Dispersão de pólen em soja transgênica na região do Cerrado

Gene flow in transgenic soybean in the Cerrado region, Brazil

NOTAS CIENTÍFICAS

Dispersão de pólen em soja transgênica na região do Cerrado¹

Gene flow in transgenic soybean in the Cerrado region, Brazil

Sérgio Abud^I; Plínio Itamar Mello de Souza^I; Claudete Teixeira Moreira^I; Solange Rocha Monteiro Andrade^I; Adolfo Vitório Ulbrich^II; Giovanni Rodrigues Vianna^III; Elíbio Leopoldo Rech^III; Francisco José Lima Aragão^III

^IEmbrapa-Centro de Pesquisa Agropecuária dos Cerrados, Rod. Brasília-Fortaleza, BR 020, km 18, CEP 73301-970 Planaltina, DF. E-mail: [e-mail], [e-mail], [e-mail], [e-mail]

^IIUniversidade Estadual de Londrina, Centro de Ciências Agrícolas, Dep. de Agronomia, Caixa Postal 601, CEP 86051-990 Londrina, PR.

^IIIEmbrapa-Centro Nacional de Recursos Genéticos e Biotecnologia, PqEB - W3 Norte, CEP 70770-900 Brasília, DF. E-mail: [e-mail], [e-mail], [e-mail]

RESUMO

O objetivo deste trabalho foi avaliar a dispersão de pólen transgênico em soja. Plantas transgênicas de soja contendo os genes ahas, para tolerância ao herbicida imazapyr, e uidA (GUS), foram cultivadas com plantas não-transgênicas. A dispersão do pólen transgênico foi avaliada pela presença de ambos os genes dominantes na progênie de plantas não-transgênicas. A maior freqüência de disseminação de pólen transgênico foi observada na primeira linha, distante 0,5 m da parcela central (0,44% a 0,45%). Esta freqüência foi reduzida drasticamente na linha 2 (0,04% a 0,14%), atingindo 0 na linha 13, a 6,5 m da parcela central.

Termos para indexação:Glycine max, planta transgênica, polinização, fluxo gênico.

ABSTRACT

The objective of this work was to evaluate pollen dispersal from transgenic to non-transgenic soybean plants. Non-transgenic soybean plants were cultivated surrounding transgenic soybean plants carrying the ahas (for herbicide tolerance against imazapyr) and gus genes. Pollen dispersal was evaluated by the presence of both dominant genes in the progenies of non-transgenic plants. The highest amount of transgenic pollen dissemination was observed in the first row, 0.5m distant from the central plot (0.44% to 0.45%). The frequency of pollen dispersion has drastically decreased in the row 2 (0.04% to 0.14%), reaching zero by the row 13, which was 6.5 m distant from the central plot.

Index terms:Glycine max, transgenic plants, pollination, gene flow.

A produção de plantas transgênicas é uma realidade e tem sido liderada pelos Estados Unidos da América (68% da área plantada no mundo), seguidos por Argentina (22%), Canadá (6%) e China (3%), onde diferentes produtos têm sido aprovados e comercializados (James, 2001), inclusive a soja.

O Brasil é o segundo produtor mundial de soja, com 41,9 milhões de toneladas, em uma área cultivada de 13,32 milhões de hectares na safra de 2001/ 2002, com uma previsão de produção de 52,2 milhões de toneladas em uma área cultivada de 18,53 milhões de hectares na safra de 2002/2003 (Companhia Nacional de Abastecimento, 2003).

Questões referentes à biossegurança têm sido discutidas, incluindo o fluxo gênico via pólen (Rogers & Parkes, 1995; Llewellyn & Fitt, 1996; Ray et al., 2003). Produtores brasileiros têm questionado a possibilidade dos plantios de soja não-transgênica serem polinizados por cultivares de soja transgênica. Além disso, não se conhece o impacto da polinização cruzada entre cultivares transgênicas e não-transgênicas nos ensaios de melhoramento.

A soja é uma planta de autofecundação (Ahrent & Caviness, 1994). A polinização ocorre quando o estigma está receptivo e as anteras deiscentes liberam o pólen, antes da abertura das flores. A polinização cruzada em soja está em torno de 1% (Sediyama et al., 1970; Vernetti et al., 1972; Poehlman, 1987; Borém, 1999). Ahrent & Caviness (1994) demonstraram que a freqüência de polinização cruzada pode chegar a 2,5% em algumas cultivares. Insetos, especialmente da ordem Hymenoptera, podem atuar como polinizadores (Beard & Knowees, 1971; Erickson et al., 1978).

Durante o processo de análise dos pedidos relativos à liberação de plantas transgênicas em condições de campo, as agências de regulamentação geralmente especificam distâncias de isolamento entre plantas da mesma espécie. Conseqüentemente, visando à manutenção da pureza das sementes, é importante determinar a distância máxima em que o fluxo gênico pode ocorrer de forma significativa. Estudos têm sido realizados com a finalidade de determinar as freqüências de polinização cruzada entre plantas transgênicas e não-transgênicas em batata (Conner & Dale, 1996), canola (Scheffler et al., 1993) e algodão (Umbeck et al., 1991; Llewellyn & Fitt, 1996; Shen et al., 2001).

O objetivo deste trabalho foi avaliar a dispersão de pólen transgênico em soja.

O experimento foi realizado no campo experimental da Embrapa-Centro de Pesquisa Agropecuária dos Cerrados (CPAC), Planaltina, DF (15°31'53" S, 47º42'30" W; 970 m de altitude).

As plantas de soja transgênicas utilizadas no experimento foram derivadas de uma única planta transgênica de soja, linhagem 8/19, desenvolvida no Laboratório de Expressão de Genes da Embrapa-Centro Nacional de Pesquisa de Recursos Genéticos e Biotecnologia (Aragão et al., 2000). Esta linhagem contém uma cópia do plasmídeo pAG1 que contém o gene ahas, isolado de Arabidopsis thaliana, sob controle do promotor do gene ahas, e o gene uidA sob controle do promotor da actina de A. thaliana (Aragão et al., 2000). As plantas transgênicas utilizadas estavam em homozigose para ambos os genes ahas e uidA. Plantas de soja não-transgênicas, cultivar BR-16, foram utilizadas como controle.

O experimento era composto por nove parcelas que ocupavam uma área total de 640 m². A parcela central consistia de linhas de 5 e 8 m, com espaços de 0,5 m, intercaladas com plantas transgênicas e não-transgênicas (Figura 1). Sementes transgênicas e não-transgênicas foram semeadas em dezembro de 2000 (20 plantas/m). Todas as sementes produzidas pelas plantas não-transgênicas foram coletadas manualmente e semeadas no mês de maio de 2001 na Embrapa-CPAC. Quando as plantas atingiram o estágio da primeira folha trifoliolada, um disco foliar foi coletado para as análises da expressão do gene uidA. Na determinação da tolerância das plantas em relação ao gene dominante de seleção ahas, todas as plantas foram pulverizadas ao atingirem o estágio de quarta folha trifoliolada com o herbicida imazapyr na concentração de 100 g ha^-1. Todas as plantas tolerantes foram analisadas por meio de PCR quanto à presença do gene ahas. O experimento foi realizado de acordo com a lei brasileira de biossegurança e com aprovação da Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBIO), autorização número 01200.001780/2000-20.

Todas as plantas tolerantes ao herbicida e 1.000 plantas sensíveis foram analisadas objetivando detectar a expressão do gene uidA em ensaio histoquímico. Tecidos foram analisados visando a localização in situ da atividade de GUS de acordo com Jefferson et al. (1987). Na análise de PCR, foi isolado o DNA total de discos foliares pelo método de Edwards et al. (1991). Cada reação de PCR foi realizada em 25 µL contendo 10 mM Tris-HCl (pH 8,4), 50 mM KCl, 2 mM MgCl₂, 160 µM de cada dNTP, 200 nM de cada oligonucleotídeo, 2U de Taq polimerase e 20 ng de DNA genômico. A mistura foi coberta com óleo mineral, desnaturada durante 5 min a 95^oC em um termociclador e amplificada durante 35 ciclos (95^oC/1 min, 55^oC/1 min, 72^oC/1 min) com um ciclo final a 72^oC durante sete minutos. A amostra foi aplicada em um gel de agarose 1%, corado com brometo de etídio e visualizado com luz UV. Os oligonucleotídeos 5' act aga gat tcc agc gtc ac 3' e 5' gtg gct ata cag ata cct gg 3' foram utilizados para amplificar uma seqüência de 685 pb, de forma a avaliar as plantas de soja quanto à presença do cassete ahas.

As plantas tolerantes ao herbicida apresentaram uma forte expressão de GUS, enquanto 1.000 plantas sensíveis não revelaram a expressão de GUS, demonstrando a eficiência do tratamento com herbicida na identificação de eventos de polinização cruzada. As plantas tolerantes apresentaram a seqüência de 685 pares de bases presentes no vetor de expressão após análise de PCR, demonstrando que não ocorreram "escapes" no tratamento com o herbicida.

A porcentagem de polinização cruzada foi calculada determinando-se o número de eventos tolerantes ao herbicida em relação ao número total de plantas em cada linha. Os eventos de polinização em cada linha foram analisados pela tolerância ao herbicida e presença do gene ahas (Figura 2). O número de eventos de polinização cruzada nas bordas noroeste, sudeste, nordeste e sudoeste em linhas não-transgênicas foram 27, 61, 49 e 47, respectivamente. A diferença no número de eventos nas bordas noroeste e sudeste pode ser explicada pela densidade e proximidade das linhas da parcela central com transgênicos. A borda noroeste é próxima das linhas contendo plantas transgênicas e não-transgênicas na parcela central, orientadas na direção noroeste-sudeste. A borda sudeste é próxima de uma linha transgênica na parcela central (Figura 1). A maior quantidade de disseminação de pólen transgênico foi observada na primeira linha, distante 0,5 m da parcela central (Figura 3). Esta freqüência reduziu-se drasticamente na linha 2, atingindo 0 (sem disseminação) na linha 13 (distante 6,5 m do bloco central) em ambas as direções. Resultados similares foram encontrados nas bordas noroeste e sudeste. Uma diferença reduzida no padrão de disseminação de pólen foi observada entre as bordas sudoeste e nordeste. Resultados de alguns estudos realizados durante três anos com soja não-transgênica indicaram que a ocorrência de polinização cruzada entre distâncias superiores a 4,6 m, é rara (Caviness, 1966; Ahrent & Caviness, 1994). Boerma & Moradshahi (1975) constataram que a polinização cruzada atingiu 0% a uma distância de sete metros.

Na área experimental, a direção do vento foi preferencialmente nordeste e havia a presença de polinizadores durante o período de florescimento da soja. Embora as populações de insetos não tenham sido monitoradas, foram observados insetos como Apis melifera e Trigona spinipes (Apidae). Assumindo que não houve diferença significativa na polinização cruzada nas direções nordeste e sudoeste, pode ser sugerido que não houve efeito significativo do vento na freqüência de polinização. Na parcela central, a freqüência de polinização foi de 2,1%. A polinização cruzada em soja situa-se em torno de 1% (Sediyama et al., 1970; Vernetti et al., 1972; Poehlman, 1987) e em alguns casos pode atingir entre 1,6% e 2,5 % (Ahrent & Caviness, 1994). Com base nas informações obtidas e no fato de a freqüência de polinização cruzada no interior da parcela central deste experimento ter sido muito elevada pode-se afirmar que os resultados foram obtidos em condições de alta estringência. A quantidade de inseticida aplicada durante o período de florescimento foi menor do que a normalmente aplicada nas condições brasileiras. Este fato pode ter contribuído no aumento das populações de polinizadores e conseqüentemente na freqüência de polinização cruzada.

Os resultados obtidos poderão contribuir na formação da base dos estudos de fluxo gênico e na acumulação de evidências sobre os impactos potenciais de plantas transgênicas em condições ambientais.

Agradecimentos

A Raimundo Queiroz Moreira e Warley Silva Almeida, pela assistência técnica.

Aceito para publicação em 14 de agosto de 2003

Referências bibliográficas

• AHRENT, D. K.; CAVINESS, C. E. Natural cross-pollination of twelve soybean cultivars in Arkansas. Crop Science, Madison, v. 34, n. 2, p. 376-378, 1994.
• ARAGÃO, F. J. L.; SAROKIN, L.; VIANNA, G. R.; RECH, E. L. Selection of transgenic meristematic cells utilizing a herbicidal molecule results in the recovery of fertile transgenic soybean (Glycine max (L.) Merril) plants at high frequency. Theoretical and Applied Genetics, New York, v. 101, n. 1, p. 1-6, 2000.
• BEARD, B. H.; KNOWEES, P. F. Frequency of cross-pollination of soybeans after irradiation. Crop Science, Madison, v. 11, n. 4, p. 489-492, 1971.
• BOERMA, H. R.; MORADSHAHI, A. Pollen movement within and between rows to male-sterile soybean. Crop Science, Madison, v. 15, n. 6, p. 858-861, 1975.
• BORÉM, A. Escape gênico: os riscos do escape gênico da soja no Brasil. Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento, Brasília, v. 5, n. 10, p. 101-107, 1999.
• CAVINESS, C. E. Estimates of natural cross-pollination in Jackson soybeans in Arkansas. Crop Science, Madison, v. 6, n. 2, p. 211-212, 1966.
• COMPANHIA NACIONAL DE ABASTECIMENTO (Brasília, DF). Previsão e acompanhamento da safra agrícola 2002/2003: quinto levantamento. Disponível em: <http://www.conab.gov.br/download/safra/safra20022003Lev05.pdf>. Acesso em: jun. 2003.
• CONNER, A. J.; DALE, P. J. Reconsideration of pollen dispersal data from field trials of transgenic potatoes. Theoretical and Applied Genetics, New York, v. 92, n. 5, p. 505-508, 1996.
• EDWARDS, K.; JOHNSTONE C.; THOMPSON, C. A simple and rapid method for the preparation of plant genomic DNA for PCR analysis. Nucleic Acids Research, Oxford, v. 19, n. 6, p. 1349, 1991.
• ERICKSON, E. H.; BERGER, G. A.; SHANNON, J. G.; ROBBINS, J. M. Honey bee pollination increases soybean yields in the Mississippi Delta region of Arkansas and Missouri. Journal of Economic Entomology, Lanham, v. 71, n. 4, p. 601-603, 1978.
• JAMES, C. A. Global review of commercialized transgenic crops: 2001. Ithaca: International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications, 2001. (ISAAA Briefs, 24 - 2001 preview). Disponível em: <http://www.isaaa.org/publications/briefs/Brief24.htm>. Acesso em: 22 set. 2003
• JEFFERSON, R. A.; KAVANAGH, T. A.; BEVAN, M. W. GUS fusion: (b-glucuronidase as a sensitive and versatile gene fusion marker in higher plants. EMBO Journal, Heidelberg, v. 6, n. 13, p. 3901-3907, 1987.
• LLEWELLYN, D.; FITT, G. Pollen dispersal from two field trials of transgenic cotton in the Namoi Valley, Australia. Molecular Breeding, Dordrecht, v. 2, n. 2, p. 157-166, 1996.
• POEHLMAN, J. M. Breeding field crops 3^rd ed. New York: Van Nostrand Reinhold, 1987. 724 p.
• RAY, J. D.; KILEN, T. C.; ABEL, C. A.; PARIS, R. L. Soybean natural cross-pollination rates under field conditions. Environmental Biosafety Research, Versailles, v. 2, n. 2, p. 133-138, 2003.
• ROGERS, H. J.; PARKES, H. C. Transgenic plants and the environment. Journal of Experimental Botany, London, v. 46, n. 286, p. 467-488, 1995.
• SCHEFFLER, J. A.; PARKINSON, R.; DALE, P. J. Frequency and distance of pollen dispersal from transgenic oilseed rape (Brassica napus). Transgenic Research, Dordrecht, v. 2, n. 2, p. 356-364, 1993.
• SEDIYAMA, T.; CARDOSO, A. A.; VIEIRA, C.; ANDRADE, D. Taxa de hibridação natural em soja, em Viçosa e em Capinópolis, Minas Gerais. Revista Ceres, Viçosa, MG, v. 2, n. 17, p. 329-331, 1970.
• SHEN, F. F.; YU, Y. J.; ZHANG, X. K.; BI, J. J.; YIN, C. Y. Bt gene flow of transgenic cotton. Acta Genetica Sinica, Beijing, v. 28, n. 6, p. 562-567, 2001.
• UMBECK, P. F.; BARTON, K. A.; NORDHEIM, E. V.; McCARTY, J. C.; PARROT, W. L.; JENKINS, J. N. Degree of pollen dispersal by insects from a field test of genetically engineered cotton. Journal of Economic Entomology, Lanham, v. 84, n. 6, p. 1943-1950, 1991.
• VERNETTI, F. J.; BONATTO, E. R.; TERAZAWA, F.; GASTAL, M. F. Observações sobre a taxa de cruzamentos naturais em soja, em Pelotas e Sertão, RS e Ponta Grossa, PR. Ciência e Cultura, São Paulo, v. 1, n. 24, p. 36-41, 1972.

1

Financiado pela Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa), CNPq, Fundação Cerrados e BASF.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  17 Fev 2004
• Data do Fascículo
  Out 2003

Histórico

• Aceito
  14 Ago 2003