Master of Science / Department of Agricultural Economics / Michael W. Woolverton / Globally, the majority of countries now use genetically modified (GM) soybeans to produce oil and meal for livestock and human consumption. Japan, however, uses only Non-GM soybeans for direct human consumption of which more than 80% are imported from the U.S., Canada, and China. This research used the inverse residual demand model to estimate a two-country partial equilibrium trade model to test the existence of market power in the Japanese Non-GM soybean import market. The two-country partial equilibrium trade model incorporated the U.S. residual Non-GM soybean supply for Japan, the Japanese residual demand for U.S. Non-GM soybeans, and the equilibrium condition, where the U.S. residual Non-GM soybean supply equals the Japanese residual Non-GM soybean demand. Monthly data from January 2003 to December 2007 were used for the analysis. Empirical results indicated that U.S. Non-GM soybean exporters have stronger market power than Japanese Non-GM soybean importers. The results also indicate that Japanese consumers are willing to pay higher prices for soybeans, tofu, natto, miso, and other all soy food products.

Os parâmetros de avaliação de segurança de alimentos geneticamente modificados fundamentam-se na comparação de equivalência substancial entre as variedades e pela inocuidade de proteínas da planta GM com as proteínas encontradas nas plantas convencionais. O objetivo deste trabalho foi avaliar a segurança alimentar de três cultivares de sojas geneticamente modificadas para tolerarem o herbicida glifosato através da determinação da equivalência substancial e do potencial alergênico das mesmas quando comparadas às suas respectivas parentais isogênicas. Seis amostras de soja foram analisadas, sendo três convencionais parentais e três GM, referentes ao cultivo de 2004-2005, em Goiás. Para a composição química foram realizadas análises em triplicata de proteínas, lipídeos, umidade, minerais e fibra alimentar. Análises complementares para determinação de aminoácidos, ácidos graxos, isoflavonas e ácido fítico também foram realizadas. O potencial de alergenicidade foi avaliado em extratos protéicos brutos de três cultivares convencionais e suas correspondentes GM. Os mesmos extratos protéicos foram fracionados para obter as globulinas 7S e 11S por precipitação e posterior purificação em coluna de bioafinidade Sepharose 4B. A glicoproteína 7S foi obtida a partir da eluição com tampão contendo -D-mannopyranoside. A resistência à proteólise foi realizada a partir de dois fluidos gástricos simulados com pepsina nas proporções 2,5:100 e 13:1 de enzima/substrato. As amostras foram submetidas à eletroforese dissociante para se estimar a resistência à ação da pepsina em função da concentração da enzima e do tempo de incubação. Extratos brutos protéicos e frações hidrolisadas foram testados contra soros de pacientes comprovadamente alérgicos e não alérgicos à soja nas concentrações de 1/20 em ensaios imunoquímicos do tipo ELISA e 1/10 em ensaios do tipo Western blotting. Os resultados da composição básica de nutrientes mostraram dispersões normais esperadas entre as amostras de mesma origem, com tendências de níveis superiores de proteínas de 9 a 16% nas amostras GM. As análises de fibras insolúveis e isoflavonas revelaram valores de decréscimo das amostras GMs em relação aos teores das variedades convencionais, contrastando com o acréscimo de valores de ácido fítico nas mesmas cultivares. Quanto à proteólise, foi possível observar estabilidade de bandas protéicas com pesos moleculares em torno de 50 e 18 KDa nos extratos brutos, 10 KDa nos extratos de 11S e 50 KDa nos extratos de 7S, em geral similares entre as parentais isogênicas e GMs. Os testes de reatividade dos soros de pacientes alérgicos e não alérgicos em extratos brutos protéicos das cultivares GM demonstraram reatividade similar quando comparados às suas respectivas parentais isogênicas. Com a observação dos resultados pode-se concluir que as diferenças significativas apresentadas pelas amostras GM não as tornam inseguras para o consumo humano e animal. Da mesma forma que não foram observadas alterações na alergenicidade das amostras GM em relação às amostras parentais isogênicas por apresentarem perfis semelhantes de proteólise frente à pepsina e aos testes imunológicos contra soros de pacientes alérgicos. / The parameters of security evaluation of genetically modified foods are based on the substantial equivalence among varieties and the innocuity of GM vegetal proteins compared with conventional vegetal proteins. The aim of this work was to evaluate the food safety of three genetically modified soybean cultivars to tolerate glyphosate herbicide through substantial equivalence determination and allergenic potential when compared to their respective isogenic parental. Six samples analyzed were three parental soybean (conventional) and the others GM, regarding to the crop of 2004-2005, grown in Goiás state. The chemical composition was performed in triplicate and the content of moisture, minerals, proteins, lipids and fiber were determined. Additional compounds like aminoacids, fatty acids, isoflavons and phytates were analyzed. The potential of allergenic reactions was evaluated in crude protein extracts of three conventional and their corresponding GM cultivars. The same protein extracts were fractionated to obtain 7S and 11S globulins by precipitation and posterior purification on Sepharose 4B bioaffinity column. The 7S glycoprotein was obtained by elution with -D-mannopyranoside buffer. The resistance to proteolysis was performed by two simulated gastric fluids with pepsin at the proportions 2,5:100 and 13:1 enzyme/substrate. The samples were run by SDS electrophoresis to estimate the resistance to pepsin action according to enzyme concentration and incubation time. Crude protein extracts and hydrolyzed fractions were tested against serum of allergic and non-allergic patients through ELISA immunochemistry essays at concentrations of 1/20 and Western blotting, 1/10. The results of chemical composition of nutrients showed an expected normal dispersion among samples from the same origin, with tendencies for superior levels of proteins from 9 to 16% by GM samples. The analyses of insoluble fibers and isoflavons revealed decreased values at GM samples regarding to the contents on conventional varieties, contrasting with the increase of the phytic acid values in the same cultivars. After the proteolysis, some protein bands remained apparently stable, that correspond to molecular weights around 50 and 18 KDa for crude extracts, 10 KDa for 11S extracts and 50 KDa for 7S extracts. The undigested proteins are similar in both set of samples, the parental isogenic and GM soybeans. Immuno-reactivity of proteins from crude extracts with serum from allergic and non allergic patients were also similar for isogenic and GM cultivars. These results allow us to state that the significant differences observed in the composition of GM samples will neither affect the nutrient levels nor the safety of their consumption as food or feed. As well as there were no observed changes at the potential allergenicity of GM samples regarding to parental isogenic samples by exhibit similar proteolysis profile related to pepsin and immunological essays against allergic patient serums.

Os parâmetros de avaliação de segurança de alimentos geneticamente modificados fundamentam-se na comparação de equivalência substancial entre as variedades e pela inocuidade de proteínas da planta GM com as proteínas encontradas nas plantas convencionais. O objetivo deste trabalho foi avaliar a segurança alimentar de três cultivares de sojas geneticamente modificadas para tolerarem o herbicida glifosato através da determinação da equivalência substancial e do potencial alergênico das mesmas quando comparadas às suas respectivas parentais isogênicas. Seis amostras de soja foram analisadas, sendo três convencionais parentais e três GM, referentes ao cultivo de 2004-2005, em Goiás. Para a composição química foram realizadas análises em triplicata de proteínas, lipídeos, umidade, minerais e fibra alimentar. Análises complementares para determinação de aminoácidos, ácidos graxos, isoflavonas e ácido fítico também foram realizadas. O potencial de alergenicidade foi avaliado em extratos protéicos brutos de três cultivares convencionais e suas correspondentes GM. Os mesmos extratos protéicos foram fracionados para obter as globulinas 7S e 11S por precipitação e posterior purificação em coluna de bioafinidade Sepharose 4B. A glicoproteína 7S foi obtida a partir da eluição com tampão contendo -D-mannopyranoside. A resistência à proteólise foi realizada a partir de dois fluidos gástricos simulados com pepsina nas proporções 2,5:100 e 13:1 de enzima/substrato. As amostras foram submetidas à eletroforese dissociante para se estimar a resistência à ação da pepsina em função da concentração da enzima e do tempo de incubação. Extratos brutos protéicos e frações hidrolisadas foram testados contra soros de pacientes comprovadamente alérgicos e não alérgicos à soja nas concentrações de 1/20 em ensaios imunoquímicos do tipo ELISA e 1/10 em ensaios do tipo Western blotting. Os resultados da composição básica de nutrientes mostraram dispersões normais esperadas entre as amostras de mesma origem, com tendências de níveis superiores de proteínas de 9 a 16% nas amostras GM. As análises de fibras insolúveis e isoflavonas revelaram valores de decréscimo das amostras GMs em relação aos teores das variedades convencionais, contrastando com o acréscimo de valores de ácido fítico nas mesmas cultivares. Quanto à proteólise, foi possível observar estabilidade de bandas protéicas com pesos moleculares em torno de 50 e 18 KDa nos extratos brutos, 10 KDa nos extratos de 11S e 50 KDa nos extratos de 7S, em geral similares entre as parentais isogênicas e GMs. Os testes de reatividade dos soros de pacientes alérgicos e não alérgicos em extratos brutos protéicos das cultivares GM demonstraram reatividade similar quando comparados às suas respectivas parentais isogênicas. Com a observação dos resultados pode-se concluir que as diferenças significativas apresentadas pelas amostras GM não as tornam inseguras para o consumo humano e animal. Da mesma forma que não foram observadas alterações na alergenicidade das amostras GM em relação às amostras parentais isogênicas por apresentarem perfis semelhantes de proteólise frente à pepsina e aos testes imunológicos contra soros de pacientes alérgicos. / The parameters of security evaluation of genetically modified foods are based on the substantial equivalence among varieties and the innocuity of GM vegetal proteins compared with conventional vegetal proteins. The aim of this work was to evaluate the food safety of three genetically modified soybean cultivars to tolerate glyphosate herbicide through substantial equivalence determination and allergenic potential when compared to their respective isogenic parental. Six samples analyzed were three parental soybean (conventional) and the others GM, regarding to the crop of 2004-2005, grown in Goiás state. The chemical composition was performed in triplicate and the content of moisture, minerals, proteins, lipids and fiber were determined. Additional compounds like aminoacids, fatty acids, isoflavons and phytates were analyzed. The potential of allergenic reactions was evaluated in crude protein extracts of three conventional and their corresponding GM cultivars. The same protein extracts were fractionated to obtain 7S and 11S globulins by precipitation and posterior purification on Sepharose 4B bioaffinity column. The 7S glycoprotein was obtained by elution with -D-mannopyranoside buffer. The resistance to proteolysis was performed by two simulated gastric fluids with pepsin at the proportions 2,5:100 and 13:1 enzyme/substrate. The samples were run by SDS electrophoresis to estimate the resistance to pepsin action according to enzyme concentration and incubation time. Crude protein extracts and hydrolyzed fractions were tested against serum of allergic and non-allergic patients through ELISA immunochemistry essays at concentrations of 1/20 and Western blotting, 1/10. The results of chemical composition of nutrients showed an expected normal dispersion among samples from the same origin, with tendencies for superior levels of proteins from 9 to 16% by GM samples. The analyses of insoluble fibers and isoflavons revealed decreased values at GM samples regarding to the contents on conventional varieties, contrasting with the increase of the phytic acid values in the same cultivars. After the proteolysis, some protein bands remained apparently stable, that correspond to molecular weights around 50 and 18 KDa for crude extracts, 10 KDa for 11S extracts and 50 KDa for 7S extracts. The undigested proteins are similar in both set of samples, the parental isogenic and GM soybeans. Immuno-reactivity of proteins from crude extracts with serum from allergic and non allergic patients were also similar for isogenic and GM cultivars. These results allow us to state that the significant differences observed in the composition of GM samples will neither affect the nutrient levels nor the safety of their consumption as food or feed. As well as there were no observed changes at the potential allergenicity of GM samples regarding to parental isogenic samples by exhibit similar proteolysis profile related to pepsin and immunological essays against allergic patient serums.

A soja tolerante ao herbicida glifosato é o vegetal geneticamente modificado mais cultivado. Entretanto, questões sobre a biossegurança dos alimentos GM são ainda levantadas, como as incertezas sobre a expressão das novas proteínas, mutações indesejadas, alterações de perfis nutricionais e aparecimento de compostos tóxicos. Apesar dos comprovados efeitos benéficos à saúde, a soja apresenta naturalmente, entre suas proteínas, fatores antinutricionais, que podem: provocar efeitos fisiológicos adversos; diminuir a biodisponibilidade de nutrientes; e induzir reações de hipersensibilidade. Paralelamente, a soja possui sabor e aroma desagradáveis por ação de enzimas lipoxigenases. Os fatores antinutricionais estão relacionados às aglutininas (lectinas) e aos inibidores de proteases (inibidor de tripsina, tipo Kunitz, e inibidor de tripsina e quimotripsina, tipo Bowman-Brik), enquanto as globulinas da soja respondem pelas reações de hipersensibilidade. Objetivou-se neste trabalho fazer a comparação dos mapas protéicos de soja GM, suas isolinhas convencionais e sojas orgânicas visando a detecção de alterações nos perfis protéicos destes diferentes tipos de cultivo, e também a análise da expressão dos fatores antinutricionais, como os inibidores de proteases e aglutininas, considerando a extensão das variações naturais existentes nas amostras. Para tanto, foram comparadas seis amostras de sementes de variedades comerciais de soja cultivadas em paralelo, sob as mesmas condições ambientais e de solo, compostas por três isolinhas genitoras e suas três correspondentes GMs e duas amostras orgânicas, sendo que uma delas é comercial e a outra ainda esta em campos de pesquisa, fornecidas pela Embrapa Soja. Foram analisados extratos protéicos de todas as amostras, após extração com ácido tricloroacético (TCA) e acetona, através de eletroforese unidimensional (1D) e bidimensional (2D). Nestas foi empregado gradiente de pH de 3-10 e as imagens avaliadas pelo software ImageMaster 2D Platinum. Diversos spots selecionados foram identificados por espectrometria de massas. Nas imagens dos géis 2D, foi possível identificar e quantificar os spots correspondentes às proteínas isoladas e não houve diferença estatística ao nível de significância de 5% entre os diferentes tipos de cultivo. Na verificação da sobreposição dos géis, obtivemos porcentagens de matchings superiores a 70% entre as amostras GMs e não GMs. As amostras orgânicas apresentaram % matchings menores que entre convencionais e GMs. Nos resultados da espectrometria de massas foi possível reconhecer os principais grupos protéicos da soja, como as frações e subunidades de β-conglicinina e de glicinina, bem como os inibidores de proteases, aglutininas e lipoxigenases e não foi possível perceber alterações na expressão dos peptídeos identificados e analisados. Podemos concluir que as variações encontradas entre as três amostras convencionais e entre as amostras dos grupos convencionais e orgânicas foram maiores que a comparação das amostras GMs com suas genitoras correspondentes. / The glyphosate tolerant soybean is the most cultivated GM plant. However, questions about the bio-safety of GM foods are still rising, as there are uncertainty about the expression of new proteins, undesired mutations, changes in nutritional profile and the production of toxic compounds. Despite of the beneficial effects to human health, the soybean has anti-nutritional factors that can cause adverse physiological effects, reduce the bioavailability of nutrients, and induce hypersensitivity reactions. At the same time the soybean develop undesirable flavor due to the action of lipoxygenases. The anti-nutritional factors are related to agglutinins (lectins) and to the proteases inhibitors (Kunitz\'s Trypsin Inhibitor and Bowman-Birk\'s Inhibitor of Trypsin and Chymotrypsin) while the soybean globulins are responsible for hypersensitivity reactions. The objective of this work was to compare proteic maps of GM soybean, conventional isolines and organic soybean aiming to detect changes in protein profiles of the different types of cultivation and also analyze the expression of the anti-nutritional factors, such as protease inhibitors and agglutinins, taking into consideration the natural variation existing in the samples. For this, it was performed the comparisons between six seed samples of commercial varieties of soybeans, grown in parallel under the same environmental conditions and soil, composed of three parental isolines and their three corresponding GM and two organic sample, one of them is commercial and the other is still in search fields. The samples were provided by Embrapa Soja. Protein extracts were analyzed from the samples after extraction with trichloroacetic acid (TCA) and acetone using regular monodimensional electrophoresis (1D) and two-dimensional (2D) ones. For 2D were used strips of pH gradient 3-10 and the final images analyzed by ImageMaster 2D Platinum software. Several selected spots were identified by mass spectrometry. In the images of the 2D gels, we could identify and quantify the spots corresponding to proteins isolated and there was no statistical difference at 5% of significance between the different types of cultivation. Checking the overlap of the gels, we obtained matchings above 70% between GM and non GM sample. The organic sample had lower matching index between conventional and GM. It was possible to recognize the major groups of soy protein as a result of mass spectrometry such as¨β-conglycinin fractions and glycinin as well as protease inhibitors, lipoxygenase, and agglutinins. We concluded that the variations found among the tree conventional samples and between samples of conventional and organic groups were higher than the comparison of sample GMs with their corresponding parentals.

A soja tolerante ao herbicida glifosato é o vegetal geneticamente modificado mais cultivado. Entretanto, questões sobre a biossegurança dos alimentos GM são ainda levantadas, como as incertezas sobre a expressão das novas proteínas, mutações indesejadas, alterações de perfis nutricionais e aparecimento de compostos tóxicos. Apesar dos comprovados efeitos benéficos à saúde, a soja apresenta naturalmente, entre suas proteínas, fatores antinutricionais, que podem: provocar efeitos fisiológicos adversos; diminuir a biodisponibilidade de nutrientes; e induzir reações de hipersensibilidade. Paralelamente, a soja possui sabor e aroma desagradáveis por ação de enzimas lipoxigenases. Os fatores antinutricionais estão relacionados às aglutininas (lectinas) e aos inibidores de proteases (inibidor de tripsina, tipo Kunitz, e inibidor de tripsina e quimotripsina, tipo Bowman-Brik), enquanto as globulinas da soja respondem pelas reações de hipersensibilidade. Objetivou-se neste trabalho fazer a comparação dos mapas protéicos de soja GM, suas isolinhas convencionais e sojas orgânicas visando a detecção de alterações nos perfis protéicos destes diferentes tipos de cultivo, e também a análise da expressão dos fatores antinutricionais, como os inibidores de proteases e aglutininas, considerando a extensão das variações naturais existentes nas amostras. Para tanto, foram comparadas seis amostras de sementes de variedades comerciais de soja cultivadas em paralelo, sob as mesmas condições ambientais e de solo, compostas por três isolinhas genitoras e suas três correspondentes GMs e duas amostras orgânicas, sendo que uma delas é comercial e a outra ainda esta em campos de pesquisa, fornecidas pela Embrapa Soja. Foram analisados extratos protéicos de todas as amostras, após extração com ácido tricloroacético (TCA) e acetona, através de eletroforese unidimensional (1D) e bidimensional (2D). Nestas foi empregado gradiente de pH de 3-10 e as imagens avaliadas pelo software ImageMaster 2D Platinum. Diversos spots selecionados foram identificados por espectrometria de massas. Nas imagens dos géis 2D, foi possível identificar e quantificar os spots correspondentes às proteínas isoladas e não houve diferença estatística ao nível de significância de 5% entre os diferentes tipos de cultivo. Na verificação da sobreposição dos géis, obtivemos porcentagens de matchings superiores a 70% entre as amostras GMs e não GMs. As amostras orgânicas apresentaram % matchings menores que entre convencionais e GMs. Nos resultados da espectrometria de massas foi possível reconhecer os principais grupos protéicos da soja, como as frações e subunidades de β-conglicinina e de glicinina, bem como os inibidores de proteases, aglutininas e lipoxigenases e não foi possível perceber alterações na expressão dos peptídeos identificados e analisados. Podemos concluir que as variações encontradas entre as três amostras convencionais e entre as amostras dos grupos convencionais e orgânicas foram maiores que a comparação das amostras GMs com suas genitoras correspondentes. / The glyphosate tolerant soybean is the most cultivated GM plant. However, questions about the bio-safety of GM foods are still rising, as there are uncertainty about the expression of new proteins, undesired mutations, changes in nutritional profile and the production of toxic compounds. Despite of the beneficial effects to human health, the soybean has anti-nutritional factors that can cause adverse physiological effects, reduce the bioavailability of nutrients, and induce hypersensitivity reactions. At the same time the soybean develop undesirable flavor due to the action of lipoxygenases. The anti-nutritional factors are related to agglutinins (lectins) and to the proteases inhibitors (Kunitz\'s Trypsin Inhibitor and Bowman-Birk\'s Inhibitor of Trypsin and Chymotrypsin) while the soybean globulins are responsible for hypersensitivity reactions. The objective of this work was to compare proteic maps of GM soybean, conventional isolines and organic soybean aiming to detect changes in protein profiles of the different types of cultivation and also analyze the expression of the anti-nutritional factors, such as protease inhibitors and agglutinins, taking into consideration the natural variation existing in the samples. For this, it was performed the comparisons between six seed samples of commercial varieties of soybeans, grown in parallel under the same environmental conditions and soil, composed of three parental isolines and their three corresponding GM and two organic sample, one of them is commercial and the other is still in search fields. The samples were provided by Embrapa Soja. Protein extracts were analyzed from the samples after extraction with trichloroacetic acid (TCA) and acetone using regular monodimensional electrophoresis (1D) and two-dimensional (2D) ones. For 2D were used strips of pH gradient 3-10 and the final images analyzed by ImageMaster 2D Platinum software. Several selected spots were identified by mass spectrometry. In the images of the 2D gels, we could identify and quantify the spots corresponding to proteins isolated and there was no statistical difference at 5% of significance between the different types of cultivation. Checking the overlap of the gels, we obtained matchings above 70% between GM and non GM sample. The organic sample had lower matching index between conventional and GM. It was possible to recognize the major groups of soy protein as a result of mass spectrometry such as¨β-conglycinin fractions and glycinin as well as protease inhibitors, lipoxygenase, and agglutinins. We concluded that the variations found among the tree conventional samples and between samples of conventional and organic groups were higher than the comparison of sample GMs with their corresponding parentals.