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Plantas transgênicas que expressam toxinas de Bacillus thuringiensis Berliner (Bt) têm sido amplamente utilizadas para o controle de Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) no Brasil. Entretanto, a evolução da resistência é um dos maiores entraves para a continuidade do uso desta tecnologia. Para subsidiar programas de Manejo da Resistência de Insetos (MRI), foram conduzidos estudos para o aprimoramento dos programas de manejo da resistência de S. frugiperda a tecnologias Bt. Foram realizadas estudos para determinar a dominância funcional da resistência de S. frugiperda a tecnologias Bt mediante a avaliação da sobrevivência de larvas neonatas provenientes das linhagens de S. frugiperda resistentes ao milho Herculex® que expressa a proteína Cry1F (HX-R), ao milho YieldGard VT PRO™ que expressa as proteínas Cry1A.105 e Cry2Ab2 (VT-R), ao milho PowerCore™ que expressa as proteínas Cry1A.105, Cry2Ab2 e Cry1F (PW-R), e ao milho Agrisure Viptera™ que expressa a proteína Vip3Aa20 (Vip-R), além da linhagem suscetível (Sus) e de suas respectivas linhagens heterozigotas em diversas tecnologias de milho e algodão Bt. Posteriormente, um método prático para o monitoramento fenotípico da suscetibilidade a diferentes tecnologias de milho e algodão Bt foi testado a partir da avaliação da sobrevivência de larvas neonatas em folhas de plantas Bt em populações de S. frugiperda provenientes dos Estados do Rio Grande do Sul, Paraná, São Paulo, Goiás e Bahia na safra agrícola 2014/15. E por último, a estimativa da frequência de alelos de resistência de S. frugiperda a Vip3Aa20 foi validada pelo método de F1 screen. Em geral, observou-se alta mortalidade dos heterozigotos nas tecnologias Bt testadas, comprovando que a resistência de S. frugiperda a proteínas Bt é funcionalmente recessiva o que suporta a estratégia de refúgio em programas de MRI. Verificou-se também que linhagens resistentes a eventos que expressam proteínas Cry não sobrevivem em tecnologias que expressam proteína Vip. No monitoramento prático da suscetibilidade a tecnologias Bt, sobrevivência larval superior a 70% foi observada para populações de campo do Paraná, Goiás e Bahia no milho Herculex®. Em tecnologias de milho PowerCore™ e YieldGard VT PRO™ houve sobrevivência larval variando de 1,1 a 17,9%. Em contraste, não houve sobreviventes em tecnologias de milho Viptera™. Em algodão WideStrike® que expressa as proteínas Cry1Ac e Cry1F, sobrevivência acima de 41% foi observada para populações de campo de S. frugiperda. A sobrevivência larval em Bollgard II® que expressa as proteínas Cry1Ac e Cry2Ab2 variou de 14 a 40%. No algodão TwinLink® que expressa as proteínas Cry1Ab e Cry2Ae, a sobrevivência larval das populações foi menor que 20%. O método de F1 screen foi eficiente na detecção de alelos de resistência a Vip3Aa20 em populações de S. frugiperda provenientes de diferentes regiões produtoras de milho no Brasil na safra 2014/2015. De 263 isofamílias testadas, foram detectadas três isofamílias positivas oriundas do Paraná, Mato Grosso e Goiás. A frequência de resistência estimada a Vip3Aa20 variou de 0,0140 a 0,0367 nas populações avaliadas, sendo que a frequência total foi de 0,0076. Neste estudo, fornecemos informações para refinar as estratégias de MRI, além de introduzir novas técnicas para monitorar a resistência de S. frugiperda a tecnologias Bt no Brasil. / Transgenic plants expressing toxins from Bacillus thuringiensis Berliner (Bt) have been widely used to the control of Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) in Brazil. However, the resistance evolution is one of the major threats to the continuous use of this technology. To subsidize Insect Resistance Management (IRM), studies were conducted to improve S. frugiperda resistance management programs to Bt technologies. Studies to determine functional dominance of resistance of S. frugiperda to Bt technologies were conducted by evaluating neonate larval survival of S. frugiperda strains resistant to Herculex® maize expressing Cry1F protein (HX-R), to YieldGard VT PRO™ maize expressing Cry1A.105 and Cry2Ab2 proteins (VT-R), to PowerCore™ maize expressing Cry1A.105, Cry2Ab2 and Cry1F proteins (PW-R) and to Agrisure Viptera™ maize expressing Vip3Aa20 protein (Vip- R), in addition to susceptible strain (Sus) and the respective heterozygous strains in several Bt maize and cotton technologies cultivated in Brazil. Then, a practical method for phenotypic resistance monitoring of several Bt maize and cotton were tested, based on neonate larval survival on Bt leaf tissue in S. frugiperda populations collected from Rio Grande do Sul, Paraná, São Paulo, Goiás and Bahia States. Finally, the F1 screen method was validated to estimate the frequency of Vip3Aa20 resistance alleles in S. frugiperda. In general, high mortality of heterozygous individuals was observed on Bt technologies, confirming that resistance of S. frugiperda to Bt proteins is functionally recessive and supporting the importance of refuge areas in IRM programs. No larval survival on Vip expressing maize was found with strains of S. frugiperda resistant to maize expressing Cry toxins. In the practical resistance monitoring, more than 70% of larval survival in field populations of S. frugiperda from Paraná, Goiás and Bahia was detected in Herculex® maize. Larval survival on PowerCore™ and YieldGard VT PRO™ maize technologies ranged from 1.1 to 17.9%. In contrast, no larval survival of field populations was observed on Viptera™ maize technologies. On WideStrike® cotton, more than 41% larval survival was observed in field populations of S. frugiperda. The larval survival was on Bollgard II® ranged from 14 to 40%. In TwinLink® the larval survival was lower than 20%. The F1 screen method was efficient in detecting Vip3Aa20 resistance alleles in field populations of S. frugiperda. From a total of 263 isofamily lines tested, three positive isofamily lines from Paraná, Mato Grosso and Goiás were found. The frequency of Vip3Aa20 resistance alleles ranged from 0.0140 to 0.0367, with overall frequency of 0.0076. In this study, we provide valuable information to improve IRM strategies and propose new methods to monitor resistance of S. frugiperda to Bt technologies in Brazil.

Plantas transgênicas que expressam toxinas de Bacillus thuringiensis Berliner (Bt) têm sido amplamente utilizadas para o controle de Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) no Brasil. Entretanto, a evolução da resistência é um dos maiores entraves para a continuidade do uso desta tecnologia. Para subsidiar programas de Manejo da Resistência de Insetos (MRI), foram conduzidos estudos para o aprimoramento dos programas de manejo da resistência de S. frugiperda a tecnologias Bt. Foram realizadas estudos para determinar a dominância funcional da resistência de S. frugiperda a tecnologias Bt mediante a avaliação da sobrevivência de larvas neonatas provenientes das linhagens de S. frugiperda resistentes ao milho Herculex® que expressa a proteína Cry1F (HX-R), ao milho YieldGard VT PRO™ que expressa as proteínas Cry1A.105 e Cry2Ab2 (VT-R), ao milho PowerCore™ que expressa as proteínas Cry1A.105, Cry2Ab2 e Cry1F (PW-R), e ao milho Agrisure Viptera™ que expressa a proteína Vip3Aa20 (Vip-R), além da linhagem suscetível (Sus) e de suas respectivas linhagens heterozigotas em diversas tecnologias de milho e algodão Bt. Posteriormente, um método prático para o monitoramento fenotípico da suscetibilidade a diferentes tecnologias de milho e algodão Bt foi testado a partir da avaliação da sobrevivência de larvas neonatas em folhas de plantas Bt em populações de S. frugiperda provenientes dos Estados do Rio Grande do Sul, Paraná, São Paulo, Goiás e Bahia na safra agrícola 2014/15. E por último, a estimativa da frequência de alelos de resistência de S. frugiperda a Vip3Aa20 foi validada pelo método de F1 screen. Em geral, observou-se alta mortalidade dos heterozigotos nas tecnologias Bt testadas, comprovando que a resistência de S. frugiperda a proteínas Bt é funcionalmente recessiva o que suporta a estratégia de refúgio em programas de MRI. Verificou-se também que linhagens resistentes a eventos que expressam proteínas Cry não sobrevivem em tecnologias que expressam proteína Vip. No monitoramento prático da suscetibilidade a tecnologias Bt, sobrevivência larval superior a 70% foi observada para populações de campo do Paraná, Goiás e Bahia no milho Herculex®. Em tecnologias de milho PowerCore™ e YieldGard VT PRO™ houve sobrevivência larval variando de 1,1 a 17,9%. Em contraste, não houve sobreviventes em tecnologias de milho Viptera™. Em algodão WideStrike® que expressa as proteínas Cry1Ac e Cry1F, sobrevivência acima de 41% foi observada para populações de campo de S. frugiperda. A sobrevivência larval em Bollgard II® que expressa as proteínas Cry1Ac e Cry2Ab2 variou de 14 a 40%. No algodão TwinLink® que expressa as proteínas Cry1Ab e Cry2Ae, a sobrevivência larval das populações foi menor que 20%. O método de F1 screen foi eficiente na detecção de alelos de resistência a Vip3Aa20 em populações de S. frugiperda provenientes de diferentes regiões produtoras de milho no Brasil na safra 2014/2015. De 263 isofamílias testadas, foram detectadas três isofamílias positivas oriundas do Paraná, Mato Grosso e Goiás. A frequência de resistência estimada a Vip3Aa20 variou de 0,0140 a 0,0367 nas populações avaliadas, sendo que a frequência total foi de 0,0076. Neste estudo, fornecemos informações para refinar as estratégias de MRI, além de introduzir novas técnicas para monitorar a resistência de S. frugiperda a tecnologias Bt no Brasil. / Transgenic plants expressing toxins from Bacillus thuringiensis Berliner (Bt) have been widely used to the control of Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) in Brazil. However, the resistance evolution is one of the major threats to the continuous use of this technology. To subsidize Insect Resistance Management (IRM), studies were conducted to improve S. frugiperda resistance management programs to Bt technologies. Studies to determine functional dominance of resistance of S. frugiperda to Bt technologies were conducted by evaluating neonate larval survival of S. frugiperda strains resistant to Herculex® maize expressing Cry1F protein (HX-R), to YieldGard VT PRO™ maize expressing Cry1A.105 and Cry2Ab2 proteins (VT-R), to PowerCore™ maize expressing Cry1A.105, Cry2Ab2 and Cry1F proteins (PW-R) and to Agrisure Viptera™ maize expressing Vip3Aa20 protein (Vip- R), in addition to susceptible strain (Sus) and the respective heterozygous strains in several Bt maize and cotton technologies cultivated in Brazil. Then, a practical method for phenotypic resistance monitoring of several Bt maize and cotton were tested, based on neonate larval survival on Bt leaf tissue in S. frugiperda populations collected from Rio Grande do Sul, Paraná, São Paulo, Goiás and Bahia States. Finally, the F1 screen method was validated to estimate the frequency of Vip3Aa20 resistance alleles in S. frugiperda. In general, high mortality of heterozygous individuals was observed on Bt technologies, confirming that resistance of S. frugiperda to Bt proteins is functionally recessive and supporting the importance of refuge areas in IRM programs. No larval survival on Vip expressing maize was found with strains of S. frugiperda resistant to maize expressing Cry toxins. In the practical resistance monitoring, more than 70% of larval survival in field populations of S. frugiperda from Paraná, Goiás and Bahia was detected in Herculex® maize. Larval survival on PowerCore™ and YieldGard VT PRO™ maize technologies ranged from 1.1 to 17.9%. In contrast, no larval survival of field populations was observed on Viptera™ maize technologies. On WideStrike® cotton, more than 41% larval survival was observed in field populations of S. frugiperda. The larval survival was on Bollgard II® ranged from 14 to 40%. In TwinLink® the larval survival was lower than 20%. The F1 screen method was efficient in detecting Vip3Aa20 resistance alleles in field populations of S. frugiperda. From a total of 263 isofamily lines tested, three positive isofamily lines from Paraná, Mato Grosso and Goiás were found. The frequency of Vip3Aa20 resistance alleles ranged from 0.0140 to 0.0367, with overall frequency of 0.0076. In this study, we provide valuable information to improve IRM strategies and propose new methods to monitor resistance of S. frugiperda to Bt technologies in Brazil.

Made available in DSpace on 2016-02-26T14:53:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DanielleThomazoni.pdf: 361748 bytes, checksum: e23c010490a33e575109ef09926a6f11 (MD5) Previous issue date: 2008-01-22 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The impact of transgenic cotton NuOpal® (Bollgard®) which expreses the Cry1Ac gene of bacteria Bacillus thuringiensis (Bt), producing insecticidal protein against the lepidopteran target-pests Alabama argillacea (Hübner, 1823), Heliothis virescens (Fabricius, 1781) and Pectinophora gossypiella (Saunders, 1844) was evaluated in field conditions during crop season 2006/2007 in Dourados/MS, Brazil. We compared the effect of NuOpal® with non-transgenic isogenic DeltaOpal®on the biodiversity of target-pests, the nontarget pests and the natural enemies (mainly predators) to a non-treated crop. Two methodologies of visual sampling were evaluated: whole plant observation and beatsheet. Bollgard® technology presented efficient control on the target-pests. The average number of species was significantly lower in Bt-cotton than in non-Bt cotton. In the whole plant sampling, pests the verage number of specimes of non-target pests was significantly higher in NuOpal® than DeltaOpal®. This difference was not observed with beatsheet sampling. The diversity of nontarget pests characterized by Shannon-Wiener index was higher in NuOpal® than DeltaOpal® in the whole plant observation. The average number of specimes and the diversity of natural enemies also characterized by Shannon-Wiener index did not differ significantly between Bt-cotton and non-Bt cotton in both sampling methods / O impacto da cultivar de algodoeiro transgênica NuOpal® (Bollgard®), a qual expressa o gene Cry1Ac da bactéria Bacillus thuringiensis (Bt) que produz proteína de efeito inseticida contra os lepidópteros Alabama argillacea (Hübner, 1823), Heliothis virescens (Fabricius, 1781) e Pectinophora gossypiella (Saunders, 1844) foi avaliado no campo durante a safra 2006/2007 em Dourados/MS, Brasil. Comparamos o efeito de NuOpal® e da cultivar isogênica não-transgênica DeltaOpal® sobre a biodiversidade de pragas-alvo, pragas não-alvo e inimigos naturais (principalmente predadores), através de cultivo sem aplicação de inseticidas. Foram utilizadas duas metodologias de amostragem visual: planta inteira e pano-de-batida. Verificou-se que a tecnologia Bollgard® apresentou eficiência de controle sobre as pragas-alvo. O número médio de espécimes de pragas-alvo foi significativamente menor em algodão-Bt do que em algodão não-Bt. Na amostragem planta inteira, pragas não-alvo apresentaram em NuOpal® número médio de indivíduos significativamente maior do que o apresentado em DeltaOpal®, enquanto que no método de observação com pano-de-batida esta diferença não existiu. A diversidade de pragas não-alvo caracterizada pelo índice de Shannon-Wiener foi maior em NuOpal® do que em DeltaOpal® no método de planta inteira. O número médio de espécimes e a diversidade de inimigos naturais também caracterizada pelo índice de Shannon-Wiener não apresentaram diferença significativa entre as cultivares Bt e não-Bt em ambos os métodos de amostragem

Estudos de genética de populações de pragas agrícolas têm destacado a importância de se conhecer a estruturação genética e os padrões de fluxo gênico entre populações para o refinamento de estratégias de Manejo Integrado de Pragas (MIP). A lagarta-da-maçã do algodoeiro, Heliothis virescens (F.), é um inseto praga amplamente distribuído e importante economicamente por causar danos consideráveis à cultura do algodão no Brasil. O controle dessa praga tem sido feito principalmente pelo uso de inseticidas e de plantas geneticamente modificadas (GM) que expressam proteína(s) de Bacillus thuringiensis Berliner e o potencial de evolução da resistência é alto. O conhecimento de quanto as populações de H. virescens são capazes de trocar informação genética entre si é de fundamental importância para a implantação de estratégias de manejo dessa praga. No entanto, pouco se sabe sobre a estrutura genética e os padrões de fluxo gênico em H. virescens em escalas locais e regionais no Brasil. Assim, o objetivo desse trabalho foi avaliar a variabilidade genética em populações de H. virescens utilizando marcadores microssatélites. Foram amostrados indivíduos de H. virescens oriundos de populações coletadas nas safras de 2007/08, 2008/09 e 2009/10 nas principais regiões produtoras de algodão e soja no Brasil. Foram estudados nove locos polimórficos em 12 populações, em um total de 205 indivíduos. O número médio de alelos por loco foi de 14,11. Os valores de heterozigosidade média esperada (HE) e observada (HO) foram de 0,303 e 0,438, respectivamente. O coeficinete de endocruzamento da espécie f foi de 0,294 (IC 95% de 0,178 a 0,406). As estimativas de estruturação genética foram = 0,132 (IC 95% de 0,072 a 0,218) e RST = 0,252. Esses valores indicam uma estruturação genética moderada entre as populações. Estimativas do número de migrantes indicaram um pequeno fluxo gênico, principalmente no sentido Centro- Oeste Nordeste, embora a maioria dos indivíduos dentro das populações seja residente; adicionalmente, foi verificado que o estabelecimento das populações do algodão ocorre a partir de indivíduos migrantes da soja ou descendentes desses indivíduos. Análises de Componentes Principais e de atribuição usando inferência Bayesiana revelaram a formação de dois grupos, porém não foi possível identificar um padrão de agrupamento (por região, safra ou hospedeiro). Desta forma os resultados do presente trabalho sugerem uma estruturação genética incipiente para as populações de H. virescens no Brasil. Desse modo, é importante levar esses resultados em consideração para que o MIP em geral, e especificamente para que as abordagens para retardar a evolução da resistência sejam implementadas de forma efetiva para o manejo de H. virescens no Brasil. / Agricultural pests population genetics studies have emphasized the importance of genetic structure and patterns of gene flow knowledge for Integrated Pest Management (IPM) strategies. The tobacco budworm, Heliothis virescens (F.), is a widespread and economically important insect pest renowned for causing considerable damage in cotton fields in Brazil. This pest has been controlled by the use of insecticides and genetic modified plants (GM) expressing proteins from Bacillus thuringiensis Berliner, and it has already been shown to present a high potential to develop resistance to these control technologies. To a successful application of these strategies it is needed to know the capacity of the pest populations to exchange genetic information among them. However, for H. virescens a scarce amount of information about genetic structure and patterns of gene flow is available at local and regional scales in Brazil. In this way, the main objective of this study was to evaluate the genetic variability of H. virescens based on microsatellite markers. Specimens were sampled during 2007/08, 2008/09 and 2009/10 from the main cotton and soybean producers regions in Brazil. From this, nine polymorphic loci from 12 populations were studied in 205 specimens. The average number of alleles was 14.11. Expected (HE) and observed (HO) heterozygosity were 0.303 and 0.438, respectively. Inbreeding coefficient f was 0.294 (IC 95% 0.178 - 0.406). Genetic structure indices were: = 0.132 (IC 95% 0.072 0.218) and RST = 0.252. These values point to a moderate genetic structure among H. virescens populations. Migrants estimative indicate a low gene flow, mainly in the Center-Western Northern direction, although most individuals are residents within populations; additionally it was suggested that immigrants to cotton populations come from soybean fields. Genetic relationships inferred by Principal Component Analysis and Bayesian assignment tests identified two groups, although no group pattern was recognized, even by geographic region, year of sampling or host plant. These results suggest an incipient genetic structuring for H. virescens populations within Brazil. Thus, such results should be considered for IPM strategies aiming in an efficient control of H. virescens in Brazil.

In den 1980er Jahren begannen viele Entwicklungsländer, ihre Saatgutmärkte zu liberalisieren. In der Folge verbreitete sich die Nutzung proprietärer Saatguttechnologien, einschließlich gentechnisch veränderter Pflanzen (GV-Pflanzen). Die Konsequenzen dieser Entwicklung für Kleinbauern werden seither kontrovers diskutiert. Kritiker befürchten, dass Privatisierung die Qualität von Saatgut sowie den kleinbäuerlichen Zugang zu ihm verschlechtert. Befürworter gehen davon aus, dass proprietäres Saatgut landwirtschaftliche Produktivität und Einkommen steigern kann. In dieser Dissertation untersuchen wir Auswirkungen proprietärer Saatguttechnologien auf Kleinbauern. Bacillus thuringiensis-Baumwolle (Bt-Baumwolle) in Indien und Hybridmais in Tansania. Der dritte Fokus dieser Arbeit liegt auf der Adoption proprietärer Saatguttechnologien, wo erneut auf Hybridmais in Tansania Bezug genommen wird. Infolge einer ausländischen Investition transferierte eine indische Saatgutfirma Mitte der 1990er Jahre die Bt-Technologie in mehrere Baumwollhybriden. Diese Hybriden wurden 2002 zum Anbau zugelassen. In den Folgejahren verwendeten auch zahlreiche andere Saatgutfirmen die Bt-Technologie in ihren Züchtungsprogrammen. 2011 bauten 7 Millionen Bauern auf etwa 90% der indischen Baumwollfläche Bt-Baumwolle an. Sie ist gegen Kapselbohrer, eine Gruppe wichtiger Schädlingsinsekten, resistent. Dadurch kann sie den Einsatz von Insektiziden verringern und außerdem den effektiven Ertrag erhöhen. Dies würde Kosteneinsparungen bei Pestiziden und höhere Erlöse nach sich ziehen, welche wiederum das landwirtschaftliche Einkommen steigern können. Wenn aber die Saatgutpreise von Bt-Baumwolle hoch und die Ertragseffekte klein sind, könnte der Einkommenseffekt gering oder negativ ausfallen. Zu den Auswirkungen von Bt-Baumwolle wurden viele Studien publiziert, aber Selektionsverzerrungen, die Entwicklungsdynamik der Effekte und über Einzelfelder hinausgehende Wirkungen wurden bisher nicht ausreichend berücksichtigt. Hier analysieren wir Paneldaten aus dem Zeitraum 2002-2008. Mithilfe von Fixed-Effects-Modellen reduzieren wir Selektionsverzerrungen und betrachten den zeitlichen Verlauf der Effekte. Unsere Schätzergebnisse zeigen, dass Bt im Zeitraum 2002-2008 den Ertrag um 24% und den Deckungsbeitrag um 50% erhöhte, sowie den Lebensstandard im Zeitraum 2006-2008 um 18%. Außerdem finden wir Hinweise für eine Steigerung der Ertrag- und Deckungsbeitragseffekte über den gesamten Zeitraum. Einen Rückgang des Insektizideinsatzes in Bt- und konventionellen Feldern, der wahrscheinlich ein Zeichen für eine starke Dezimierung von Kapselbohrern durch die Zunahme des Bt-Anbaus ist, können wir ebenfalls beobachten. Nach der Liberalisierung des Saatgutmarkts in Tansania Anfang der 1990er Jahre begannen mehrere private Saatgutfirmen mit dem Vertrieb von Hybridmais. Hybriden können zu einem Ertragszuwachs führen, der wiederum Erlös und Einkommen steigern kann. Auf der anderen Seite könnte der Einkommenseffekt negativ ausfallen, wenn Hybridsaatgut teurer als Nichthybridsaatgut ist. Zudem kann ein leistungsstarker Nichthybride durchaus auch einen höheren Ertrag erzielen als mancher Hybride. Es gibt zwar Studien, die Produktivitätseffekte von Hybridmais in Afrika evaluieren, aber in der Regel kontrollieren sie nicht Störfaktoren, wie etwa Bodenqualität oder Düngereinsatz. Darüber hinaus liegen kaum Untersuchungen zu modernen Maissorten in Afrika vor, die neben der Produktivität auch Effekte auf den Lebensstandard landwirtschaftlicher Haushalte berücksichtigen. Wir analysieren einen Querschnittsdatensatz aus dem Norden und Osten des Landes und finden einen Ertragszuwachs von 50-60% durch Hybriden. Dieser führt auch zu einem höheren Deckungsbeitrag. Die Zugewinne treten vor allem im Norden auf, wo sie außerdem den Lebensstandard um 15% erhöhen. Im Osten bringen Hybriden keine Vorteile hinsichtlich Ertrag, Deckungsbeitrag oder Lebensstandard. Da sich jedoch die Mehrheit der Anwender im Norden befindet, profitieren in einer überregionalen Betrachtung die meisten Hybridnutzer von der Technologie. Außerdem finden wir heraus, dass der Ertragseffekt von Hybriden unabhängig vom Einsatz von Mineraldünger, Bewässerung, Pestiziden oder Mischanbau ist. Allerdings ist die Adoptionsrate von Hybridmais in Tansania gering. Ein möglicher Grund könnte darin liegen, dass seine Verwendung durch bestimmte Faktoren, wie etwa einen mangelnden Informationstand der Bauern bezüglich der Hybriden, erschwert ist. In unserer Stichprobe bauen 31% der Bauern Hybridmais an. Im Norden sind Hybriden den meisten Bauern bekannt und 49% verwenden die Technologie, während im Osten nur 50% von der Technologie gehört haben und nur 12% sie nutzen. Mithilfe des Average Treatment Effect Framework errechnen wir, dass eine Informierung aller Bauern über Hybriden die Adoptionsrate auf 45% ansteigen lassen würde. Jedoch wären dann die meisten neuen Anwender im Osten, wo die Ertrags- und Deckungsbeitragseffekte von Hybriden klein sind. Im Norden, wo die Adoption einträglicher ist, haben bereits fast alle Bauern von Hybriden gehört. Außerdem zeigt sich, dass eine Verbreitung von Informationen über Hybriden durch Beratung und ländliche Netzwerke im Norden (nicht im Osten) stattfindet und daher als Resultat der dort höheren Nützlichkeit verstanden werden kann. Für diese Interpretation spricht auch, dass wir keine Hinweise finden, dass Risiko oder Mangel an Kreditzugang die Adoption verhindern. Daher erscheint es wahrscheinlich, dass Informationsflüsse und Adoptionsentscheidungen primär vom Nutzen, den Hybriden gegenüber Nichthybriden bieten, bestimmt werden. Wir kommen zu dem Schluss, dass der Privatsektor verbesserte Saatguttechnologien für Kleinbauern in Entwicklungsländern liefern kann und dass derartige Saatguttechnologien einschließlich GV-Pflanzen diesen Kleinbauern dienlich sein können. Daher sollte die Liberalisierung von Saatgutmärkten in Entwicklungsländern unterstützt werden. Außerdem müssen Regulierungen, welche die Verfügbarkeit von Saatguttechnologien einschränken, den möglichen Nutzen dieser Technologien für Landwirte berücksichtigen. Und schließlich sollten Politik und Geberorganisationen in ihren Förderentscheidungen die Beseitigung von Adoptionshemmnissen gegen die Schaffung verbesserter Technologien abwägen.

Estudos de genética de populações de pragas agrícolas têm destacado a importância de se conhecer a estruturação genética e os padrões de fluxo gênico entre populações para o refinamento de estratégias de Manejo Integrado de Pragas (MIP). A lagarta-da-maçã do algodoeiro, Heliothis virescens (F.), é um inseto praga amplamente distribuído e importante economicamente por causar danos consideráveis à cultura do algodão no Brasil. O controle dessa praga tem sido feito principalmente pelo uso de inseticidas e de plantas geneticamente modificadas (GM) que expressam proteína(s) de Bacillus thuringiensis Berliner e o potencial de evolução da resistência é alto. O conhecimento de quanto as populações de H. virescens são capazes de trocar informação genética entre si é de fundamental importância para a implantação de estratégias de manejo dessa praga. No entanto, pouco se sabe sobre a estrutura genética e os padrões de fluxo gênico em H. virescens em escalas locais e regionais no Brasil. Assim, o objetivo desse trabalho foi avaliar a variabilidade genética em populações de H. virescens utilizando marcadores microssatélites. Foram amostrados indivíduos de H. virescens oriundos de populações coletadas nas safras de 2007/08, 2008/09 e 2009/10 nas principais regiões produtoras de algodão e soja no Brasil. Foram estudados nove locos polimórficos em 12 populações, em um total de 205 indivíduos. O número médio de alelos por loco foi de 14,11. Os valores de heterozigosidade média esperada (HE) e observada (HO) foram de 0,303 e 0,438, respectivamente. O coeficinete de endocruzamento da espécie f foi de 0,294 (IC 95% de 0,178 a 0,406). As estimativas de estruturação genética foram = 0,132 (IC 95% de 0,072 a 0,218) e RST = 0,252. Esses valores indicam uma estruturação genética moderada entre as populações. Estimativas do número de migrantes indicaram um pequeno fluxo gênico, principalmente no sentido Centro- Oeste Nordeste, embora a maioria dos indivíduos dentro das populações seja residente; adicionalmente, foi verificado que o estabelecimento das populações do algodão ocorre a partir de indivíduos migrantes da soja ou descendentes desses indivíduos. Análises de Componentes Principais e de atribuição usando inferência Bayesiana revelaram a formação de dois grupos, porém não foi possível identificar um padrão de agrupamento (por região, safra ou hospedeiro). Desta forma os resultados do presente trabalho sugerem uma estruturação genética incipiente para as populações de H. virescens no Brasil. Desse modo, é importante levar esses resultados em consideração para que o MIP em geral, e especificamente para que as abordagens para retardar a evolução da resistência sejam implementadas de forma efetiva para o manejo de H. virescens no Brasil. / Agricultural pests population genetics studies have emphasized the importance of genetic structure and patterns of gene flow knowledge for Integrated Pest Management (IPM) strategies. The tobacco budworm, Heliothis virescens (F.), is a widespread and economically important insect pest renowned for causing considerable damage in cotton fields in Brazil. This pest has been controlled by the use of insecticides and genetic modified plants (GM) expressing proteins from Bacillus thuringiensis Berliner, and it has already been shown to present a high potential to develop resistance to these control technologies. To a successful application of these strategies it is needed to know the capacity of the pest populations to exchange genetic information among them. However, for H. virescens a scarce amount of information about genetic structure and patterns of gene flow is available at local and regional scales in Brazil. In this way, the main objective of this study was to evaluate the genetic variability of H. virescens based on microsatellite markers. Specimens were sampled during 2007/08, 2008/09 and 2009/10 from the main cotton and soybean producers regions in Brazil. From this, nine polymorphic loci from 12 populations were studied in 205 specimens. The average number of alleles was 14.11. Expected (HE) and observed (HO) heterozygosity were 0.303 and 0.438, respectively. Inbreeding coefficient f was 0.294 (IC 95% 0.178 - 0.406). Genetic structure indices were: = 0.132 (IC 95% 0.072 0.218) and RST = 0.252. These values point to a moderate genetic structure among H. virescens populations. Migrants estimative indicate a low gene flow, mainly in the Center-Western Northern direction, although most individuals are residents within populations; additionally it was suggested that immigrants to cotton populations come from soybean fields. Genetic relationships inferred by Principal Component Analysis and Bayesian assignment tests identified two groups, although no group pattern was recognized, even by geographic region, year of sampling or host plant. These results suggest an incipient genetic structuring for H. virescens populations within Brazil. Thus, such results should be considered for IPM strategies aiming in an efficient control of H. virescens in Brazil.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Atualmente sÃo liberadas para comercializaÃÃo no mercado agrobiotecnolÃgico brasileiro, pelo menos, 12 variedades de algodÃo expressando proteÃnas Cry de Bacillus thruringiensis (Bt) para conferir resistÃncia ao ataque de insetos. Contudo, essas proteÃnas sÃo ativas contra lepidÃpteros, enquanto que a principal praga da cotonicultura brasileira à um coleÃptero, o bicudo-do-algodoeiro (Anthonomus grandis). Neste contexto, tÃm-se feito um grande esforÃo na busca por novas molÃculas Cry ativas contra coleÃpteros. Utilizando tÃcnicas de evoluÃÃo molecular dirigida in vitro, foi desenvolvida a proteÃna mutante Cry8Ka5, que à vÃrias vezes mais tÃxica contra o bicudo do que a proteÃna original, Cry8Ka1, inicialmente descoberta. Dada a sua atividade promissora contra coleÃpteros, Cry8Ka5 està sendo utilizada para o desenvolvimento de um novo algodÃo Bt, bem como de outras culturas Bt de importÃncia econÃmica. No entanto, como parte das exigÃncias legais para a liberaÃÃo comercial de uma planta transgÃnica, essa proteÃna recombinante deve ser testada quanto a sua biosseguranÃa alimentar (BA) a fim de detectar potenciais efeitos alergÃnicos, tÃxicos e/ou antimetabÃlicos. Assim, este trabalho objetivou realizar uma ampla avaliaÃÃo de BA da proteÃna mutante Cry8Ka5 e da proteÃna Cry1Ac, jà incorporada em vÃrias culturas Bt comercializadas. A Ãltima foi utilizada como proteÃna controle ou teste dependendo do ineditismo da abordagem empregada em cada seÃÃo do trabalho. Nesse Ãmbito, a avaliaÃÃo de BA proposta cobriu desde as exigÃncias legais atà a execuÃÃo de metodologias, atà entÃo, nunca propostas para avaliaÃÃo de seguranÃa de consumo de produtos de Bt. Para tanto, este trabalho estruturou-se em quatro capÃtulos. O CapÃtulo 1 objetivou realizar uma revisÃo da literatura acerca do estado da arte das plantas Bt e proteÃnas Cry, bem como fornecer um entendimento geral sobre os conceitos e a legislaÃÃo vigente em BA de plantas GM. Jà o CapÃtulo 2 objetivou avaliar a BA da entomotoxina mutante Cry8Ka5 atravÃs do mÃtodo de duas etapas baseado em pesos de evidÃncia que, por sua vez, atende a todas as recomendaÃÃes da CTNBio. Neste caso, a proteÃna Cry1Ac foi utilizada como controle experimental, pois abordagens similares jà foram realizadas com essa molÃcula. Baseando-se nos mÃtodos oficiais, à possÃvel concluir que nÃo à esperado qualquer risco associado ao consumo da proteÃna Cry8Ka5 devido aos seguintes resultados encontrados: 1. Produtos Bt mostraram ter longo histÃrico de uso seguro; 2. A proteÃna Cry8Ka5 nÃo mostrou similaridade significativa de sua sequÃncia de aminoÃcidos primÃria com proteÃnas alergÃnicas, tÃxicas e/ou antinutricionais; 3. As proteÃnas Cry mostraram possuir modo de aÃÃo bastante compreendido e elevada especificidade contra insetos; 4. Cry8Ka5 foi altamente susceptÃvel à digestÃo em fluÃdo gÃstrico simulado; 5. A proteÃna Cry8Ka5 nÃo causou efeitos adversos relevantes em camundongos (5.000 mg de proteÃna/Kg de peso corpÃreo, via oral, dose Ãnica). Por sua vez, o CapÃtulo 3 objetivou avaliar a proteÃna Cry8Ka5 e a Cry1Ac quanto aos seus efeitos cito- e genotÃxicos em uma sÃrie de testes clÃssicos e alternativos, alÃm de pesquisar seus efeitos antimicrobianos. As proteÃnas nÃo causaram efeitos cito- ou genotÃxicos em linfÃcitos humanos (ambas com CI50 > 1.000 Âg/mL em todos os testes), nÃo promoveram hemÃlise em suspensÃes de eritrÃcitos de humanos (tipos A, B, AB e O), de coelho e rato (ambas com CI50 > 1.000 Âg/mL para todas as espÃcies), enquanto somente a Cry8Ka5 causou alteraÃÃes na topografia de membrana celular de eritrÃcitos humanos do tipo O, na concentraÃÃo de 1.000 Âg/mL, detectadas via microscopia de forÃa atÃmica. AlÃm disso, as proteÃnas Cry8Ka5 e Cry1Ac nÃo apresentaram citotoxicidade elevada contra naÃplios de Artemia sp. (CL50 > 700 e > 1000 Âg/mL, respectivamente) e nÃo inibiram o crescimento de quatro cepas de bactÃrias e quatro de leveduras (ambas com CIM > 1.000 Âg/mL para todos os microrganismos testados). Por fim, o CapÃtulo 4 objetivou avaliar os efeitos das proteÃnas Cry8Ka5 e Cry1Ac e de um âpoolâ de peptÃdeos de cada uma (Cry8Ka5-pep e Cry1Ac-pep, respectivamente), obtidos por digestÃo sequencial in vitro, sobre o perfil de expressÃo gÃnica de cÃlulas de carcinoma de mama MCF-7 e de carcinoma de cÃlon Caco-2, ambas de origem humana. Nenhuma das amostras testadas causou alteraÃÃes no perfil de expressÃo gÃnica das cÃlulas Caco-2 diferenciadas (utilizadas como um modelo de epitÃlio intestinal humano), mesmo quando testadas em alta concentraÃÃo (100 Âg/mL). Nos testes de exposiÃÃo com cÃlulas MCF-7 indiferenciadas, apenas a proteÃna Cry1Ac causou alteraÃÃes significativas no padrÃo de expressÃo gÃnica. Contudo, esse efeito nÃo foi detectado apÃs tratamento dessas cÃlulas com a amostra digerida de Cry1Ac (Cry1Ac-pep), que, por sua vez, mimetiza melhor as condiÃÃes reais de exposiÃÃo Ãs molÃculas Cry. As abordagens experimentais utilizadas nos trÃs Ãltimos capÃtulos mostraram-se bastante Ãteis e, apÃs tudo que foi exposto, foi possÃvel confirmar o carÃter inÃcuo da proteÃna Cry1Ac, bem como concluir que a proteÃna Cry8Ka5 à uma ferramenta biotecnolÃgica segura para o desenvolvimento de plantas de algodÃo Bt para conferir resistÃncia ao ataque do bicudo-do-algodoeiro. / Currently at least 12 varieties of cotton expressing Cry proteins from Bacillus thruringiensis (Bt) are released for sale in Brazil to confer resistance to insect attack. However, these proteins are active against lepidopteran, whereas the major pest of Brazilian cotton is a beetle, the cotton boll weevil (Anthonomus grandis). In this context, great efforts have been dedicated in the search for new Cry molecules active against coleopteran. Using techniques of in vitro directed molecular evolution, the Cry8Ka5 mutant protein was developed, which is several times more toxic against the boll weevil than the original protein, Cry8Ka1, initially discovered. Given its promising activity against coleopteran, Cry8Ka5 is being used for the development of a new Bt cotton, as well as of other Bt crops of economic importance. However, as part of legal requirements for the commercial release of a transgenic plant, the recombinant products should be tested for their food safety (FS) in order to detect potential allergenic, toxic and antimetabolic effects. This study aimed to perform a comprehensive FS assessment of the Cry8Ka5 mutant protein and of the Cry1Ac protein, already incorporated in several commercialized Bt crops. The latter was used as a protein control or test depending on the originality of the approach used in each section of this work. The FS evaluation performed covered not only the legal requirements but also the implementation of methodologies hitherto never proposed to assess the safety of consumption of Bt. For that, this study was structured in four chapters. Chapter 1 aimed to conduct a literature review on the state of the art of Bt plants and Cry proteins, as well as provide a general understanding of the concepts and current legislation in GM plants FS. Chapter 2 aimed to evaluate the FS of Cry8Ka5 mutant entomotoxin through the two-step method based on weights of evidence that, in turn, meets the recommendations of CTNBio. In this section, the Cry1Ac protein was used as experimental control, since similar approaches have already been performed with this molecule. Based on official methods, we conclude that it is not expected any risk associated with consumption of protein Cry8Ka5 due to the following results found: 1. Bt products were shown to have a long history of safe use, 2. The protein showed no significant similarity in its primary amino acid sequence with known allergenic, toxic and/or antinutritional proteins; 3. The mode of action and high specificity against insects of Cry proteins are well known; 4. Cry8Ka5 was highly susceptible to digestion in simulated gastric fluid; 5. The protein Cry8Ka5 caused no significant adverse effects in mice (5,000 mg protein/kg body weight, orally, single dose). Chapter 3 aimed to evaluate the Cry8Ka5 and Cry1Ac proteins as to their cyto- and genotoxicity in a serie of conventional and alternative tests as well as antimicrobial effects. The proteins did not cause cyto- or genotoxic effects in human lymphocytes (both with IC50 > 1,000 Âg/mL in all tests), did not cause hemolysis in human (types A, B, AB and O), rabbit and rat (both with IC50 > 1,000 Âg/mL for all species) rythrocytes, but only Cry8Ka5 caused changes in the topography of the cell membrane of human O type erythrocytes at a concentration of 1,000 Âg/mL, detected by atomic force microscopy. Furthermore, the Cry8Ka5 and Cry1Ac proteins showed no cytotoxicity against Artemia sp. nauplii (LC50 > 700 and >1000 Âg/mL, respectively), and did not inhibit the growth of four strains of bacteria and four of yeasts (both with MIC > 1,000 Âg/mL for all microrganisms tested). Finally, Chapter 4 aimed to evaluate the effects of Cry8Ka5 and Cry1Ac proteins and of a "pool" of peptides of each one (Cry8Ka5-pep and Cry1Ac-pep, respectively), obtained by in vitro sequential digestion, on the gene expression profile of MCF-7 breast carcinoma cells and Caco-2 colon carcinoma cells, both human. No sample caused changes in the gene expression profile of differentiated Caco-2 cells (used as a model for human intestinal epithelium), even when tested at high concentration (100 Âg/mL). In the exposure tests with undifferentiated MCF-7 cells, only Cry1Ac (at 100 Âg/mL) caused significant changes in the gene expression pattern. However, this effect was not detected after treatment of these cells with the sample digested of Cry1Ac Cry1Ac-pep), which, in turn, better mimic actual conditions of exposure to Cry molecules. The experimental approaches used in the last three chapters were quite useful and, after all the above, it was possible to confirm the harmless nature of the Cry1Ac protein and conclude that the Cry8Ka5 protein is a safe biotechnological tool for the development of Bt cotton plants to confer resistance against the cotton boll weevil attack.

Made available in DSpace on 2016-02-26T14:53:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CarlaCristinaDutra.pdf: 1092589 bytes, checksum: 04438f8333358adca1827a37834f4d61 (MD5) Previous issue date: 2009-03-30 / Genetic engineering has created genetically modified (GM) varieties of many crops that express the toxin from the bacterium Cry Bacillus thuringiensis Berliner (Bt). The Cry toxin has insecticidal properties, is synthesized during growth of the plant, and can be expressed in any part of it. To evaluate the impact of this technology on the environment, this study aimed to find the effect of GM cotton resistant to insects on the fauna of Formicidae and Coleoptera. The field sample was a commercial area located in the municipality of Maracajú, Mato Grosso do Sul, Brazil. There were two treatments: Bt cotton and non-Bt cotton, and 20 samples were taken in each treatment during the reproductive period of cotton in the 2007/2008 crop season. The samplings were done by interception pitfall traps. It was used the paired t test for each day of collection to compare the occurrence of species in both treatments. Seeking to obtain gradients of community structure of Formicidae and Coleoptera based on species composition, it was used the technique of ordering by hybrid multidimensional scaling (HMDS). The studied Bt cotton area negatively affected the fauna of Formicidae, because of the species richness in Bt cotton was lower when compared to non-Bt cotton, and the species of this family occurred in non-Bt crops were different from those presented in Bt. The fauna of Coleoptera was also affected by Bt crop, as the species that make up the community assessed in Bt crops are different from those that make the non-Bt crop. The fact that negative results were observed regarding the impact on entomofauna in an area with little time under cultivation of Bt cotton, strengthens the possibility of further changes in the long term / A engenharia genética tem criado variedades geneticamente modificadas (GM) de muitos cultivos que expressam a toxina Cry da bactéria Bacillus thuringiensis Berliner (Bt). Essa toxina tem propriedades inseticidas e é sintetizada durante o crescimento da planta, podendo ser expressa em qualquer parte da mesma. Visando avaliar os impactos dessa tecnologia no ambiente, neste trabalho avaliamos o efeito do algodão GM resistente a insetos sobre a fauna de Formicidae e Coleoptera de solo. O experimento foi conduzido em uma área comercial situada no município de Maracajú, Mato Grosso do Sul, Brasil. Sendo avaliados dois tratamentos: algodão Bt e algodão não-Bt. Foram realizadas 20 amostras em cada tratamento, durante o período reprodutivo do algodoeiro na safra de 2007/2008. A amostragem foi realizada através de armadilhas de interceptação do tipo pitfall modificada. Para a análise da riqueza de espécies utilizou-se o teste t pareado por dia de coleta para comparar a ocorrência das espécies nos dois tratamentos. Buscando obter gradientes da estrutura da comunidade de Formicidae e Coleoptera baseada na composição de espécies, foi utilizada a técnica de ordenação por escalonamento multidimensional híbrido (HMDS). O algodão Bt da área estudada afetou negativamente a fauna de Formicidae, pois a riqueza de espécies no algodão Bt foi inferior quando comparada ao algodão não-Bt. As espécies de formigas ocorrentes no cultivo não-Bt foram diferentes daquelas presentes no Bt. A fauna de Coleoptera também foi afetada pelo cultivo Bt, já que as espécies que compõe a comunidade avaliada no cultivo Bt foram diferentes daquelas que compõe a cultura não-Bt. O fato de terem sido observados resultados negativos a respeito do impacto sobre a entomofauna em uma área com pouco tempo de cultivo de algodão Bt, indica a possibilidade de efeitos ainda maiores em longo prazo

The main objective of my dissertation is to analyze and compare the socio-ecological implications of the adoption of genetically modified (GM) seeds and alternative agroecological farming methods for farming communities in Alberta, Canada and Andhra Pradesh, India localities situated in contrasting geopolitical, socio-cultural, and structural-institutional contexts in the global economy. For this research, the adoption of GM canola in Alberta and GM cotton in Andhra Pradesh are used as comparative case studies to explore the qualitative impact of agricultural biotechnology on farming communities. Many studies have examined the potential impact of GM crops, but few have looked beyond economic cost-benefit analysis. In this dissertation, I examine social and cultural aspects of farmer decision-making in the adoption of the new seed technology, farmer receptivity to new cropping methods, knowledge translation between laboratory and farmer, and the impact of global knowledge-based technology on local knowledge systems, socio-cultural practices, the nature-society relationship, and gender relations. I use a global ethnography methodology and draw on a series of field interviews with farmers to provide sociological insight into how global processes of the Gene Revolution impact different farming communities in different localities in the world-economy. In this dissertation I argue that the debate about the new agricultural technologies (e.g. GM seeds), the environment and agrarian crises should not be narrowed to the question of new technologies per se. Rather it should be understood from an agrarian political ecology perspective articulating political economy (neoliberal governance at global, national and provincial levels, and the processes of dispossession of primary agricultural producers from their means and conditions of production), socio-cultural systems (the construction of hegemonic discourse about genetically modified organisms, agricultural deskilling, gender relations), and ecosystems (a process of mastering nature, monoculturization, environmental risks, metabolic rift) in the context of neoliberal globalization. My fieldwork study of the Gene Revolution provides closer, more fine-grained research and analysis of its impacts with sensitivity to local class and status, gender and cultural issues, and the ways in which farmers technology adoption decisions can dramatically alter overall quality of life, local knowledge systems, community development, the sustainability of agriculture and the ecosystem itself.