25/10/2018 13h09 - Por Embrapa Milho e Sorgo


 
Lagarta-do-cartucho, principal praga do milho - Foto: Marina Torres Lagarta-do-cartucho, principal praga do milho - Foto: Marina Torres

Estudos com a espécie Spodoptera frugiperda, a lagarta-do-cartucho, detectaram uma das proteínas Bt encontradas em cultivares transgênicas de milho – a Cry1F – nos ovos dos seus descendentes.

Assim, antes mesmo que as lagartas eclodam, os embriões já podem ter sido expostos à proteína se a geração anterior se alimentou do milho Bt.

Essa proteína é tóxica ao inseto, no entanto, com sua presença desde a fase de ovos, pode aumentar as chances de selecionar indivíduos resistentes.

"Descobrimos que a exposição da principal praga do milho a uma das proteínas Bt já começa no embrião, o que pode contribuir para a pressão de seleção da resistência", explica a pesquisadora Simone Martins Mendes, da área de Entomologia da Embrapa Milho e Sorgo (MG).

A descoberta, inédita e publicada em setembro na revista científica americana Plos One, pode indicar novos caminhos para entender a rápida seleção da resistência dessa praga às tecnologias transgênicas.

"Em outro trabalho, [publicado em 2016 na revista científica europeia Entomologia Experimentais et Applicata] mostramos que, em quatro gerações de seleção em laboratório, é possível selecionar lagartas resistentes a essa mesma proteína", reitera a pesquisadora.

"Na verdade, temos acompanhado a velocidade da seleção da resistência dessa espécie de praga às proteínas do Bt expressas no milho transgênico nas condições tropicais de cultivo.

Já entendemos que muitos são os fatores que podem contribuir para esse quadro", adianta Simone Mendes.

O artigo publicado na Plos One não é o primeiro trabalho científico que mostra o processo de transmissão da proteína Bt para os ovos de insetos.

A pesquisadora Debora Pires Paula, da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia (DF), detectou anteriormente a proteína Cry1Ac nos ovos de outro lepidóptero, o inseto Chlosyne lacinia, popularmente conhecido como lagarta-do-girassol, após o consumo da proteína pelos parentais, e também em ovos da joaninha predadora Harmonia axyridis.

"Contudo, a Spodoptera frugiperda é a principal espécie-alvo da tecnologia Bt no milho que apresentou quebra de resistência à tecnologia para populações coletadas em 2012", relata a cientista.

O mecanismo de resistência

De acordo com a engenheira agrônoma Camila Souza, autora do estudo que foi tema de dissertação de mestrado no programa de pós-graduação em Entomologia na Universidade Federal de Lavras (Ufla), a resistência a pragas é um dos principais efeitos indesejáveis da expressão de genes cry em culturas Bt e é considerada uma das principais ameaças ao uso sustentável das tecnologias transgênicas.

"As implicações que os processos de transferência da proteína Bt podem ter na evolução da resistência a insetos e até mesmo em organismos não alvo, como nos inimigos naturais, permanecem desconhecidas. Todavia, precisam ser investigadas, pois esses resultados mostram que os organismos não alvo podem ter acesso à proteína tóxica não somente por via direta, por meio de uma presa exposta à proteína, mas também indiretamente, pelos descendentes que ainda não tiveram contato por meio da ingestão da proteína", demonstra.

A resistência pode ser caracterizada quando uma população de um inseto deixa de ser controlada pela toxina presente na planta transgênica e consegue sobreviver durante todo o ciclo, alimentando-se dessa planta e se reproduzindo.

"Naturalmente existem indivíduos nas populações da praga que sobrevivem às proteínas do Bt. Porém, em condições normais, ou seja, sem a exposição constante às plantas transgênicas, a frequência com que esses indivíduos ocorrem é baixa.

O processo de seleção da resistência nada mais é que o aumento da frequência de ocorrência desses insetos na população", explica a pesquisadora Simone Mendes.

"No caso do presente estudo, observamos que existe o sequestro da proteína Cry1F da planta Bt para a prole descendente, sendo que essa proteína é transferida dos pais para os ovos", conclui.

Segundo a autora do estudo, a agrônoma Camila Souza, a alimentação de lagartas com folhas de milho contendo a proteína Cry1F, mesmo que apenas por cinco dias, de acordo com a metodologia utilizada, propiciou o sequestro e a transferência da proteína Bt das plantas para a geração seguinte.

"A detecção da proteína Cry1F nos ovos de Spodoptera frugiperda, depois da exposição dos pais à proteína tóxica, confirma que as larvas são capazes de sequestrar a proteína presente nas folhas de milho e transferi-la para a sua prole.

Em condições de campo, essa exposição pode ocorrer durante todo o ciclo de desenvolvimento do inseto.

Por isso, são necessários estudos para entender todas essas interações no processo de seleção da resistência", complementa a engenheira-agrônoma.

O trabalho comprovou também que ambos os sexos do inseto têm a capacidade de transmitir a proteína Bt aos descendentes.

"Quando ambos os pais foram expostos à proteína, a concentração de Cry1F sequestrada nos ovos foi significativamente maior (quase o dobro) em relação a quando apenas o macho ou a fêmea foram expostos à proteína", enfatiza Souza.

Foram avaliadas populações de lagartas resistentes à proteína Cry1F com ambos os sexos expostos à mesma proteína; lagartas resistentes com apenas o macho exposto à Cry1F; lagartas resistentes com apenas a fêmea exposta; e lagartas suscetíveis não expostas à proteína que serviram como tratamento-controle.

Todas as populações avaliadas – resistentes e suscetíveis – foram expostas à proteína no final da fase de desenvolvimento larval.

A quantificação da proteína Cry1F nos ovos foi realizada no Laboratório de Bioquímica e Biologia Molecular da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia, em Brasília (DF).

Os resultados mostram que houve diferença significativa em relação à sobrevivência larval quando lagartas resistentes e suscetíveis foram expostas à proteína Cry1F.

"Obviamente, a população suscetível apresentou 100% de mortalidade. Contudo, entre as lagartas resistentes, a sobrevivência variou entre 85% e 90%, em média, sendo que os insetos completaram o ciclo de desenvolvimento.

Esses resultados mostram que a característica de resistência entre a população resistente foi mantida e que a população suscetível continuou sendo controlada pela proteína Cry1F.

Foi verificado também que essa proteína não teve efeito prejudicial na reprodução e longevidade", explica Camila Souza.

"Nossos resultados contribuem para o entendimento da evolução da resistência e reforçam a importância do uso adequado de áreas de refúgio (veja acima figuras que ilustram a pressão de seleção), uma vez que, quando ambos os sexos resistentes são expostos à proteína, o sequestro e a transferência para os ovos são potencializados", cita a autora. Refúgio é uma área, dentro da lavoura, onde se planta o milho sem a tecnologia Bt.

Seu papel é reduzir a exposição dos insetos-praga ao mecanismo de ação dos transgênicos. Os insetos que nascem na área de refúgio continuam suscetíveis à toxina transgênica e podem se acasalar com os resistentes e, assim, diluir a população de indivíduos que desenvolveram resistência.

"Se imaginarmos a existência das áreas de refúgio em proporção adequada, haveria maior possibilidade de somente um dos pais ser exposto à proteína, reduzindo a exposição embrionária.

Além disso, o acasalamento com os indivíduos suscetíveis vindos da área de refúgio teria papel fundamental na redução da exposição dos embriões à proteína de forma prematura.

As implicações que esses processos podem ter na evolução da resistência a insetos e no manejo de culturas Bt permanecem desconhecidas, e as consequências da transferência de proteínas Bt precisam ser estudadas", destaca a pesquisadora.

Como funciona o Bt

Um dos principais problemas surgidos após a ampla adoção do milho Bt foi a seleção de insetos-alvo resistentes às proteínas tóxicas que até então controlavam as principais pragas da cultura, como a lagarta-do-cartucho.

O milho Bt expressa uma ou mais proteínas da bactéria Bacillus thuringiensis, que possuem atividade inseticida contra os insetos-alvo.

No Brasil, o primeiro evento de milho transgênico foi liberado para uso comercial pela Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBio) em 2008.

"Nesses dez anos de utilização da tecnologia transgênica em milho, houve grandes transformações do manejo de praga da cultura", avalia a pesquisadora Simone Martins Mendes.

Segundo dados de agosto de 2018, da Consultoria Céleres, publicados no documento "20 anos da adoção da biotecnologia agrícola no Brasil: lições aprendidas e novos desafios", a área plantada com cultivares de milho geneticamente modificado atingiu 107,3 milhões de hectares na última safra, considerando o acumulado entre as safras de verão e de inverno.

"A velocidade de adoção do milho transgênico ultrapassou o patamar de 90% da área total da safra de inverno, em apenas dez temporadas de liberação comercial", informa a consultoria.

"O risco potencial para a evolução da resistência é alto para a lagarta-do-cartucho porque o sistema de produção no Brasil tem sobreposição temporal e espacial do milho Bt.

No campo, essas culturas estão expostas à população de Spodoptera frugiperda, sendo que a pressão de seleção é intensa em cada geração da praga, aumentando o risco de seleção de indivíduos resistentes", diz a agrônoma Camila Fernandes.

Preservação da tecnologia

Segundo a engenheira-agrônoma, para prolongar a eficácia de culturas Bt é essencial desenvolver uma gestão estratégica para atrasar a evolução da resistência de pragas aos transgênicos.

Uma das principais estratégias apontada pela pesquisa é a utilização da chamada alta dose (elevada expressão, nas cultivares, da proteína Bt) juntamente com a adoção da área de refúgio, impedindo a evolução da resistência.

Outro método para o manejo da resistência é a introdução de eventos transgênicos piramidados, ou seja, a combinação de diferentes genes em um só híbrido provendo controle independente contra a mesma praga.

As proteínas Vip3a20, por exemplo, possuem características importantes como a resistência a insetos em que a proteína Cry já não faz mais efeito.

A execução do trabalho foi viabilizada por meio da parceria de diversas instituições, como a Embrapa Milho e Sorgo, a Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia, a Universidade de Minnesota, nos Estados Unidos, e a Universidade Federal de Lavras.

 
Lagarta-do-cartucho e seus efeitos numa planta de milho - Foto: Ivan Cruz Lagarta-do-cartucho e seus efeitos numa planta de milho - Foto: Ivan Cruz
 
Postura da Spodoptera frugiperda - Foto: Arquivo Embrapa Postura da Spodoptera frugiperda - Foto: Arquivo Embrapa
 
Lagarta-do-cartucho no milho - Foto: Guilherme Viana Lagarta-do-cartucho no milho - Foto: Guilherme Viana

 
Artigo publicado na revista científica Plos One - Foto: Reprodução Artigo publicado na revista científica Plos One - Foto: Reprodução

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