Bogota, Colombia
July 26, 2012
Genetic mutations in pests that allow them to develop resistance to genetically-modified (GM) crops may be much more diverse in field conditions than in laboratory tests, according to a study.
Laboratory tests are commonly used to develop strategies to fight emerging resistance in plant pests but these new discoveries suggest that such testing itself may, in this case, be insufficient.
The newly discovered mutations may also mean that a commonly used strategy for reducing resistance may be less effective than believed, according a study in Proceedings of the National Academy of Sciences, published last month (11 July).
Haonan Zhang, a scientist from Nanjing Agricultural University in China, and his research team, looked at genetic mutations in the cotton bollworm (Helicoverpa armigera) taken from fields of genetically modified (GM) cotton in northern China, and found that the bollworm has more diverse genetic mutations — allowing it potentially to survive on GM crops — than previously thought.
As well as the recessive mutations previously observed during laboratory studies, researchers also identified 'dominant' mutations that can shield against toxins such as Bacillus thuringiensis (Bt) — a naturally occurring microorganism that produces a toxin which only kills organisms with alkaline stomachs, namely insect larvae — and other insecticides.
This means that a single copy of a mutated gene is enough to confer pest resistance on its offspring.
It may also mean that a commonly used defence against resistance — a 'refuge strategy' in which GM fields are flanked by non-GM plants, allowing non-resistant pests to thrive and mix with resistant ones, thus driving the overall numbers of resistant pests down — are less effective than previously though.
"Dominant resistance is more difficult to manage and cannot be readily slowed with refuges, which are especially useful when resistance is recessive," said Bruce Tabashnik, head of entomology at the University of Arizona, and co-author of the study.
Tabashnik added that in addition to known mutations, the team had found "lots of other mutations, most of them in the same gene, but one in a completely different gene."
"We want to anticipate what genes are involved, so we can proactively develop strategies to sustain the efficacy of Bt crops and reduce reliance on insecticide sprays. The implicit assumption is that what we learn from lab-selected resistance will apply in the field."
Today, that assumption has been challenged, but rising levels of resistance in cotton fields may offer new ways of understanding what is happening, said Tabashnik.
Graham Head, head of global insect resistance management at Monsanto, a promoter of Bt cotton seeds, told SciDev.Net that the early detection of resistance is an important goal.
But he added that Zhang's study does not establish a direct relationship between these new genetic mechanisms and larvae's true ability to survive in cotton fields.
Link to the report abstract
Eficacia de cultivos GM peligra por mutaciones de plagas
Las mutaciones genéticas que le permiten a las plagas desarrollar resistencia a los cultivos genéticamente modificados (GM) pueden ser mucho más diversas en condiciones de campo que en las pruebas de laboratorio, según un estudio.
Las pruebas de laboratorio se utilizan para desarrollar estrategias de lucha contra las plagas que desarrollan resistencia, pero estos nuevos descubrimientos sugieren que tales esfuerzos serían insuficientes.
Las mutaciones descubiertas recientemente podrían significar que la estrategia más utilizada para reducir la resistencia de plagas pueda ser menos eficaz de lo que se creía, según un estudio publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences el mes pasado (11 de junio).
Haonan Zhang, científico de la Universidad Agrícola de Nanjing en China, y su equipo de investigación, estudiaron las mutaciones genéticas del gusano cogollero del algodón (Helicoverpa armigera) presente en cultivos genéticamente modificados del norte de China, y encontraron que el gusano portaba una mayor diversidad de mutaciones genéticas de lo que antes se creía, lo que potencialmente le permitiría sobrevivir en los GM.
Además de las mutaciones recesivas observadas en estudios de laboratorio, los investigadores identificaron mutaciones ‘dominantes’ que pueden proteger contra toxinas del Bacillus thuringiensis (Bt), microorganismo que produce una toxina que solo mata a organismos con estómagos alcalinos, como las larvas de los insectos, así como de otros insecticidas.
Esto significa que una sola copia de un gen mutado es suficiente para conferir resistencia a la siguiente generación de plagas.
También puede significar que una estrategia usada comúnmente para combatir la resistencia –‘estrategia de refugio’- sea menos eficaz de lo que se había pensado.
Esta técnica consiste en flanquear con plantas no modificadas los cultivos de transgénicos, permitiendo que las plagas resistentes se mezclen con las no resistentes y disminuya así la probabilidad de trasmisión de genes resistentes a las nuevas generaciones.
"La resistencia dominante es más difícil de manejar y no puede controlarse con los refugios, que son especialmente útiles cuando la resistencia es recesiva", dijo Bruce Tabashnik, jefe de entomología en la Universidad de Arizona, y co-autor del estudio.
Tabashnik añadió que, además de las mutaciones conocidas, el equipo encontró "una gran cantidad de otras mutaciones, la mayoría de ellas en el mismo gen, y una en un gen completamente diferente".
"Queremos anticipar qué genes están implicados en la resistencia, para así desarrollar estrategias que mantengan la eficacia de los cultivos Bt y reducir la dependencia de los insecticidas en aerosol. La idea implícita aquí es que lo que aprendemos en el laboratorio se pueda aplicar en el campo".
Hoy en día, esta suposición ha sido cuestionada, pero los crecientes niveles de resistencia en los campos de algodón pueden ofrecer nuevas formas de entender lo que está sucediendo, dijo Tabashnik.
Graham Head, director del departamento de gestión global de la resistencia a insectos de Monsanto, un promotor de semillas de algodón Bt, dijo a SciDev.Net que la detección temprana de la resistencia es un objetivo importante.
Sin embargo, agregó que el estudio de Zhang no establece una relación directa entre estos nuevos mecanismos genéticos y la verdadera capacidad de las larvas para sobrevivir en los campos de algodón modificado.
Enlace al resumen del informe (en inglés)
害虫突变可能会危及转基因作物的功效
项研究说，害虫的能够发展出对转基因作物的耐性的遗传突变可能在大田环境中比在实验室测试中更多样化。
常用实验室测试开发应对植物害虫出现耐性的策略，但是这些新发现提示这类测试本身可能是不够的，正如这项研究展示的。
上个月（6月11日）发表在《美国科学院学报》上的一项研究说，这些新发现的突变可能也意味着减少耐性的一种常用策略可能比人们认为的效果更低。
来自中国南京农业大学的科学家Haonan Zhang和他的研究组研究了来自中国北方的转基因棉田的棉铃虫（Helicoverpa armigera）的遗传突变，结果发现这些棉铃虫有比此前认为的更多样的遗传突变——这让它有可能在转基因作物种存活下来。
除了此前在实验室研究中发现的退行性突变，科研人员也发现了可以抵御诸如苏云金杆菌等毒素和其他杀虫剂的“优势”突变——这种细菌是一种天然存在的微生物，能产生只杀死胃内碱性的生物，也就是昆虫幼虫。
这就意味着一个突变基因的一份拷贝足以把害虫耐性传递给后代。
它也意味着一种常见的防御耐性的策略——“避难所策略”，也就是转基因大田被非转基因植物包围，让没有耐性的害虫繁荣生长并与耐转基因昆虫混合，因此也就推动着耐药昆虫的总数量下降——比此前认为的效果更低。
“优势耐性更难管理，而且无法轻易地用避难所减速，当耐性是退行性的时候，避难所特别有用，”亚利桑那大学的昆虫学负责人、该研究的共同作者Bruce Tabashnik说。
Tabashnik还说，除了已知的突变，该研究组曾发现了“许多其他突变，大部分是在同一基因中，但是有一个在完全不同的基因中。”
“我们想预计哪些基因参与其中，从而能够先发制人地开发出维持Bt作物效能的策略，并减少对喷洒杀虫剂的依赖。一个固有的估计是，我们从实验室选择的耐性中学到的东西将适用于大田。”
Tabashnik说，今天，这个估计受到了挑战，但是棉田耐性水平的上升可能提供理解正在发生的东西的新方法。
转基因棉花种子的推广者孟山都公司全球昆虫耐性管理的负责人Graham Head告诉本网站说早发现耐性是一个重要的目标。
但是他补充说Zhang的研究并没有在新的遗传机制和幼虫在棉田中存活的真实能力之间建立直接的联系。
链接到该报告的摘要
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