Riesgos asociados a los cultivos transgénicos resistentes a insectos (Bt)

El estudio de los efectos combinados de los pesticidas representa un reto para la toxicología. En el caso de la nueva generación de plantas genéticamente modificadas (GM) con rasgos apilados, los residuos de herbicidas a base de glifosato (como Roundup) están presentes en las plantas comestibles tolerantes al Roundup (especialmente los maíces) y se mezclan con toxinas insecticidas Bt modificadas que son producidas por las propias plantas GM. En este trabajo se investigan los posibles efectos secundarios de estos pesticidas combinados en las células humanas. Aquí hemos probado por primera vez las toxinas Bt Cry1Ab y Cry1Ac (10 ppb a 100 ppm) en la línea celular de riñón embrionario humano 293, así como sus acciones combinadas con Roundup, dentro de las 24 h, en tres biomarcadores de muerte celular: mediciones de la succinato deshidrogenasa mitocondrial, liberación de adenilato quinasa por alteraciones de la membrana e inducciones de caspasa 3/7. Cry1Ab causó la muerte celular a partir de 100 ppm. En tales condiciones, no se detectaron efectos en el caso de Cry1Ac. El Roundup analizado solo, de 1 a 20 000 ppm, es necrótico y apoptótico a partir de 50 ppm, una concentración muy inferior a la de las diluciones agrícolas (concentración letal del 50%: 57,5 ​​ppm). El único efecto combinado significativo medido fue que Cry1Ab y Cry1Ac redujeron las activaciones de las caspasas 3/7 inducidas por Roundup; esto podría retrasar la activación de la apoptosis. Se observó la misma tendencia en el caso de los demás marcadores. En estos resultados, sostenemos que las toxinas Bt modificadas no son inertes en células humanas no diana y que pueden presentar efectos secundarios combinados con otros residuos de pesticidas específicos de las plantas GM

The study of combined effects of pesticides represents a challenge for toxicology. In the case of the new growing generation of genetically modified (GM) plants with stacked traits, glyphosate-based herbicides (like Roundup) residues are present in the Roundup-tolerant edible plants (especially corns) and mixed with modified Bt insecticidal toxins that are produced by the GM plants themselves. The potential side effects of these combined pesticides on human cells are investigated in this work. Here we have tested for the very first time Cry1Ab and Cry1Ac Bt toxins (10 ppb to 100 ppm) on the human embryonic kidney cell line 293, as well as their combined actions with Roundup, within 24 h, on three biomarkers of cell death: measurements of mitochondrial succinate dehydrogenase, adenylate kinase release by membrane alterations and caspase 3/7 inductions. Cry1Ab caused cell death from 100 ppm. For Cry1Ac, under such conditions, no effects were detected. The Roundup tested alone from 1 to 20 000 ppm is necrotic and apoptotic from 50 ppm, far below agricultural dilutions (50% lethal concentration 57.5 ppm). The only measured significant combined effect was that Cry1Ab and Cry1Ac reduced caspases 3/7 activations induced by Roundup; this could delay the activation of apoptosis. There was the same tendency for the other markers. In these results, we argue that modified Bt toxins are not inert on nontarget human cells, and that they can present combined side-effects with other residues of pesticides specific to GM plants.

Una de las principales aplicaciones de los cultivos transgénicos en la agricultura son las denominadas plantas (Bt) de Bacillus thuringiensis Berliner, en particular los maíces Bt que producen proteínas Cry insecticidas que se dirigen a órdenes específicos, como los lepidópteros o los coleópteros. Revisamos publicaciones que informaron sobre los efectos tóxicos directos de las proteínas de maíz Bt y/o Cry de los eventos actuales de maíz Bt en larvas de mariposas y polillas no blanco (Lepidoptera). En total, se identificaron 20 publicaciones revisadas por pares, de las cuales 16 artículos contribuyeron con datos de laboratorio y siete con datos basados en campo. Se registró un efecto adverso en las orugas en el 52% de todas las observaciones de laboratorio y en el 21% de todas las observaciones de campo. Las variables más estudiadas y con mayor incidencia de efectos fueron la supervivencia de las larvas, la masa corporal y el tiempo de desarrollo. Los parámetros de la etapa adulta estaban subrepresentados en los estudios. En total, se analizaron 11 especies de lepidópteros. La mayoría de los estudios se originaron en los EE. UU., Siendo la mariposa monarca la más estudiada, mientras que otras especies y otras partes del mundo fueron ampliamente descuidadas. Los experimentos de laboratorio a menudo se realizaban en condiciones poco realistas desde un punto de vista ecológico. Aunque los artículos que revisamos indican un riesgo potencial para los lepidópteros que están expuestos y se alimentan de polen de maíz Bt específico para lepidópteros, todavía no se puede extraer una conclusión general sobre el nivel de riesgo para mariposas y polillas. Una caracterización completa del riesgo requeriría una identificación completa de los peligros, una evaluación de la exposición y una evaluación del impacto. Sin embargo, nuestra revisión mostró que incluso el nivel básico de caracterización del peligro aún está incompleto. Las razones de esto son el número aún limitado de publicaciones y la falta de conocimiento concurrente, la restricción de datos a solo unas pocas especies, la representación excesiva de las especies de América del Norte y las limitaciones identificadas de los experimentos de laboratorio y de campo. Los hallazgos de esta revisión sugieren que es crucial para mejorar la evaluación actual de los efectos del cultivo de maíz Bt en los lepidópteros que los experimentos y análisis sean más realistas, ecológicamente significativos y detallados.

One of the major applications of transgenic crops in agriculture are the so‐called Bacillus thuringiensis Berliner (Bt) plants, in particular Bt maizes, which produce insecticidal Cry proteins that target specific orders, such as the Lepidoptera or Coleoptera. We reviewed publications that reported on the direct toxic effects of Bt‐maize and/or Cry proteins of current Bt‐maize events on larvae of non‐target butterflies and moths (Lepidoptera). In total, 20 peer‐reviewed publications were identified, of which 16 papers contributed laboratory‐based data and seven field‐based data. An adverse effect on caterpillars was recorded in 52% of all laboratory‐based and in 21% of all field‐based observations. The variables most often studied and having the highest occurrence of effects were larval survival, body mass, and developmental time. Parameters of the adult stage were under‐represented in the studies. Overall, 11 lepidopteran species were tested. The majority of the studies originated from the USA, with the Monarch butterfly being the most studied, whereas other species and other parts of the world were widely neglected. Laboratory experiments were often run under unrealistic conditions from an ecological point of view. Although the papers we reviewed indicated a potential hazard for Lepidoptera that are exposed to and feed on lepidopteran‐specific Bt‐maize pollen, a general conclusion on the level of risk for butterflies and moths cannot as yet be drawn. A comprehensive risk characterization would require thorough hazard identification, exposure assessment, and impact assessment. However, our review showed that even the basic level of hazard characterization is as yet incomplete. Reasons for this are the still‐limited numbers of publications and concurrent lack of knowledge, the restriction of data to only a few species, the over‐representation of North American species, and the identified limitations of both laboratory and field experiments. The findings of this review suggest that more realistic, ecologically meaningful, and detailed experiments and analyses are crucial to improve the present assessment of Bt‐maize cultivation effects on Lepidoptera.

Antecedentes La evolución de la resistencia de plagas objetivo es la principal amenaza para la eficacia a largo plazo de los cultivos que expresan proteínas insecticidas Bacillus thuringiensis (Bt). Las proteínas Cry2 desempeñan un papel fundamental en las formulaciones actuales de rociado de Bt y los cultivos transgénicos y complementan las proteínas Cry1A debido a su diferente modo de acción. Su presencia es crítica en el control de las especies de lepidópteros, como Helicoverpa spp., Que no son altamente susceptibles a las proteínas Cry1A. En Australia, una variedad transgénica de algodón que expresa Cry1Ac y Cry2Ab (Bollgard II) comprende al menos el 80% del área total de algodón. Antes de la adopción generalizada de Bollgard II, la frecuencia de alelos que confieren resistencia a Cry2Ab en poblaciones de campo de Helicoverpa armigera y Helicoverpa punctigera fue significativamente mayor de lo previsto. Las colonias establecidas a partir de sobrevivientes de pantallas F2 contra Cry2Ab son altamente resistentes a esta toxina, pero son susceptibles a Cry1Ac. Metodología / Resultados principales: Los bioensayos realizados con dieta artificial tratada en la superficie en neonatos de H. armigera y H.punctigera mostraron que los insectos resistentes a Cry2Ab eran resistentes a Cry2Ae mientras eran susceptibles a Cry1Ab. Los análisis de unión con Cry2Ab marcados con 125I se realizaron con vesículas de membrana con borde en cepillo de intestino de insectos sensibles y resistentes a Cry2Ab. Los resultados de los análisis de unión se correlacionaron con los datos de bioensayos y demostraron que los insectos resistentes mostraron una unión muy reducida de la toxina Cry2Ab a los receptores del intestino medio, mientras que no se detectó ningún cambio en la unión de Cry1Ac marcada con 125I. Como se demostró anteriormente para H. armigera, los sitios de unión de Cry2Ab en H. punctigera se mostraron compartidos por Cry2Ae, lo que explica por qué una alteración del sitio de unión compartido conduciría a una resistencia cruzada entre las dos toxinas Cry2A. Conclusión Esta es la primera vez que se reporta un mecanismo de resistencia a la clase de proteínas insecticidas Cry2. Como encontramos el mismo mecanismo de resistencia en múltiples cepas que representan varias poblaciones de campo, concluimos que la alteración del local de destino es el medio más probable que las poblaciones de campo desarrollen resistencia a las proteínas Cry2 en Helicoverpa spp. Nuestro trabajo también confirma la presencia en el intestino medio del insecto de sitios de unión específicos para esta clase de proteínas. La caracterización de los receptores Cry2 y sus mutaciones que permiten la resistencia podría llevar al desarrollo de herramientas moleculares para monitorear la resistencia en el campo.

Background Evolution of resistance by target pests is the main threat to the long-term efficacy of crops expressing Bacillus thuringiensis (Bt) insecticidal proteins. Cry2 proteins play a pivotal role in current Bt spray formulations and transgenic crops and they complement Cry1A proteins because of their different mode of action. Their presence is critical in the control of those lepidopteran species, such as Helicoverpa spp., which are not highly susceptible to Cry1A proteins. In Australia, a transgenic variety of cotton expressing Cry1Ac and Cry2Ab (Bollgard II) comprises at least 80% of the total cotton area. Prior to the widespread adoption of Bollgard II, the frequency of alleles conferring resistance to Cry2Ab in field populations of Helicoverpa armigera and Helicoverpa punctigera was significantly higher than anticipated. Colonies established from survivors of F2 screens against Cry2Ab are highly resistant to this toxin, but susceptible to Cry1Ac. Evolution of resistance by target pests is the main threat to the long-term efficacy of crops expressing Bacillus thuringiensis (Bt) insecticidal proteins. Cry2 proteins play a pivotal role in current Bt spray formulations and transgenic crops and they complement Cry1A proteins because of their different mode of action. Their presence is critical in the control of those lepidopteran species, such as Helicoverpa spp., which are not highly susceptible to Cry1A proteins. In Australia, a transgenic variety of cotton expressing Cry1Ac and Cry2Ab (Bollgard II) comprises at least 80% of the total cotton area. Prior to the widespread adoption of Bollgard II, the frequency of alleles conferring resistance to Cry2Ab in field populations of Helicoverpa armigera and Helicoverpa punctigera was significantly higher than anticipated. Colonies established from survivors of F2 screens against Cry2Ab are highly resistant to this toxin, but susceptible to Cry1Ac. Methodology/Principal Findings Bioassays performed with surface-treated artificial diet on neonates of H. armigera and H. punctigera showed that Cry2Ab resistant insects were cross-resistant to Cry2Ae while susceptible to Cry1Ab. Binding analyses with 125I-labeled Cry2Ab were performed with brush border membrane vesicles from midguts of Cry2Ab susceptible and resistant insects. The results of the binding analyses correlated with bioassay data and demonstrated that resistant insects exhibited greatly reduced binding of Cry2Ab toxin to midgut receptors, whereas no change in 125I-labeled-Cry1Ac binding was detected. As previously demonstrated for H. armigera, Cry2Ab binding sites in H. punctigera were shown to be shared by Cry2Ae, which explains why an alteration of the shared binding site would lead to cross-resistance between the two Cry2A toxins. Bioassays performed with surface-treated artificial diet on neonates of H. armigera and H. punctigera showed that Cry2Ab resistant insects were cross-resistant to Cry2Ae while susceptible to Cry1Ab. Binding analyses with 125I-labeled Cry2Ab were performed with brush border membrane vesicles from midguts of Cry2Ab susceptible and resistant insects. The results of the binding analyses correlated with bioassay data and demonstrated that resistant insects exhibited greatly reduced binding of Cry2Ab toxin to midgut receptors, whereas no change in 125I-labeled-Cry1Ac binding was detected. As previously demonstrated for H. armigera, Cry2Ab binding sites in H. punctigera were shown to be shared by Cry2Ae, which explains why an alteration of the shared binding site would lead to cross-resistance between the two Cry2A toxins. Conclusion/Significance This is the first time that a mechanism of resistance to the Cry2 class of insecticidal proteins has been reported. Because we found the same mechanism of resistance in multiple strains representing several field populations, we conclude that target site alteration is the most likely means that field populations evolve resistance to Cry2 proteins in Helicoverpa spp. Our work also confirms the presence in the insect midgut of specific binding sites for this class of proteins. Characterizing the Cry2 receptors and their mutations that enable resistance could lead to the development of molecular tools to monitor resistance in the field.

La calidad alimenticia de una variedad de maíz genéticamente modificado (GM) que expresan la toxina Bt Cry1Ab se probó durante el ciclo de vida de Daphnia magna, un artrópodo comúnmente utilizado como organismo modelo en estudios ecotoxicológicos. Las respuestas demográficas se compararon entre animales alimentados con GM o con maíz casi isogénico no modificado (UM), con y sin la adición de olor a depredador. Los datos específicos de la edad sobre la supervivencia y las tasas de natalidad se integraron y analizaron mediante tablas de vida y matrices de Leslie. Los datos de supervivencia, fecundidad y tasa de crecimiento poblacional (PGR) generalmente desfavorecieron al maíz Bt transgénico como alimento para D. magna en comparación con los animales alimentados con la línea de maíz casi isogénico (UM) no modificado. La descomposición de los efectos específicos de la edad reveló que las contribuciones más importantes a una PGR reducida en el grupo alimentado con GM provinieron tanto de las diferencias de fecundidad como de supervivencia en las primeras etapas de la vida. Llegamos a la conclusión de que las etapas juveniles y de adultos jóvenes son las unidades experimentales más sensibles y se deben priorizar en futuras investigaciones. Estas etapas a menudo se omiten en estudios toxicológicos/ecotoxicológicos y en ensayos de alimentación.

The food/feed quality of a variety of genetically modified (GM) maize expressing Cry1Ab Bt-toxin was tested over the life-cycle of Daphnia magna, an arthropod commonly used as model organism in ecotoxicological studies. Demographic responses were compared between animals fed GM or unmodified (UM) near isogenic maize, with and without the addition of predator smell. Age-specific data on survival and birth rates were integrated and analysed using life tables and Leslie matrices. Survival, fecundity and population growth rate (PGR) data generally disfavoured transgenic Bt-maize as feed for D. magna compared to animals fed the unmodified (UM) near isogenic line of maize. Decomposition of age-specific effects revealed that the most important contributions to a reduced PGR in the GM-fed group came from both fecundity and survival differences early in life. We conclude that juvenile and young adult stages are the most sensitive experimental units and should be prioritized in future research. These stages are often omitted in toxicological/ecotoxicological studies and in feeding trials.

El maíz transgénico (Zea mays L.) evento TC1507 produce la proteína Cry1F para brindar protección contra la alimentación de varias plagas importantes de lepidópteros, incluyendo Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae). Fueron investigados los informes de producción reducido en el campo contra esta especie en Puerto Rico, y los bioensayos de laboratorio mostraron que S. frugiperda recolectada del área afectada exhibió una menor sensibilidad a la proteína Cry1F en comparación con las colonias típicas de otras regiones. La resistencia se mostró hereditaria de forma autosómica y altamente recesiva. La colonia de Puerto Rico demostró ser moderadamente menos sensible que las cepas de laboratorio susceptibles a Cry1Ab y Cry1Ac, pero las diferencias en la sensibilidad fueron dramáticamente más pequeñas que para Cry1F. Los factores potenciales que contribuyen a la aparición de resistencia a Cry1F en las poblaciones de S. frugiperda en Puerto Rico incluyen la geografía de la isla tropical, el tamaño de la población inusualmente grande en 2006 y las condiciones de sequía que reducen la disponibilidad de hospedantes alternativos. En respuesta a este incidente de resistencia, los proveedores de tecnología preparan las ventas comerciales de maíz TC1507 en Puerto Rico, en la expectativa de una posible reversión a la susceptibilidad.

Transgenic maize, Zea mays L., event TC1507 produces the Cry1F protein to provide protection from feeding by several important lepidopteran pests, including Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae). Reports of reduced field performance against this species in Puerto Rico were investigated, and laboratory bioassays showed that S. frugiperda collected from the affected area exhibited lower sensitivity to the Cry1F protein compared with typical colonies from other regions. The resistance was shown to be autosomally inherited and highly recessive. The Puerto Rico colony was shown to be moderately less sensitive than susceptible laboratory strains to Cry1Ab and Cry1Ac, but the differences in sensitivity were dramatically smaller than for Cry1F. Potential contributory factors to the emergence of resistance to Cry1F in Puerto Rico populations of S. frugiperda include the tropical island geography, unusually large population sizes in 2006, and drought conditions reducing the availability of alternative hosts. In response to this resistance incident, the technology providers have stopped commercial sales of TC1507 maize in Puerto Rico pending potential reversion to susceptibility.

El maíz (Zea mays L.) transformado con un gen de la bacteria Bacillus thuringiensis (Bt) comprende el 49% de todo el maíz en los Estados Unidos. La entrada de tejido de maíz senescente que expresa el gen Bt puede afectar a los invertebrados que habitan en arroyos y que procesan los desechos vegetales, especialmente las especies de tricópteros relacionadas con el grupo objetivo de plagas de lepidópteros. Nuestro objetivo fue evaluar el riesgo asociado con los residuos de maíz transgénicos que ingresan a las corrientes. Primero, mostramos que la entrada de tejido de maíz después de la cosecha se extendió durante meses en una corriente. En segundo lugar, al utilizar ensayos biológicos de laboratorio basados ​​en el barrenador de maíz europeo [Ostrinia nubilalis (Hübner)], no encontramos bioactividad de la proteína Cry1Ab en tejido de maíz senescente después de 2 semanas de exposición a ambientes terrestres o acuáticos. En tercer lugar, mostramos que las líneas casi isogénicas BT modifican el crecimiento y la supervivencia de algunas especies de invertebrados. De las cuatro especies de invertebrados no objetivo que se alimentaron con líneas casi isogénicas de Bt, el crecimiento de dos tricópteros estrechamente relacionados no se vio afectado negativamente, mientras que un tipúlido (mosca de la grulla) presentó tasas de crecimiento reducidas, y un isópodo mostró un crecimiento y supervivencia reducidos en la linea casi isogénica Cry1Ab pero no en el stacked Cry1Ab + Cry3Bb1 near-isoline. Debido a la falta de evidencia de bioactividad de Bt después de 2 semanas y debido a la falta de efectos no objetivos sobre la stacked near-isoline, sugerimos que las diferencias mediadas por tejido causaron las diferentes respuestas entre las especies y no la presencia de la proteína Cry1Ab. En general, nuestros resultados proporcionan evidencia de que los efectos adversos no objetivo a los descomponedores acuáticos implican interacciones complejas que surgen de la genética de las plantas y el medio ambiente, y que no pueden atribuirse a la presencia de proteínas Cry1Ab.

Corn (Zea mays L.) transformed with a gene from the bacterium Bacillus thuringiensis (Bt) comprises 49% of all corn in the United States. The input of senesced corn tissue expressing the Bt gene may impact stream-inhabiting invertebrates that process plant debris, especially trichopteran species related to the target group of lepidopteran pests. Our goal was to assess risk associated with transgenic corn debris entering streams. First, we show the input of corn tissue after harvest was extended over months in a stream. Second, using laboratory bioassays based on European corn borer [Ostrinia nubilalis (Hübner)], we found no bioactivity of Cry1Ab protein in senesced corn tissue after 2 wk of exposure to terrestrial or aquatic environments. Third, we show that Bt near-isolines modify growth and survivorship of some species of invertebrates. Of the four nontarget invertebrate species fed Bt near-isolines, growth of two closely related trichopterans was not negatively affected, whereas a tipulid crane fly exhibited reduced growth rates, and an isopod exhibited reduced growth and survivorship on the Cry1Ab near-isoline but not on the stacked Cry1Ab + Cry3Bb1 near-isoline. Because of lack of evidence of bioactivity of Bt after 2 wk and because of lack of nontarget effects on the stacked near-isoline, we suggest that tissue-mediated differences, and not the presence of the Cry1Ab protein, caused the different responses among the species. Overall, our results provide evidence that adverse effects to aquatic nontarget shredders involve complex interactions arising from plant genetics and environment that cannot be ascribed to the presence of Cry1Ab proteins.

La siembra generalizada de maíz en todo el medio oeste agrícola puede dar lugar a la entrada de detritos en los ecosistemas de corrientes adyacentes, y el 63% de la cosecha de maíz de EE. UU. de 2009 se modificó genéticamente para expresar proteínas Cry insecticidas derivadas de Bacillus thuringiensis. Seis meses después de la cosecha, realizamos un estudio sinóptico de 217 sitios de arroyos en Indiana para determinar la extensión de los detritos del maíz y la presencia de la proteína Cry1Ab en la red de arroyos. Encontramos que el 86% de los sitios de arroyos contenían hojas de maíz, mazorcas, cáscaras y/o tallos en el canal de arroyos activos. También detectamos la proteína Cry1Ab en canal de corriente del maíz en el 13% de los sitios y en la columna de agua en el 23% de los sitios. Encontramos que el 82% de los sitios de arroyos eran adyacentes a los campos de maíz, y los análisis de los Sistemas de información geográfica indicaron que el 100% de los sitios que contenían detritus positivos para Cry1Ab en el canal de arroyos activo se sembró con maíz a 500 m durante el año de cosecha anterior. Los detritos del maíz probablemente ingresan a los arroyos a lo largo del Cinturón del Maíz; utilizando los datos de la cubierta terrestre del Departamento de Agricultura de EE. UU., estimamos que el 91% de los 256,446 km de arroyos/ríos en Iowa, Illinois e Indiana se encuentran a 500 m de un campo de maíz. Los detritus de maíz son comunes en los canales de corriente de bajo gradiente en el noroeste de Indiana, y las proteínas Cry1Ab persisten en las hojas de maíz y se pueden medir en la columna de agua incluso 6 meses después de la cosecha. Por lo tanto, los detritos de maíz y las proteínas Cry1Ab asociadas están ampliamente distribuidas y son persistentes en el paisaje de las cabeceras de corrientes de agua del Cinturón de Maíz.

Widespread planting of maize throughout the agricultural Midwest may result in detritus entering adjacent stream ecosystems, and 63% of the 2009 US maize crop was genetically modified to express insecticidal Cry proteins derived from Bacillus thuringiensis. Six months after harvest, we conducted a synoptic survey of 217 stream sites in Indiana to determine the extent of maize detritus and presence of Cry1Ab protein in the stream network. We found that 86% of stream sites contained maize leaves, cobs, husks, and/or stalks in the active stream channel. We also detected Cry1Ab protein in stream-channel maize at 13% of sites and in the water column at 23% of sites. We found that 82% of stream sites were adjacent to maize fields, and Geographical Information Systems analyses indicated that 100% of sites containing Cry1Ab-positive detritus in the active stream channel had maize planted within 500 m during the previous crop year. Maize detritus likely enters streams throughout the Corn Belt; using US Department of Agriculture land cover data, we estimate that 91% of the 256,446 km of streams/rivers in Iowa, Illinois, and Indiana are located within 500 m of a maize field. Maize detritus is common in low-gradient stream channels in northwestern Indiana, and Cry1Ab proteins persist in maize leaves and can be measured in the water column even 6 mo after harvest. Hence, maize detritus, and associated Cry1Ab proteins, are widely distributed and persistent in the headwater streams of a Corn Belt landscape.

El algodón transgénico Cry1Ac + CpTI (CCRI41) se planta cada vez más en toda China. Sin embargo, los efectos negativos de estos cultivos en la abeja de miel Apis mellifera L., el polinizador más importante para el ecosistema cultivado, siguen siendo poco investigados. El objetivo de nuestro estudio fue evaluar los posibles efectos secundarios del polen transgénico Cry1Ac + CpTI del algodón en las abejas jóvenes adultas A. mellifera L. Dos puntos destacaron la importancia de nuestro estudio: (1) Un mayor nivel de expresión de la proteína insecticida Cry1Ac En el polen se detectaron tejidos (en comparación con informes anteriores). En particular, la proteína Cry1Ac se detectó a 300 ± 4,52 ng g (-1) [parte por billón (ppb)] en el polen recolectado en julio, (2) Los efectos sobre la mortalidad crónica y el comportamiento de alimentación en las abejas se evaluaron utilizando un protocolo de alimentación con dieta sin elección, que garantiza el mayor nivel de exposición a las abejas que pueden ocurrir en condiciones naturales (en el peor escenario). También se realizaron pruebas utilizando polen tratado con imidacloprid a una concentración de 48 ppb como control positivo para el efecto subletal en el comportamiento de alimentación. Nuestros resultados sugieren que el polen Cry1Ac + CpTI no conlleva un riesgo letal para las abejas. Sin embargo, durante una exposición oral de 7 días a los diversos tratamientos (transgénicos, tratados con imidacloprid y control), se alteró el comportamiento de alimentación de las abejas y las abejas consumieron significativamente menos polen de algodón CCRI41 que en el grupo control en el que las abejas fueron expuestas al polen de algodón convencional. Esto puede indicar un efecto antialimentario del polen CCRI41 en las abejas melíferas y, por lo tanto, las abejas pueden estar en riesgo debido a que en China se plantan grandes áreas con algodón Bt transgénico. Este es el primer informe que sugiere un posible efecto subletal del polen de algodón CCRI41 en las abejas. Las implicaciones de los resultados se discuten en términos de evaluación de riesgos para las abejas, así como para la dirección de trabajo futuro que involucra la evaluación de riesgos del algodón CCRI41.

Transgenic Cry1Ac + CpTI cotton (CCRI41) is increasingly planted throughout China. However, negative effects of this cultivar on the honey bee Apis mellifera L., the most important pollinator for cultivated ecosystem, remained poorly investigated. The objective of our study was to evaluate the potential side effects of transgenic Cry1Ac + CpTI pollen from cotton on young adult honey bees A. mellifera L. Two points emphasized the significance of our study: (1) A higher expression level of insecticidal protein Cry1Ac in pollen tissues was detected (when compared with previous reports). In particular, Cry1Ac protein was detected at 300 ± 4.52 ng g(-1) [part per billion (ppb)] in pollen collected in July, (2) Effects on chronic mortality and feeding behaviour in honey bees were evaluated using a no-choice dietary feeding protocol with treated pollen, which guarantee the highest exposure level to bees potentially occurring in natural conditions (worst case scenario). Tests were also conducted using imidacloprid-treated pollen at a concentration of 48 ppb as positive control for sublethal effect on feeding behaviour. Our results suggested that Cry1Ac + CpTI pollen carried no lethal risk for honey bees. However, during a 7-day oral exposure to the various treatments (transgenic, imidacloprid-treated and control), honey bee feeding behaviour was disturbed and bees consumed significantly less CCRI41 cotton pollen than in the control group in which bees were exposed to conventional cotton pollen. It may indicate an antifeedant effect of CCRI41 pollen on honey bees and thus bees may be at risk because of large areas are planted with transgenic Bt cotton in China. This is the first report suggesting a potential sublethal effect of CCRI41 cotton pollen on honey bees. The implications of the results are discussed in terms of risk assessment for bees as well as for directions of future work involving risk assessment of CCRI41 cotton.

Antecedentes, objetivo y alcance Esta revisión trata sobre publicaciones sobre el modo de acción de las proteínas Bt y su potencial sinergismo con factores extrínsecos. El objetivo fue evaluar el impacto de esos factores, especialmente con respecto a la selectividad y la eficacia de las toxinas Bt, y discutir las posibles brechas en la evaluación de riesgo actual de plantas genéticamente modificadas que expresan toxinas Bt. Características principales La revisión muestra que varios factores extrínsecos pueden influir en la selectividad y la eficacia de las toxinas Bt. Los hallazgos se consideran relevantes para la evaluación de riesgos en plantas Bt. Esta conclusión se deriva al analizar el estado actual del conocimiento sobre el modo de acción de las proteínas Bt, los efectos inesperados en el organismo no objetivo y la manera en que las toxinas Bt modificadas se expresan en plantas genéticamente modificadas. Resultados Se han identificado varias publicaciones que muestran que ciertos factores y el sinergismo pueden afectar la eficacia y la selectividad de las toxinas Bt. Estos factores extrínsecos son diversos e incluyen otras toxinas Bt o partes de la espora de Bacillus thuringiensis, así como ciertas enzimas, estrés ambiental, microorganismos no patógenos y enfermedades infecciosas. Discusión La investigación sobre el mecanismo subyacente del sinergismo observado podría ayudar a explicar algunos de los efectos encontrados en organismos no objetivo. En general, la posible sinergia de las toxinas Bt con factores extrínsecos puede ser relevante para la evaluación del riesgo de las plantas Bt modificadas genéticamente, ya que exponen una toxina Bt modificada al medio ambiente en diversas condiciones y durante un largo período de tiempo. Conclusiones La evaluación del riesgo de las plantas modificadas genéticamente debería poner en duda el supuesto general de una alta selectividad y una relación lineal de dosis-respuesta en la toxicidad de las proteínas Bt. Tanto la selectividad como la eficacia pueden verse influidas por el sinergismo, que puede provocar efectos inesperados e indeseados en organismos no objetivo. Perspectivas Se sugiere que se promueva la investigación sistemática sobre el sinergismo entre las toxinas Bt y los posibles factores extrínsecos que podrían afectar el espectro de organismos susceptibles. Esta investigación debe convertirse en un requisito previo para la evaluación del riesgo de las plantas Bt.

Background, aim, and scope. This review deals with publications concerning the mode of action of Bt proteins and their potential synergism with extrinsic factors. The aim was to assess the impact of those factors especially regarding selectivity and efficacy of Bt toxins and to discuss possible gaps in current risk assessment of genetically engineered plants expressing Bt toxins. Main features The review shows that several extrinsic factors are able to influence the selectivity and efficacy of Bt toxins. The findings are seen as being relevant for risk assessment in Bt plants. This conclusion is derived by discussing current state of knowledge about the mode of action of Bt proteins, unexpected effects on non-target organism, and the way how modified Bt toxins are expressed in genetically engineered plants. Results Several publications have been identified that show that certain factors and synergism can impact efficacy and selectivity of Bt toxins. These extrinsic factors are various and include other Bt toxins or parts from the spore of Bacillus thuringiensis as well as certain enzymes, environmental stress, non-pathogenic microorganisms, and infectious diseases. Discussion Research on the underlying mechanism of observed synergism might help to explain some of the effects found in non-target organisms. In general, possible synergism of Bt toxins with extrinsic factors can be relevant for risk assessment of genetically engineered Bt plants since they expose a modified Bt toxin to the environment under various conditions and over a long period of time. Conclusions Risk assessment of genetically engineered plants should put into question the general assumption of a high selectivity and a linear dose–response relationship in the toxicity of Bt proteins. Both selectivity and efficacy can be influenced by synergism, which can provoke unexpected and undesired effects in non-target organisms. Perspectives It is suggested that systematic research be promoted on synergism between Bt toxins and potential extrinsic factors that could impact the spectrum of susceptible organisms. This research should become a prerequisite for risk assessment of Bt plants.

El algodón Bt transgénico es cultivado comercialmente con el fundamento de que produce toxinas que defienden a las plantas principalmente de las orugas que dañan las cápsulas de algodón. A partir del contexto de protección de cultivos, es importante que estos gusanos permanezcan susceptibles a las toxinas, para que sus poblaciones estén bajo control. Sin embargo, si ciertos son capaces de sobrevivir y reproducirse con los transgénicos, pueden construir poblaciones resistentes a las toxinas. En uno de los casos, descubrimos individuos de H. armigera, los más prominentes entre los gusanos de la India, que sobrevivieron en híbridos comerciales de algodón Bt que contenían genes simples (Cry1Ac) y dobles (Cry1Ac y Cry2Ab) en parcelas experimentales de la Universidad de Ciencias Agrícolas, Raichur Campus, india. Los análisis de diversos parámetros biológicos medidos a través de la cría en laboratorio en los respectivos híbridos revelaron que estos individuos sobrevivientes no solo podían completar su ciclo de vida sino también reproducirse. Un porcentaje de los individuos de la siguiente generación también pudieron completar su ciclo de vida en los híbridos comerciales transgénicos. Curiosamente, muchos de los parámetros biológicos de los gusanos en los híbridos Bt y no Bt fueron en su mayoría comparables. Los resultados no solo validan la aparición de poblaciones naturales de H. armigera en los híbridos de algodón Bt, sino que también proporcionan evidencia de su supervivencia y reproducción exitosa en la India.

Transgenic Bt-cotton is commercially cultivated on the rationale that it produces toxins that defend the plants primarily from caterpillars damaging cotton bolls. From the context of crop protection, it is important that these bollworms remain susceptible to the toxins, so that their populations are under check. However, if certain individuals are able to survive and breed on the transgenics, they can build populations resistant to the toxins. In one such instance we discovered individuals of Helicoverpa armigera, the most prominent among bollworms in India, surviving on comercial Bt-cotton hybrids containing single (Cry1Ac) and doublé (Cry1Ac and Cry2Ab) genes in experimental plots of the University of Agricultural Sciences, Raichur campus, India. Analyses of various biological parameters measured through laboratory breeding on the respective hybrids revealed that these surviving individuals could not only complete their life cycle but also reproduce. A proportion of individuals of the succeeding generation were also able to complete their life cycle on the transgenic commercial hybrids. Interestingly, many of the biological parameters of the bollworm across Bt and non-Bt hybrids were mostly comparable. These results not only validate the occurrence of natural populations of H. armigera on Btcotton hybrids, but also provide evidence for its survival and successful reproduction in India