5/30/2015

1

BiotehnologiiOrganismele Organismele

modificate genetic

manipularea DIRECTĂ a informaţiei genetice

Ingineria genetică

“editarea” genomului

Ingineria genetică

DEFINIŢIE-reprezintă o strategie de îmbunătăţire a structurii genetice, cu totul diferită de ameliorarea clasică sau cea asistată de markeri-utilizează ADN-ului recombinat şi a transferului asexuat de material genetic, în vederea modificării structurii genetice sau expresisei anumitor gene/caractereg p g /-sinonimă modificării genetice, manipulării genetice, iar rezultatul acestui proces este un organism modificat genetic (OMG; genetically modified organism/GMO; recombinant DNA modified organism; genetically engineered organism)-elementele principale ale acestui proces sunt:

(1) caracterul ţintă/de interes(2) metoda de transfer(3) designul vectorului şi markerii de selecţie(4) metoda de regenerare

-o importanţă deosebită trebuie acordată şi următoarelor aspecte:

(1) expresia şi stabilitatea transgenelor,(2) legislaţia privind introducerea, comercializarea şi siguranţa OMG-urilor

preluareaintroducerea

Transformarea genetică

încorporareaexprimarea

materialului genetic exogen

Transformarea genetică

ORIGINEA ADN-ULUI TRANSFERAT

Source of genetic modification

Genetic variability via conventional breeding

Genetic distance

Transformarea genetică

ORIGINEA ADN-ULUI TRANSFERAT

f g

Intragenic Within genome Possible Low

Famigenic Species in the same family Possible

Linegenic Species in the same lineage Impossible

Transgenic Unrelated species Impossible

Xenogenic Laboratory-designed genes Impossible High

5/30/2015

2

CARCATERELE DE INTERES-diferenţa fundamentală între ingineria genetică şi ameliorarea clasică/cea asistată de markeri este posibilitatea introducerii (doar) a unor exogene ce controlează caractere ce nu sunt prezente în planta ţintă/receptoare (ce urmează a fi transformată) (ex., gene de rezistenţă al erbicide)-ingineria genetică permite şi modificarea genelor (informaţiei genetice)

Transformarea genetică

ingineria genetică permite şi modificarea genelor (informaţiei genetice) native, în scopul modificării expresiei scestora (reducere – down-regulationsau creşterea – up-regulation)

METODELE DE TRANSFER(1) transferul de gene indirect – utilizează un organism intermediar (vector)

(ex., Agrobacterium tumefaciens, A. rhizogenes) pentru transferul ADN-ului străin în viitoarea celulă gazdă

(2) transferul de gene direct – este o modalitate mai simplă şi uneori mai eficientă (mai ales pentru angiosperme şi monocotiledonate) (ex., electroporarea, metoda biolistică)

DESIGNUL VECTORULUI ŞI MARKERII DE SELECŢIE

METODA DE REGENERARE

Transformarea genetică

Metoda biolistică Metoda biolistică

Metoda biolistică Metoda biolistică

PCR analysis of T0 plants. M: 1 kb DNA ladder, Lane 1: is negative control without DNA template; Lane 2: pRQ6 plasmid with the hpt gene; Lanes 3, 12 and 13 are untransformed watermelon plants; Lanes 4-11 are transformed plants amplifying 821 bp PCR products showing the presence of hpt gene.

GUS expression on cotyledon segments at 1100 psi and 6 cm target distance 24 h after bombardment: (a) Diverse of GUS expression and (b) GUS spot near to meristem (as shown by arrow). Bar = 1 mm.

Histochemical GUS assay, (a) Untransformed plant after 4 weeks in culture, (b) GUS expression of a cotyledon explant 4 weeks after bombarded with pCAMBIA 1301, (c) Untransformed plant after 4 months in culture and (d) GUS expression after 4 months on medium without antibiotic (Control plant after bombarded with pRQ6). Bar = 4 mm.

Putative transformed plant at T0 generation: (a) Untransformed plant on selection medium and (b) Transformed plant on 5 mg L-1 hygromycin after 2 months. Bar = 5 mm.

5/30/2015

3

‘Agrobacterium-mediated’ ‘Agrobacterium-mediated’

‘Agrobacterium-mediated’

‘Agrobacterium-mediated’ Transformarea genetică

5/30/2015

4

Culturile transgenice Suprafaţe

suprafaţă totală 23,8 mil hasuprafaţă agricolă 14,8 mil ha

al 19-lea an (din 1996) de cultivare comercială a culturilor transgenice-suprafaţa globală: 181,5 mil ha (de la 1,7 mil ha, în 1996)-reprezintă, în continuare, tehnologia agricolă cu cea mai rapidă răspândire-20 ţări în curs de dezoltare şi 8 ţări industrializatepentru al doilea an consecutiv, ţările în curs de dezvoltare au deținut o suprafață

Culturile transgenice, 2014

mai mare decât statele industrializate (adică 54%, respectiv 94 milioane ha) -peste 18 milioane de producători90% (peste 16,5 milioane) sunt din categoria celor cu exploataţii mici-primele 5 ţări cultivatoare: SUA, Brazilia, Argentina, India, Canada-mai mult de 10 specii cultivate: porumb, soia, bumbac, trestie de zahăr, cartof...papaia, vinete, dovlecel-Africa, Asia-suprafeţele au crescut şi în UE, principalul cultivator fiind Spania-perspective: prudent optimiste, cu sporuri anuale modeste

Beneficiile oferite de culturile ameliorate prin biotehnologie – ISAAA

“Din 1996 până în 2012, culturile transgenice au contribuit la securitatea alimentară,

durabilitatea şi protejarea mediului prin: un spor de producţie agricolă evaluat la 116,9

miliarde US$; un mediu mai curat, prin evitarea aplicării a 497 milioane kg pesticide

“From 1996 to 2012, biotech crops contributed to Food Security, Sustainability and the Environment/Climate Change by: increasing crop production valued at US$116.9 billion; providing a better

Culturile transgenice

The latest provisional information for the period 1996 to 2013, provided by Brookes and Barfootof PG Economics, indicates biotech crops continue to have a significant, positive impact on food security, sustainability and climate change by:• Increasing crop production

valued at US$133 billion• Saving approximately 500

million kg a.i. (active ingredient) of pesticides

• In 2013 alone, reducing CO2 emissions by 28 billion kg, equivalent to taking 12.4 million cars off the road for one year; compared to CO2 emission reductions equal to removing 11.8 million cars in 2012

• Helping to alleviate poverty for h 6 5 illi ll

p g p(substanță activă); numai în 2012 au fost

reduse emisiile de CO2 cu 26,7 mld. kg, echivalent cu retragerea din circulaţie a 11,8

milioane automobile; conservarea biodiversităţii prin evitarea introducerii în

cultură a 123 milioane hectare de teren între 1996-2012; în sfârşit, au ajutat la atenuarea

sărăciei pentru peste 16,5 milioane de mici fermieri şi familiile lor, în total mai mult de 65 milioane de oameni, dintre care unii fac parte

dintre cei mai săraci oameni din lume. Culturile biotehnologice sunt esenţiale, dar nu constituie un remediu universal, iar adoptarea

cu stricteţe a bunelor practici agricole, a rotaţiei şi managementului fenomenului de

rezistenţă sunt obligatorii în cazul lor, ca şi în cazul culturilor convenţionale, de altfel.”

; p genvironment, by saving 497 million kg a.i. of pesticides; in 2012 alone reducing CO2 emissions by 26.7 billion kg, equivalent to taking 11.8 million cars off the road for one year; conserving biodiversity by saving 123 million hectares of land from 1996-2012; and helped alleviate poverty for >16.5 million small farmers and their families totaling >65 million people, who are some of the poorest people in the world. Biotech crops are essential but are not a panacea and adherence to good farming practices such as rotations and resistance management, are a must for biotech crops as they are for conventional crops.”

more than 16.5 million small farmers and their families, totaling 65 million people –some of the poorest in the world.

A rigorous meta-analysis conducted by Klumper and Qaim(2014) from Europe analyzed nearly 150 published biotech crop studies using primary data from farm surveys or field trials worldwide and reconfirmed the environmental benefits of biotech crops. The analysis noted that, since 1995, GM technology has:• Reduced chemical pesticide

use 37 percent• Increased crop yields 22

percent• Increased farmer profits 68

percent.

Tipuri deplante de cultură transgenice

Tipuri deplante de cultură transgenice

5/30/2015

5

IMPACT SEMNIFICATIV ÎN AGRICULTURA MONDIALĂ-toleranţa la erbicide rezistenţa la atacul insectelor

“PLANTĂ DE CULTURĂ REZISTENTĂ LA ERBICIDE” (uneori denumită şi tolerantă)

Plante de cultură transgenicePlante de cultură transgenice rezistente la erbicide

PLANTĂ DE CULTURĂ REZISTENTĂ LA ERBICIDE (uneori denumită şi tolerantă) -linii transgenice rezistente la erbicidelinii obţinute prin ameliorare convenţională (ex. mutageneză şi selecţie)

CULTURI COMERCIALE DE PLANTE TRANSGENICE REZISTENTE LA ERBICIDE -mijlocul anilor 1990, în Statele Unite şi Canada(posibil) înaninte de 1990, în China-categorie diversificată

• substanţe active asociate• taxoni• transgene (majoritatea bacteriene)

Denumire comercială: Flavr Savr ("flavor saver"; CGN-89564-2)Producător: Calgene199219941997

ADOPTAREA RAPIDĂ-beneficii economice clare pentru cultivatoriconsiderente de ordin social şi ecologic

Avantajeleplantelor de cultură transgenice rezistente la erbicide

COMPARATIV CU SISTEMELE DE CULTURĂ CONVENŢIONALE-management mult îmbunătăţit (simplitate, confort, flexibilitate, siguranţă)pentru controlului buruienilor, care a determinat sporirea recoltelor -erbicidele asociate sunt mai puţin toxice şi persistente-reducerea semnificativă sau chiar totală a lucrărilor mecanice de întreţinere (low-/no-tillage) -impact mai redus asupra mediului prin reducerea poluării, a eroziunii solului şi a consumului de carburanţi

CONTROVERSE-determinate de potenţialul impact asupra siguranţei alimentelor şi mediului înconjurător, economic şi social

• efectul impurificării biologice (prezenţei accidentale) asupra coexistenţei diferitelor sisteme de cultură (i.e. convenţionale, organice şi transgenice)

• rezistenţa buruienilor la erbicide

Dezavantajeleplantelor de cultură transgenice rezistente la erbicide

• creşterea consumului de erbicide

REZOLVAREA PROBLEMELOR-nu metoda de obţinere a plantelor rezistente la erbicide, ci tocmai acest caracter, precum şi particularităţile sistemelor de cultură bazate pe exploatarea sa, trebuie avute în vedere pentru diminuarea impactului asupra mediului şi maximizarea beneficiilor-evitarea utilizării excesive a unui erbicid sau clase de erbicide cu acelaşi mecanism de acţiune-implementarea unor sisteme integrate de management al buruienilor

plante de cultură transgenice rezistente la fosfinotricin (glufosinatul de amoniu)-plante de cultură transgenice rezistente la glifosat

Tipuri deplantele de cultură rezistente la erbicide

-plante de cultură transgenice rezistente la bromoxinil-plante de cultură non-transgenice rezistente la (diferite) erbicide-potenţiale plante de cultură transgenice rezistente la erbicide

REZISTENȚA NATURALĂ-specii (biotipuri) necultivate (i.e. buruieni) care au dobândit rezistenţa la erbicide datorită presiunii de selecţie

Plantede cultură non-transgenice rezistente la erbicide

REZISTENȚA INDUSĂ PRIN MUTAGENEZĂ CHIMICĂ-aplicată în cazul speciilor cu valoare comercialănu există diferenţe semnificative faţă de plantele cu rezistenţă naturală mult mai uşor acceptate, comparativ cu cele transgenice-gamă variată de taxoni (ex. rapiţă, porumb, floarea sorelui, orez, grâu)-rezistenţa indusă pentru substanţe ca triazina, imidazolinona sau sulfonilurea-introduse încă din anii 1980, în principal în ţările continentului nord-americanrăspândirea şi utilizarea lor este mult mai redusă comparativ cele transgenice

5/30/2015

6

RĂSPÂNDIRE-în 2010, cultivate pe aproximativ 70 milioane hareprezintă categoria de plante transgenice cea mai cultivată la nivel mondial soia ocupă poziţia principală, urmată apoi de rapiță, porumb şi bumbac

Plantede cultură transgenice rezistente la erbicide – glifosat

GLIFOSATUL -substanţa activă a Roundup-ului, erbicid total, cu acţiune sistemică, foarte eficient

UTILIZARE-culturi transgenice rezistente: aplicare postemergentă-în afara culturilor transgenice: erbicidarea suprafeţelor necultivate, erbicidarea preemergentă a suprafeţelor cultivate, iar în cazul aplicării în perioada de vegetaţie este necesară utilizarea unor echipamente speciale care să împiedice contactul direct cu plantele de cultură

MECANISM DE ACŢIUNE-acţionează asupra căii de biosinteză a acidului şikimic prin inhibarea 5-enolpiruvişikimat-3-fosfat sintazei (EPSPS) -acidul şikimic este implicat în producerea aminoacizilor aromatici fenilalanină, tirozină şi triptofan

Plantede cultură transgenice rezistente la erbicide – glifosat

-inhibarea enzimei EPSPS are ca rezultat suprimarea creşterii şi, în cele din urmă, moartea plantei-glifosatul acţionează relativ încet ceea ce permite răspândirea sa în întreaga plantă înainte de apariţia simptomelor

PLANTELE TRANSGENICE REZISTENTE-în cele mai multe cazuri, gena EPSPS a liniei CP4 a speciei Agrobacterium tumefaciens-formă a proteinei EPSPS insensibilă, în general, putând astfel metaboliza aminoacizii aromatici necesari plantei, chiar şi în cazul aplicării erbicidului

IMPACT-efectele negative directe (ex. gradul de toxicitate) ale glifosatului, precum şi alecelorlalte erbicide asociate plantelor transgenice, sunt relativ reduse

• nesemnificativ asupra artropodelor şi vertebratele• modificari temporare la nivelul microflorei solului• toxic pentru unele microorganisme inclusiv pentru o serie de

Plantede cultură transgenice rezistente la erbicide – glifosat

• toxic pentru unele microorganisme, inclusiv pentru o serie de patogeni ai plantelor de cultură

-efectele negative ale utilizării acestor erbicide totale, inclusiv a glifosatului, vor fi doar indirecte: eliminarea populaţiilor de buruieni prin erbicidare, împreună cu adoptarea practicilor low-/no-tillage, au potenţialul de a afecta organismele non-ţintă dintr-un ecosistem, prin modificarea habitatului şi a surselor de hrană-beneficii tehnico-economice indirecte-concluziile: impactul culturilor de plante (transgenice) rezistente la erbicide asupra mediului este relativ redus

GLUFOSINATULUI DE AMONIU-produs sinteticidentic fosfinotricinei sintetizate de bacteria Streptomyces hygroscopicus-mecanism: inhibă enzima glutamin sintetază, prezentă în majoritateaorganismelor vii

Plantede cultură transgenice rezistente la erbicide – glufosinat

-efect: ionii de amoniu se acumulează în celulă determinând toxicitate-aplicare: doze relativ mici, viteză de acţiune mult mai mare decât glifosatul-avantaj: nicio specie de buruieni nu a dezvoltat încă rezistenţă-inactivarea fosfinotricinei: enzima PAT (fosfinotricin-N-acetiltransferaza),produsă de două gene (pat, respectiv bar)-pat, marker de selecţie pentru identificarea celulelor vegetale transformate, sursă de rezistenţă la acţiunea fosfinotricinei-bar, utilizată în majoritatea liniilor transgenice rezistente la glufosinat comercializate în prezent (rapiţă, bumbac sau porumb)

REZISTENŢA LA BROMOXINIL (3,5-dibromo-4-hidroxibenzonitril)-utilizarea întreruptă în 2005

POTENŢIAL

Plantede cultură transgenice rezistente la erbicide

• varietate mare de gene de rezistență la erbicide• potențial deosebit pentru dezvoltarea acestui sector agricol• plante transgenice rezistente la alte erbicide sunt deja disponibile• eforturile de comercializare sunt foarte reduse, în principal datorită

considerentelor de ordin economic

STRATEGII NOI• introducerea transgenelor în genomul cloroplastelor în vederea reducerii

fluxului de gene• crearea unor varietăţi transgenice incapabile de a produce polen (sterilitate

masculă)• utilizarea unor mecanisme moleculare care să împiedice formarea de polen

aspecte agronomice, economice, ecologice şi sociale-gruparea și abordarea acestor aspecte se poate face în diverse moduri

• impactul sistemului de cultură• impactul transgenelor de rezistență la erbicide• siguranța alimentelor şi furajelor• impactul social

Impactul utilizăriiplantelor de cultură transgenice rezistente la erbicide

p-categorie heterogenă

• erbicidul asociat• transgena ce conferă rezistență • taxonul şi caracteristicile sale

-taxonul influențează cel mai mult variabilitatea mare întâlnită în această categorie de plante de cultură (ex., răspândirea porumbului la scară mult mai redusă decât la soia, rapiţă sau bumbac, ceea ce reflectă performanţa mai redusă a acestuia în condiţiile unui sistem de cultură asociat plantelor transgenice rezistente la erbicide)-performanţele şi impactul unei tehnologii agricole depind de locul şimomentul aplicării, şi pot deci varia în timp şi spaţiu

5/30/2015

7

CONCLUZIE-extrapolarea rezultatelor şi concluziilor experimentale nu este întotdeauna posibilă

Impactul utilizăriiplantelor de cultură transgenice rezistente la erbicide

EXEMPLU-evaluarea comparativă-o zonă cu climat temperat şi una cu climat tropical-persistenţa erbicidelor la nivelul solului-degradarea făcută de microorganisme, fenomen puternic influenţat de temperatură, este mai intensă în cea de a doua situație-efectul aplicării substanţei active asupra plantelor este acelaşi indiferent de climatul în care este utilizat

(1) impactul sistemului de cultură

Impactul utilizăriiplantelor de cultură transgenice rezistente la erbicide

(2) impactul transgenelor de rezistență la erbicide(3) siguranța alimentelor și furajelor(4) impactul social

1. Sistemul de cultură1.1. Productivitatea şi calitatea recoltelor

POTENŢIAL PRODUCTIV AL GENOTIPULUI RECEPTOR• transformarea genetică a unor genotipuri superioare• ameliorare ulterioară transformării genetice• concluzie: productivitate comparabilă cu cea a varietăţilor

convenţionale

CARACTERUL TRANSGENIC-control mult mai bun al buruienilorconcluzie: producţii mai bune comparativ cu sistemele convenţionale(în special în cazul în care buruienile sunt greu de controlat)

INFLUENŢA CONDIŢIILOR DE MEDIU (FACTORII PEDOCLIMATICI)-redusă asupra caracterului transgenic poate fi semnificativă asupra celorlalte proprietăţi agronomice-speciile şi varietăţile transgenice utilizate într-un anumit areal de cultură trebuie să fie cât mai bine adaptate la condiţiile respective

ERBICIDELE-principalul element de control al buruienilor din sistemele agricole moderne

POTENŢIALE PROBLEME ASOCIATE CULTURILOR TRANSGENICE-modificarea consumului de erbicide – sporirea cantităţii de substanţe aplicate

1. Sistemul de cultură1.2. Consumul de erbicide şi managementul buruienilor

-impact ecologicrisc pentru sănătatea consumatorilor

ANALIZA COMPARATIVĂ TREBUIE BAZATĂ PE• doza de aplicare• nivelul de toxicitate• eficacitatea

GLIFOSATUL ŞI GLUFOSINATUL-doze de aplicare relativ maririsc toxicologic şi impact ecologic redus

INTRODUCEREA PLANTELOR REZISTENTE ÎN CÂMPURI PUTERNIC ÎMBURUIENATERĂSPÂNDIREA PLANTELOR TRANSGENICE REZISTENTE LA ERBICIDE-dezvoltarea rezistenţei buruienilor şi schimbarea densităţii şi ansamblului de specii de plante-

l d b d l l d l

1. Sistemul de cultură1.2. Consumul de erbicide şi managementul buruienilor

creşterea consumului de erbicide în culturile de plante transgenice

TENDINŢA FERMIERILOR DE A APLICA DOZE MARI• pe termen scurt, control mai bun al buruienilor• pe termen lung, repercursiuni negative asupra eficienţei sistemului

DRIFTUL -problemă asociată utilizării erbicidelor, indiferent de tipul de cultură-în contextul culturilor transgenice pagubele pot fi substanţiale, deoarece erbicidele sunt neselective şi sunt utilizate în perioada de vegetaţie

STUDII PRIVIND CONSUMUL DE ERBICIDE ÎN CULTURILE TRANSGENICE-creşteremodificări nesemnificativescădere

SOLUŢII

1. Sistemul de cultură1.2. Consumul de erbicide şi managementul buruienilor

SOLUŢII-aplicare (dpdv. agrotehnic) corectă -utilizarea unor sisteme integrate de management al buruienilor-introducerea altor erbicide în sistemele de producţie bazate pe plante transgenice rezistente

DEZVOLTAREA REZISTENŢEI -creşterea dozelor de aplicare a erbicidelor deja utilizate – necesitatea utilizării unor erbicide suplimentare – diminuarea (eliminarea) beneficiilor iniţiale ale culturilor transgenice

5/30/2015

8

COMBUSTIBILII-necesari în agriculturăpondere mare în cadrul cheltuielilor totale

1. Sistemul de cultură1.3. Consumul de combustibili. Poluarea solului, apei şi aerului

pondere mare în cadrul cheltuielilor totalesursă majoră de poluare

IMPACTUL CULTURILOR TRANSGENICE-indirect: în principal, reducerea lucrărilor mecanizate destinate eliminării buruienilor-reducerea cheltuielilorreducerea poluării

GLIFOSATUL -rapid degradat de flora microbiană-substanţă uşor solubilă în apă-uşor imobilizat de către particulele de sol – rapid şi puternic adsorbit de majoritatea tipurilor de sol iar riscul de contaminare a apelor freatice şi de

1. Sistemul de cultură1.3. Consumul de combustibili. Poluarea solului, apei şi aerului

majoritatea tipurilor de sol – iar riscul de contaminare a apelor freatice şi de suprafaţă este relativ redus

STUDII-efectele contaminante ale glifosatului asupra solului, apei şi aerului suntminime, în comparaţie cu alte erbicide utilizate în agricultură

POTENŢIALUL CULTURILOR TRANSGENICE-posibilitatea reducerii poluării şi degradării mediului înconjurător (poluare şi consum de combustibili)

CULTURILE (TRANSGENICE) REZISTENTE LA ERBICIDE-reducerea numărului de lucrări aplicate solului

1. Sistemul de cultură1.4. Eroziunea şi compactarea solului

-minimizarea eroziunii solului sub influenţa apei şi vântului – unul dintre cele mai distructive efecte ale agriculturii asupra mediului-reducerea/diminuarea

• poluării cu praf• pierderii apei din straturile superficiale• gradului de compactare al solului • spălării în profunzime a diverselor substanțe (ex. nutrienţi, pesticide)

ATENŢIE!-reducerea sau eliminarea lucrărilor mecanice de combatere a buruienilor +

1. Sistemul de cultură1.4. Eroziunea şi compactarea solului

+ controlul acestora doar cu un erbicid=înaltă presiune de selecţie a rezistenţei la erbicid-posibilitatea reintroducerii permanente sau temporare a lucrărilor mecanizate ceea ce ar afecta semnificativ beneficiile oferite de sistemele de cultură a plantelor transgenice rezistente la erbicide-soluţie: aplicarea unor strategii integrate de control al buruienilor

DEZVOLTAREA REZISTENŢEI-este porsibilă în orice zonă/sistem de cultură-condiţie: presiunea de selecţie determinată de utilizarea repetată a aceluiaşi erbicid/erbicide cu acelaşi mecanism de acţiune

1. Sistemul de cultură1.5. Dezvoltarea rezistenţei buruienilor la erbicide

/ ş ţ

ÎN CADRUL CULTURILOR TRANSGENICE REZISTENTE LA ERBICIDE-riscul cel mai probabil asociat culturilor transgenice rezistente la erbicide-risc mai mare decât fluxul de gene -consecinţă inevitabilă-presiunea de selecţie este mai mare datorită • erbicidului total care înlocuieşte sistemul clasic de pesticide + lucrări mecanizate • răspândirii rapide şi la scară destul de mare a acestui tip de cultură

ISTORICUL DEZVOLTĂRII REZISTENŢEI BURUIENILOR LA ERBICIDE-primele decenii de utilizare – nu a fost semnalată apariţia rezistenţei-rezistenţa nu a apărut odată cu introducerea plantelor transgenice rezistente la

1. Sistemul de cultură1.5. Dezvoltarea rezistenţei buruienilor la erbicide

rezistenţa nu a apărut odată cu introducerea plantelor transgenice rezistente la erbicide, ci este caracteristică tuturor sistemelor de cultură, fiind menţionată ca potenţială problemă încă din anul 1957-după 1970 incidenţa acestui fenomen a crescut liniar; la începutul anului 2012 erau deja semnalate peste 370 de biotipuri rezistente la diverse erbicide-de la mijlocul anilor 1990 (odată cu introducerea plantelor transgenice rezistente la erbicide) şi până la mijlocul anilor 2000, au fost raportate genotipuri rezistente la glifosat, aparţinând mai multor specii de buruieni-rezistenţa buruienilor la glufosinat nu a fost încă semnalată

5/30/2015

9

MĂSURI:-utilizarea raţională

1. Sistemul de cultură1.5. Dezvoltarea rezistenţei buruienilor la erbicide

-evitarea monoculturilor-evitarea aplicării repetate, în perioada de vegetaţie, precum şi an de an, a aceluiaşi erbicid sau a unor erbicide cu mecanism de acţiune identic-implementarea unor sisteme integrate pentru controlul buruienilor; diversificarea metodelor de eliminare a buruienilor este esenţială pentru controlul dezvoltării rezistenţei buruienilor la erbicide

ORICE SISTEM AGRICOL-afectează biodiversitatea (plante, microorganisme, insecte, animale etc.)determină schimbarea compoziţiei ansamblurilor populaţiilor de buruieni (weed shifts)

1. Sistemul de cultură1.6. Biodiversitatea. Weed shifts. Speciile invazive

INFLUENŢA CULTURILOR TRANSGENICE• erbicidele utilizate pentru controlul buruienilor• reducerea lucrărilor mecanice de întreţinere a culturilor (low-/no-tillage)• fluxul interspecific de gene

SCHIMBAREA COMPOZIŢIEI ANSAMBLURILOR POPULAŢIILOR DE BURUIENI -populaţiile de buruieni constituie habitate şi sursă de hrană pentru populaţiile de microorganisme, insecte, animale etc.-creşterea biomasei înainte şi după perioada de ocupare a terenuluireducerea biomasei în timpul perioadei de vegetaţie

BIODIVERSITATEA-efectele variabile-concluzie: schimbările în compoziţia ansamblurilor populaţiilor de buruieni nu afectează biodiversitatea

1. Sistemul de cultură1.6. Biodiversitatea. Weed shifts. Speciile invazive

PREVENIRE-implementarea unui asolament optimimplementarea unui sistem integrat de control al buruienilor

SPECII INVAZIVE-anumite specii exotice pot deveni invazive -recoltele plantelor transgenice rezistente la erbicide – grad ridicat de puritate –conţinut redus de seminţe ale altor specii – risc redus de răspândire a unor specii exotice cu potenţial invaziv

EFECTELE POTENȚIALE DETERMINATE DE• influenţa substanţelor active• efectul exudatelor radiculare• transferul orizontal de gene de la plantele transgenice• sistemul de practici agricole specifice

1. Sistemul de cultură1.7. Efectele asupra microflorei solului

STUDII-modificările nesemnificative sau ca având un caracter tranzient-posibil neconcludente-necesitatea efectuării unor cercetări mai aprofundate şi detaliate, abordare ‘de la caz la caz’-probabilitate ca efectele şi rezultatele să varieze în timp şi spaţiu

STUDII-puţin probabil ca aplicarea erbicidului să afecteze reacţia plantei la t l t il

1. Sistemul de cultură1.8. Efectele asupra patogenilor

atacul patogenilor -scăderea gradului de infecţiesubstanţa activă poate spori susceptibilitatea la acţiunea patogenilor-glifosatul este toxic pentru anumite miroorganisme, inclusiv pentru o serie de agenţi patogeni-lipsa rezultatelor concludentenecesitatea aprofundării studiilor (ex. interacţiunilor erbicid-patogen)

STUDII-efectul direct: nesemnificativ al glifosatului sau glufosinatului de amoniu asupra speciilor de artropode, păsări sau animale-

1. Sistemul de cultură1.9. Efectele asupra faunei

efect indirect: buruienile reprezintă o importantă sursă de hrană (biomasă, ansamblul populațiilor) şi poate afecta biodiversitatea nevertebratelor, păsărilor şi animalelor-practicile agricole asociate (ex. low-/no-tillage) pot avea efecte semnificative

STRATEGII PENTRU DIMINUAREA IMPACTULUI• erbicidare în benzi, dacă este posibil• erbicidare întârziată care să permită buruienilor un anumit grad de dezvoltare

5/30/2015

10

1. Sistemul de cultură 1. Sistemul de cultură

IMPACT-migrarea (fluxul) transgenei-prezenţa (nedorită/accidentală) în alte populaţii

• sălbatice• de buruieni

2. Transgena

• de buruieni • de plante cultivate

FLUXUL TRANSGENELOR (gene flow) -clasificare după mai multe criterii (ex. mecanism, efecte)• fluxul interspecific prin intermediul polenului (!introgresia)• fluxul intraspecific prin intermediul polenului (!coexistenţa)• fluxul prin intermediul seminţelor în culturi comerciale – crop volunteers• fluxul prin intermediul seminţelor în populaţii sălbatice – feral crops• fluxul de gene prin intermediul plantelor individuale/părţilor vegetative-tipurile doi şi trei au cel mai mare potenţial de a afecta agricultura, dar impactul lor este doar temporar

2. Transgena

APARIȚIA FLUXULUI DE GENE -caracteristicile plantelor implicate:

• compatibilitatea sexuală a celor două populaţii • tipul de polenizare• tipul de polenizare alogamă• mărimea şi numărul seminţelor produse • etc.

-factori tehnologici:• distanţele de separare în spaţiu• modul de manipulare a seminţelor/boabelor-factor important: polenizarea alogamă parţială sau totală (rapiţa, porumbul şi, mai puţin, grâul, iar la soia acest mecanism este aproape exclus)

CONTEXTUL CULTURILOR TRANSGENICE-

bl ti ă ţi lă

2. Transgena2.1. Fluxul interspecific de gene. Introgresia

problematică esenţială=hibridarea interspecifică +introgresia transgenei în populația receptoare (specii sălbatice sau de buruieni)

INTROGRESIA -transferul unei gene/unor gene între două plante (populații) compatibile din punct de vedere sexual, dar între care există diferențe genotipice cantitative (i ii dif it ) t d i lt b k i l hib id l i

2. Transgena2.1. Fluxul interspecific de gene. Introgresia

(i.e. specii diferite), urmat de mai multe back-crossuri ale hibridului (interspecific) cu indivizi din populaţia receptoare, până la stabilizarea genei/genelor în această populaţie-strâns legată de transferul interspecific de gene, realizat prin intermediul polenului-conceptele nu sunt identice, adesea însă folosite ca sinonime-uneori, transferul genelor în cadrul aceleiaşi specii, între varietăţi/biotipuri diferite

5/30/2015

11

FACTORI DE INFLUENŢĂ-tehnologici, i.e. localizarea spaţială a celor două populaţii

• cultura de plante transgenice

2. Transgena2.1. Fluxul interspecific de gene. Introgresia

cultura de plante transgenice• populaţia de buruieni/sălbatică înrudită

-biologiciex., Conner et al. (2003) prezintă 24 de caracteristici genetice sau fiziologice:

• factori ce determină hibridarea şi intervin înaintea fecundării• factori ce determină hibridarea şi intervin după fecundare• factori ce influenţează apariţia şi dezvoltarea hibrizilor• factori ce influenţează persistenţa şi propagarea plantelor hibride în

urma back-crossurilor cu indivizi din populaţia receptoare

INTROGRESIA TRANSGENELOR ÎN POPULAŢII• de buruieni: potenţial impact semnificativ asupra managementul buruienilor• sălbatice: modificarea relaţiilor şi raporturilor dintre organismele unui

ecosistem natural

HIBRIZII DINTRE PLANTE DE CULTURĂ ȘI BURUIENI/PLANTE SĂLBATICE

2. Transgena2.1. Fluxul interspecific de gene. Introgresia

Ș /-nu prezintă interes deosebit -capacitatea lor de supravieţuire este redusă datorită (probabil) ameliorării-număr redus de plante de cultură ce au format populaţii sălbatice

REZISTENȚA LA ERBICIDE – CATEGORIE APARTE-introgresia mult mai probabilă numai în cazul expunerii la erbicid – factor de selecţie pozitivă pt. hibrizi-în condiţiile unei competiţii normale, hibrizii ar avea şanse reduse de supravieţuire

CONFIRMAREA INTROGRESIEI-

2. Transgena2.1. Fluxul interspecific de gene. Introgresia

mai multe cazuri de transfer de la buruieni la plante de cultură decât invers-niciun caz pentru genele de rezistență la erbicide, de la o plantă de cultură non-transgenică la o buruiană

RAPIŢA CEL MAI MARE POTENŢIAL PENTRU FLUXUL DE GENE-caracteristici similare speciilor de buruieni

• lipsa rezistenţei la scuturare• viabilitatea seminţelor pe suprafaţa de teren timp de mai mulţi ani• rată mare de alogamie

-existenţa unor potențiale specii receptoare ca Brassica juncea, B. rapa sau

2. Transgena2.1. Fluxul interspecific de gene. Introgresia

Sinapis arvensis

STUDIUL FLUXULUI DE GENE LA RAPIŢĂ-vigoare scăzută şi gradul mare de sterilitate ale hibrizilor – rezistenţă redusă a acestora şi a descendenților lor, atât în cadrul agroecosistemelor, cât şi în cadrul ecosistemelor naturale – introgresia puţin probabilă

SOIA ŞI PORUMB-flora spontană de pe continentul european nu conţine specii înrudite -fluxul interspecific de gene este practic inexistent

CONCLUZII-nu există dovezi concrete pentru apariţia fluxului interspecific de gene, la nicio specie-

2. Transgena2.1. Fluxul interspecific de gene. Introgresia

fenomenul nu va afecta• beneficiile cultivării plantelor rezistente la erbicide (ex. performanțele

economice, reducerea consumului de erbicide şi energie, reducerea degradării solului)

• biodiversitatea arealelor naturale-dintre riscurile asociate plantelor transgenice rezistente la erbicide singurul ale cărui urmări sunt ireversibile -interes manifestat pentru studierea transferului interspecific de gene

TRANSFERUL TRANSGENELOR ÎN CADRUL ACELEIAȘI SPECII -cazul culturilor învecinate (din aceeaşi specie)-realizat prin intermediul polenului sau seminţelor-mult mai probabil decât transferul la alte specii înrudite

2. Transgena2.2. Fluxul de gene la plantele de cultură non-transgenice

-efectele sunt temporare sau mai uşor de înlăturat-poate afecta coexistența diferitelor sisteme de cultură (i.e. convenţionale, transgenice, organice)-efect: prezenţa neintenţionată a transgenei în cadrul unei recolte convenţionale-potenţiale probleme serioase pentru cultivatori

• contaminări ce pot împiedica valorificarea normală a loturilor destinate consumului/procesăii (datorită restricţiilor privind prezenţa materialului MG)

• impurificarea loturilor de material semincer, chiar şi în proporţii mici, considerate acceptabile din punct de vedere tehnic, va atrage după sine obţinerea unor culturi mixte care vor conduce la perpetuarea fluxului de gene realizat prin polenizare sau prin intermediul seminţelor

5/30/2015

12

FACTORI DE INFLUENŢĂ-caracteristicile (ex. tipul de polenizare) taxonului

2. Transgena2.2. Fluxul de gene la plantele de cultură non-transgenice

caracteristicile (ex. tipul de polenizare) taxonului• la soia, încrucișarea alogamă nu constituie o problemă foarte mare• orez, porumb sau rapiţă riscul este mult mai mare

-apropierea în spaţiu între cele două culturi; strategiile menite să asigure coexistenţa au la bază utilizarea distanţelor de izolare-operațiunile efectuate după recoltare (ex. manipulările specifice transportului, depozitării, prelucrării) pot determina fluxul de gene realizat prin seminţe

FLUXUL DE GENE-prin intermediul polenului – distanţe relativ mici prin intermediul seminţelor – distanţe foarte mari

2. Transgena2.3. Fluxul de gene realizat prin intermediul semințelor

MECANISME DE REALIZARE-scuturarea şi rămânerea seminţelor pe teren, înaintea sau în timpul recoltării sau transportului-amestecarea accidentală a seminţelor de provenienţe diferite (i.e. impurificarea materialului semincer), în timpul manipulării sau a operaţiunilor de recoltare, transport sau depozitare-semințele prin care se realizează fluxul de gene provin• direct de la varietăţile transgenice • dintr-o hibridare intraspecifică între o varietate transgenică şi una convenţională

POTENŢIALE PROBLEME-• contaminarea/impurificarea unor culturi convenţionale sau organice

2. Transgena2.3. Fluxul de gene realizat prin intermediul semințelor

• crearea unor dificultăţi pentru controlul buruienilor în cadrul agroecosistemelor

• crearea unor surse pentru fluxul de gene prin intermediul polenului• afectarea echilibrelor din ecosisteme naturale-prezenţa neintenţionată a materialului transgenic constituie riscul cel mai important din punct de vedere economic şi poate să apară în primele două situaţii

EFECTELE PREZENŢEI ACCIDENTALE/NECONTROLATE-în agrecosisteme ale unor plante din aceeași specie • afectează posibilitatea utilizării în paralel a diverselor sisteme de cultură (coexistenţa)• poate constitui o viitoare sursă pentru realizarea fluxului de gene-în agrecosisteme ale unor plante din specii diferite• prezenţa unor plante rezistente la erbicide în cadrul culturilor din alte specii (crop volunteers)

2. Transgena2.3. Fluxul de gene realizat prin intermediul semințelor

p ţ p p ( p )• problematică în cazul utilizării unor erbicide faţă de care plantele nedorite manifestă

rezistenţă• problematică în cazul testării OMG (!analiza la nivel de taxon)-în ecosisteme naturale• poate duce la apariţia unor populații sălbatice (feral crops)• are importanţă redusă deoarece majoritatea plantelor domesticite supravieţuisc greu în afara

unui agrecosistem• rezistenţa la erbicide conferă un avantaj de supraviețuire faţă de alte specii decât în cazul

aplicării respectivelor erbicide, fapt rar întâlnit în ecosistemele naturale • considerentele sunt valabile şi la evaluarea potenţialului varietăţilor transgenice rezistente la

erbicide de a deveni invazive-în zone antropice sau la limitele acestora• constituie aşa-numitele populații ruderale• în aceste zone sunt utilizate erbicide totale, a căror aplicare va reprezenta un factor de selecție

ce favorizează plantele transgenice

RAPIŢA-cea mai problematică în acest contextprezintă caracteristici specifice buruienilor

2. Transgena2.3. Fluxul de gene realizat prin intermediul semințelor

SOLUŢII-evitarea este greu de realizat-aplicarea cât mai strictă a diverselor metode tehnice de evitare a impurificării/prezenței accidentale

• curăţirea echipamentelor agricole• stocarea şi manipularea corespunzătoare a seminţelor/boabelor• eliminarea plantelor de cultură ce apar ca buruieni în cadrul altor culturi

IMPACT POTENŢIAL-substanțele active din erbicide/derivați metabolici se pot regăsi în

3. Siguranţa alimentelor

ț / ț p gpărţile comestibile ale plantei şi pot afecta sănătatea consumatorilor-proteina rezultată prin expresia transgenei poate constitui un risc pentru consumatori

• direct (i.e. efecte alergenice, toxice, antinutritive)• indirect (ex. modificarea expresiei unor endogene)

5/30/2015

13

3. Siguranţa alimentelor 3. Siguranţa alimentelor

3. Siguranţa alimentelor

puține date referitoare la reziduurile de pesticide din alimentele şi furajele obţinute din culturi transgenice rezistente la erbicide-majoritatea informaţiilor provin din studii efectuate la culturile convenţionale

3. Siguranţa alimentelor3.1. Efectul substanţei active cu rol de erbicid

-mamiferele nu prezintă ţinta moleculară (i.e. proteina EPSPS) pt. glifosat-anumite forme ale glifosatului au toxicitate moderată, iar altele sunt netoxice prin ingestie-utilizat conform recomandărilor, glifosatul nu ar trebui să constituie un pericol pentru sănătatea consumatorilor-situaţia glufosinatului este asemănătoare

autorizarea pentru comercializare a evenimentelor de transformare necesită o evaluare prealabilă a potenţialelor efecte alergenice sau toxice-datele sunt incluse doar în dosarul de notificare-

3. Siguranţa alimentelor3.2. Efectul proteinei transgenice

-iar publicaţiile ştiinţifice sunt foarte puţine-rezultatele obţinute nu au relevat însă proprietăţi alergenice ale plantelor de cultură transgenice rezistente la erbicide-studiile referitoare la alimentaţia animalelor nu au evidenţiat nicio diferenţă între aceste plante de cultură şi varietăţile convenţionale-metodologia utilizată în mod curent pentru evaluarea toxcităţii cronice, în contextul autorizării pentru comercializare a evenimentelor de transformare, este considerată ca fiind nesatisfăcătoare

ADOPTAREA LA SCARĂ LARGĂ DATORATĂ-profiturilor superioare

• recoltele mai bogate şi de calitatea mai bună• costurilor mai reduse cu anumite inputuri (ex. combustibili, erbicide)

4. Aspecte sociale

-confortului şi flexibilităţii – eficacitatea şi simplitatea sistemului de control al buruienilor

VARIABILITATEA BENEFICIILOR-beneficiile nu sunt specifice tuturor taxonilor – culturile de porumb transgenic rezistent la erbicide s-au răspândit mult mai puţin decât cele de soia sau rapiţădin aceeaşi categorie

5/30/2015

14

EFECTE NEGATIVE-posibilitatea de afectare a coexistenţei diferitelor sisteme de cultură-afectarea exporturilor (ex. miere de albine) înspre anumite pieţe-imposibilitatea fermierilor săraci de a păstra sămânţa de la un an la altul

4. Aspecte sociale

p p ţ-avantajarea marilor fermieri în detrimentul celor mici

STUDII-avantaje deosebite pentru fermele cu suprafeţe mai reduse comparativ cu fermele de dimensiuni mari, precum şi pentru micii cultivatori din ţările în curs de dezvoltare-sistemul instituţional trebuie să permită accesul la resursele şi inovaţiile potrivite-creşterea semnificativă a utilizării plantelor de cultură transgenice în ţări sărace sau în curs de dezvoltare

PERCEPŢIA CONSUMATORILOR ŞI OPINIEI PUBLICE-foarte importantă-uşor influenţată de subiecte de senzaţie (incorect fundamentate ştiinţific)-

4. Aspecte sociale

niciun efect negativ al cultivării/comercializării plantelor de cultură transgenice nu a fost determinat direct de prezenţa transgenelor

4. Aspecte sociale 4. Aspecte sociale

4. Aspecte sociale 4. Aspecte sociale

5/30/2015

15

4. Aspecte sociale 4. Aspecte sociale

• 1783 de articole ştiinţifice originale şi bibliografice, opinii relevante şi rapoarte publicate între 2002 şi 2012

• 68% studiul impactului asupra mediului, la nivel de cultură, fermă şi ecosistem natural

• “little to no evidence” that GM crops have a negative environmental impact on their surroundings