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

En 2003, las autoridades ambientales del Distrito Federal de México declararon que los organismos genéticamente modificados eran incompatibles con las prácticas de agricultura ecológica establecidas en las áreas rurales al sur de la Ciudad de México. Para garantizar el cumplimiento de las normas oficiales y las políticas de agricultura orgánica, se tomaron medidas para implementar un sistema de alerta temprana para la detección de maíz modificado genéticamente en los campos de los agricultores. En nuestros esfuerzos de muestreo, que se realizaron en 2003, se encontraron proteínas transgénicas expresadas en maíz en dos (0,96%) de 208 muestras de campos de agricultores, ubicadas en dos (8%) de 25 comunidades muestreadas. México importa una cantidad sustancial de maíz de los EE. UU. Y, debido a las redes de semillas formales e informales entre los agricultores rurales, hay muchas rutas potenciales de ingreso del maíz transgénico a las redes de alimentos y piensos. Mantener prácticas agroecológicas, preservar la agricultura orgánica y conservar las variedades de maíz en el área de Conservación del Suelo del Distrito Federal Mexicano, las autoridades ambientales deberán mantener y actualizar políticas ecológicas como el "sello verde" para la agricultura orgánica, aplicar tecnologías alternativas como biofertilizantes para mejorar la planta. nutrición, y desarrollar una agricultura sostenible de maíz con la implementación de sistemas de cultivos intercalados rentables

In 2003, the environmental authorities of the Federal District of Mexico declared that genetically modifiedorganisms were incompatible with ecological agriculture practices established in rural areas south ofMexico City. To ensure compliance with official standards and organic agriculture policies, steps were takento implement an early warning system for the detection of genetically modified maize in farmers’ fields. Inour sampling efforts, which were conducted in 2003, transgenic proteins expressed in maize were found intwo (0.96%) of 208 samples from farmers’ fields, located in two (8%) of 25 sampled communities. Mexicoimports a substantial amount of maize from the US, and due to formal and informal seed networks amongrural farmers, there are many potential routes of entrance for transgenic maize into food and feed webs. Tosustain agroecological practices, preserve organic agriculture, and conserve maize landraces in the SoilConservation area of the Mexican Federal District, environmental authorities will need to maintain andupdate ecological policies such as the “green seal” for organic agriculture, apply alternative technologiessuch as biofertilizers to enhance plant nutrition, and develop sustainable maize agriculture with the imple-mentation of profitable intercropping systems

La bacteria entomopatógena Bacillus thuringiensis (Bt) y sus toxinas se usan ampliamente con fines de control de plagas en la agricultura, silvicultura y programas de salud pública desde 1930. Además de las formulaciones en aerosol, las plantas transgénicas contienen genes Bt para la expresión de las toxinas (plantas Bt) están disponibles comercialmente desde mediados de la década de 1990 y se cultivan en un porcentaje creciente del área agrícola mundial. Una de las principales razones de la importancia de Bt como plaguicida es la supuesta seguridad ambiental que se concluye a partir de la alta especificidad de sus endotoxinas (proteínas Cry) hacia un número limitado de organismos objetivo, en su mayoría grupos distintos de insectos plaga. Si bien el modo de acción de las toxinas Cry en estos insectos objetivo susceptibles está bien estudiado, los expertos de Bt afirman que varios detalles aún no se comprenden lo suficiente. Aunque existe una experiencia considerable con la aplicación y la seguridad ambiental de los aerosoles Bt, en el pasado se publicaron varios trabajos de investigación que informaron efectos adversos en organismos no objetivo. Estos y el uso generalizado de plantas transgénicas Bt nos estimuló a revisar los estudios publicados de alimentación en laboratorio sobre los efectos de las toxinas Bt y las plantas transgénicas Bt en invertebrados no objetivo. Describimos aquellos informes que documentaron los efectos adversos en organismos no objetivo con mayor detalle y nos centramos en un ejemplo prominente, la crisopa, Chrysoperla carnea. Discutiendo nuestros hallazgos en contexto con los estudios moleculares actuales, argumentamos en primer lugar que la evidencia de los efectos adversos en organismos no objetivo es lo suficientemente convincente como para merecer más investigación. Además, de nuestro análisis en profundidad, llegamos a la conclusión de que los informes publicados que estudian los efectos de las toxinas Bt, de los pesticidas Bt y las plantas transgénicas Bt sobre las larvas de crisopa, proporcionan datos complementarios y no contradictorios. Y, finalmente, encontramos que aún faltan experimentos clave que expliquen el modo de acción, no solo en esta especie no objetivo afectada en particular, sino también en la mayoría de las otras especies no objetivo afectadas. Teniendo en cuenta el área de producción mundial de cultivos Bt, en constante aumento, parece prudente comprender a fondo cómo las toxinas Bt pueden afectar a los organismos no objetivo.

The entomopathogenic bacterium Bacillus thuringiensis (Bt) and its toxins are extensively used for pest control purposes in agriculture, forestry and public health programmes since the 1930. In addition to spray formulations, transgenic plants containing Bt genes for the expression of the toxins (Bt plants) are commercially available since the mid 1990s and are grown on an increasing percentage of the global agricultural area. A main reason for the importance of Bt as a pesticide is the assumed environmental safety concluded from the high specificity of its endotoxins (Cry proteins) towards a limited number of target organisms, mostly distinct groups of pest insects. While the mode of action of the Cry toxins in these susceptible target insects is well studied, Bt experts claim that several details are still not understood well enough. Although there is considerable experience with the application and the environmental safety of Bt sprays, a number of research papers were published in the past that did report adverse effects on non-target organisms. These and the widespread use of transgenic Bt plants stimulated us to review the published laboratory feeding studies on effects of Bt toxins and transgenic Bt plants on non-target invertebrates. We describe those reports that documented adverse effects in non-target organisms in more detail and focus on one prominent example, the green lacewing, Chrysoperla carnea. Discussing our findings in the context of current molecular studies, we argue firstly that the evidence for adverse effects in non-target organisms is compelling enough that it would merit more research. We further conclude from our in-depth analysis that the published reports studying the effects of Bt toxins from Bt pesticides and transgenic Bt plants on green lacewing larvae provide complementary and not contradictory data. And, finally, we find that the key experiments explaining the mode of action not only in this particular affected non-target species but also in most other affected non-target species are still missing. Considering the steadily increasing global production area of Bt crops, it seems prudent to thoroughly understand how Bt toxins might affect non-target organisms.

Una de las principales preocupaciones con respecto al despliegue de plantas transgénicas resistentes a insectos es su impacto potencial en organismos no objetivo, en particular en artrópodos beneficiosos, como los depredadores. Para evaluar los riesgos que las plantas transgénicas representan para los depredadores, se pueden utilizar varios sistemas de prueba experimentales. Cuando se usan estudios tritróficos, es importante verificar la exposición real del depredador, es decir, la presencia de toxina biológicamente activa en el artrópodo herbívoro (presa). Por lo tanto, investigamos la absorción de la toxina Cry1Ab por parte de las larvas de la crisopa (Chrysoperla carnea (Stephens); Neuroptera: Chrysopidae) después de consumir dos herbívoros alimentados con maíz Bt (Tetranychus urticae Koch; Acarina: Tetranychidae y Spodoptera littoralis (Boisduval); Lepidoptera: Noctuidae) mediante una prueba inmunológica (ELISA) y la actividad de la toxina Cry1Ab después de la ingesta por los herbívoros. Además, comparamos la actividad de la toxina Cry1Ab producida por el maíz Bt con la de la toxina purificada obtenida de Escherichia coli transformada, que se recomienda usar en estudios de toxicidad. La actividad de la toxina se evaluó realizando bioensayos de alimentación con larvas del barrenador europeo del maíz (Ostrinia nubilalis (Hübner); Lepidoptera: Crambidae), la plaga objetivo del maíz que expresa Cry1Ab. ELISA confirmó la ingesta de toxina Bt por las larvas de C. carnea cuando se alimentó con una de las dos especies de presas, y los bioensayos de alimentación utilizando la plaga objetivo mostraron que la actividad biológica de la toxina Cry1Ab se mantiene después de la ingesta por ambas especies de herbívoros. Estos hallazgos se discuten en el contexto de estudios de evaluación de riesgos anteriores con C. carnea. La proteína Cry1Ab purificada fue más tóxica para O. nubilalis en comparación con la toxina Cry1Ab derivada de la planta cuando se aplicó a concentraciones iguales de acuerdo con las mediciones de ELISA. Se discuten las posibles razones de estos hallazgos.

A major concern regarding the deployment of insect resistant transgenic plants is their potential impact on non-target organisms, in particular on beneficial arthropods such as predators. To assess the risks that transgenic plants pose to predators, various experimental testing systems can be used. When using tritrophic studies, it is important to verify the actual exposure of the predator, i.e., the presence of biologically active toxin in the herbivorous arthropod (prey). We therefore investigated the uptake of Cry1Ab toxin by larvae of the green lacewing (Chrysoperla carnea (Stephens); Neuroptera: Chrysopidae) after consuming two Bt maize-fed herbivores (Tetranychus urticae Koch; Acarina: Tetranychidae and Spodoptera littoralis (Boisduval); Lepidoptera: Noctuidae) by means of an immunological test (ELISA) and the activity of the Cry1Ab toxin following ingestion by the herbivores. Moreover, we compared the activity of Cry1Ab toxin produced by Bt maize to that of purified toxin obtained from transformed Escherichia coli, which is recommended to be used in toxicity studies. The activity of the toxin was assessed by performing feeding bioassays with larvae of the European corn borer (Ostrinia nubilalis (Hübner); Lepidoptera: Crambidae), the target pest of Cry1Ab expressing maize. ELISA confirmed the ingestion of Bt toxin by C. carnea larvae when fed with either of the two prey species and feeding bioassays using the target pest showed that the biological activity of the Cry1Ab toxin is maintained after ingestion by both herbivore species. These findings are discussed in the context of previous risk assessment studies with C. carnea. The purified Cry1Ab protein was more toxic to O. nubilalis compared to the plant-derived Cry1Ab toxin when applied at equal concentrations according to ELISA measurements. Possible reasons for these findings are discussed.

El objetivo del experimento fue determinar si las variaciones temporales de la actividad subterránea reflejan la influencia de la proteína Cry1Ab del maíz transgénico en las bacterias del suelo y, por lo tanto, en un cambio regulatorio de la comunidad microbiana (capacidad para metabolizar fuentes que pertenecen a diferentes gremios químicos) y/o un cambio en la abundancia numérica de sus células. La ubicación de los residuos es conocida por su fuerte influencia en las comunidades de descomposición de suelos. Los efectos de la adición de residuos de cultivos en la respiración y las actividades catabólicas de la comunidad bacteriana se examinaron en experimentos de microcosmos. Se incluyeron en el diseño experimental cuatro cultivos de Zea mays L. de dos isolíneas diferentes (cada una incluye el cultivo convencional y su cultivar Bacillus thuringiensis) y un control de suelo granular. Los modelos de crecimiento sugieren una dicotomía entre los suelos modificados con residuos de maíz convencionales o transgénicos. La proteína Cry1Ab pareció influir en la composición de la comunidad microbiana. La respiración del suelo altamente mejorada observada durante las primeras 72 h después de la adición de residuos de maíz Bt puede interpretarse como relacionada con la presencia de residuos de cultivos transgénicos. Este resultado se confirmó mediante el recuento en placa de agar, ya que los promedios de las unidades formadoras de colonias de los suelos en los tratamientos convencionales fueron aproximadamente un tercio de los tratados con paja transgénica. Además, la adición de maíz Bt pareció inducir un mayor consumo microbiano de carbohidratos en los “EcoPlates” BIOLOG. Tres semanas después de la adición de residuos de maíz a los suelos, no se detectaron diferencias entre la tasa de consumo de gremios químicos específicos por bacterias en suelos modificados con maíz transgénico y bacterias en suelos adicionados con maíz convencional. Los residuos de cultivos cosechados, comparables a la paja de maíz posterior a la cosecha (una práctica común en la agricultura actual), influyen rápidamente en las células bacterianas del suelo a un nivel funcional. En general, estos datos apoyan la existencia de cambios ecológicos cortos inducidos por Bt en las comunidades microbianas de los suelos de las tierras de cultivo.

The aim of the experiment was to determine if temporal variations of belowground activity reflect the influence of the Cry1Ab protein from transgenic maize on soil bacteria and, hence, on a regulatory change of the microbial community (ability to metabolize sources belonging to different chemical guilds) and/or a change in numerical abundance of their cells. Litter placement is known for its strong influence on the soil decomposer communities. The effects of the addition of crop residues on respiration and catabolic activities of the bacterial community were examined in microcosm experiments. Four cultivars of Zea mays L. of two different isolines (each one including the conventional crop and its Bacillus thuringiensis cultivar) and one control of bulk soil were included in the experimental design. The growth models suggest a dichotomy between soils amended with either conventional or transgenic maize residues. The Cry1Ab protein appeared to influence the composition of the microbial community. The highly enhanced soil respiration observed during the first 72 h after the addition of Bt-maize residues can be interpreted as being related to the presence of the transgenic crop residues. This result was confirmed by agar plate counting, as the averages of the colony-forming units of soils in conventional treatments were about one-third of those treated with transgenic straw. Furthermore, the addition of Bt-maize appeared to induce increased microbial consumption of carbohydrates in BIOLOG EcoPlates. Three weeks after the addition of maize residues to the soils, no differences between the consumption rate of specific chemical guilds by bacteria in soils amended with transgenic maize and bacteria in soils amended with conventional maize were detectable. Reaped crop residues, comparable to post-harvest maize straw (a common practice in current agriculture), rapidly influence the soil bacterial cells at a functional level. Overall, these data support the existence of short Bt-induced ecological shifts in the microbial communities of croplands’ soils.

Para evaluar los riesgos de una planta transgénica resistente a los insectos para los artrópodos no blanco, es importante verificar la transmisión de la toxina Cry1Ab a través de la cadena alimentaria y, por lo tanto, la exposición de los depredadores en el campo. Se recolectaron muestras de diferentes plantas, tejidos, herbívoros y depredadores en los campos de maíz Bt en España (Evento 176) en diferentes períodos durante la temporada y el contenido de toxinas se midió usando ELISA. Se realizaron estudios de laboratorio complementarios con el depredador omnívoro Orius majusculus. Para evaluar la absorción y persistencia de la toxina después de alimentarse de varias fuentes de alimentos que contienen Bt se investigó la exposición de las especies no objetivo al producto transgénico. La exposición de los depredadores en el campo depende de los niveles de toxinas en las fuentes de alimentos, su ecología alimentaria y la de sus presas. Los resultados de campo revelaron que el contenido de toxinas en algunos herbívoros era insignificante (áfidos, trips, saltamontes) en comparación con los de los ácaros. Este último herbívoro solo se produjo después de la eliminación del polen y contenía niveles de toxinas tres veces más altos que las hojas de maíz Bt. Los datos confirmaron que la toxina Bt puede transferirse a los depredadores, es decir, a Orius spp., Chrysoperla spp. Y Stethorus sp. Esto solo se aplicaba cuando el polen de maíz Bt o los ácaros estaban disponibles. El paso de la toxina Bt a O. majusculus a través de estas dos fuentes de alimentos también se confirmó en el laboratorio. Por el contrario, algunos depredadores en el campo (hemerobios, Nabis sp., Hippodamia sp., Demetrias sp.) no tenían niveles de toxinas o los niveles de toxinas eran insignificantes, incluso cuando el polen o los ácaros estaban presentes. Además de la información esencial para la evaluación de la exposición de numerosos depredadores de artrópodos, este estudio proporciona una perspectiva de la ecología de la alimentación de diferentes artrópodos en el sistema del maíz.

1. To assess the risks of an insect‐resistant transgenic plant for non‐target arthropods, it is important to 2. To verify the transmission of Cry1Ab toxin through the food chain, and thus exposure of predators in the field, samples from different plant tissues, herbivores, and predators in Bt maize fields in Spain (Event 176) were collected at different periods over the season and the toxin content was measured using ELISA. Complementary laboratory studies were performed with the omnivorous predator Orius majusculus to assess the toxin uptake and persistence after feeding on variable Bt‐containing food sources.investigate the exposure of non‐target species to the transgene product. Exposure of predators in the field depends on the toxin levels in food sources, their feeding ecology and that of their prey. 3. Field results revealed that toxin content in some herbivores was negligible (aphids, thrips, leafhoppers) compared with those in spider mites. The latter herbivore only occurred after pollen shed and contained three times greater toxin levels than Bt maize leaves. 4. Data confirmed that the Bt toxin can be transferred to predators, that is to say to Orius spp., Chrysoperla spp., and Stethorus sp. This only applied when Bt maize pollen or spider mites were available. The passage of Bt toxin to O. majusculus via these two food sources was also confirmed in the laboratory. Contrastingly, some predators in the field (hemerobiids, Nabis sp., Hippodamia sp., Demetrias sp.) contained no or negligible toxin levels even when pollen or spider mites were present. 5. Besides essential information for exposure assessment of numerous arthropod predators, this study provides an insight into the feeding ecology of different arthropods in the maize system.

La expresión de la toxina Cry3Aa de Bacillus thuringiensis específica contra el escarabajos (Leptinotarsa ​​decemlineata), que provoca que un cultivo de papa modificado genéticamente sea resistente al escarabajo de patata de Colorado Leptinotarsa ​​decemlineata, ejerce un efecto perjudicial sobre la polilla polífaga (Spodoptera littoralis). Las orugas de S. littoralis se alimentan menos y producen pupas más pequeñas en un cultivo genéticamente modificado (NewLeaf Superior) que en el cultivo parental no transgénico (Superior). Las eficiencias de conversión de la materia seca total, el calor de combustión, el carbono y el nitrógeno de las hojas a la biomasa de los insectos son similares en ambos cultivos. A pesar de una aprovechamiento similar de los alimentos y una diferencia relativamente pequeña en la masa corporal en la pupación, las hembras adultas que se desarrollaron a partir de orugas alimentadas con NewLeaf Superior depositan una media de 309 huevos en comparación con una media de 713 huevos depositados por las hembras que se desarrollaron a partir de orugas alimentadas con Superior. Debido a esta diferencia y a una reducción simultánea en la fertilidad (incubabilidad del huevo) de 78 a 48%, un par de adultos que se alimentaron como larvas en NewLeaf Superior producen solo 148 larvas, mientras que un par de adultos que se alimentaron como larvas en Superior producen 556 larvas . Se sugiere que las pequeñas cantidades de Cry3Aa que se acumulan en el tejido del insecto persisten hasta la etapa adulta, y son responsables de la disminución en la reproducción.

Expression of the Bacillus thuringiensis beetle-specific toxin Cry3Aa, which renders a genetically modified potato cultivar resistant to the Colorado potato beetle Leptinotarsa decemlineata, exerts a deleterious effect on the polyphagous moth Spodoptera littoralis. The caterpillars of S. littoralis feed less and produce smaller pupae on the genetically modified cultivar (NewLeaf Superior) than on the parental nontransgenic cultivar (Superior). The conversion efficiencies of total dry matter, combustion heat, carbon, and nitrogen from leaves to insect biomass are similar on both cultivars. In spite of similar food utilization and a relatively small difference in the body mass at pupation, female adults that developed from caterpillars fed on NewLeaf Superior lay a mean of 309 eggs compared to a mean of 713 eggs deposited by females that developed from caterpillars fed on Superior. Because of this difference and a simultaneous reduction in fertility (egg hatchability) from 78 to 48%, a pair of adults that fed as larvae on NewLeaf Superior produces only 148 larvae, whereas a pair of adults that fed as larvae on Superior produces 556 larvae. We suggest that small amounts of Cry3Aa that accumulate in insect tissue and persist until the adult stage are responsible for the decline in reproduction.

Se estudiaron en el laboratorio los efectos de la exposición al polen de maíz del evento Bt176 (cultivar “Navares”) sobre las larvas de la mariposa cometa negra europea (Papilio machaon L.). Las larvas de primer estadio se expusieron a diferentes densidades de polen aplicadas a discos foliares de Pastinaca sativa L. durante 48 h. Las densidades de polen aplicadas en este estudio estuvieron dentro del rango registrado en el campo. Las larvas que fueron expuestas a densidades de polen de maíz Bt más altas consumieron más polen y tuvieron una tasa de supervivencia más baja. El LD50 con respecto a las larvas que sobrevivieron a la edad adulta fue de 13,72 granos de polen consumidos por la larva en el primer estadio. La captación de polen de maíz Bt redujo el consumo de plantas, disminuyó el peso corporal y aumentó el tiempo de desarrollo de las larvas. Los efectos sobre el peso pupal y la duración del período pupal estuvieron presentes, pero menos pronunciados y más pequeños que los efectos sobre las larvas. Las larvas que consumieron polen de maíz Bt en su primer estadio tuvieron menor peso corporal y fueron más pequeñas como hembras adultas. Concluimos que los posibles efectos del maíz Bt en las mariposas y polillas europeas deben evaluarse más rigurosamente antes de cultivar el maíz Bt en grandes áreas.

Effects of exposure to maize pollen of event Bt176 (cultivar ‘‘Navares’’) on the larvae of the European common swallowtail (Papilio machaon L.) were studied in the laboratory. First instar larvae were exposed to different pollen densities applied to leaf disks of Pastinaca sativa L. for 48 h. Pollen densities applied in this study were in the range recorded from the field. Larvae which were exposed to higher Bt maize pollen densities consumed more pollen and had a lower survival rate. The LD50 with regard to larvae surviving to adulthood was 13.72 pollen grains consumed by firstinstar larva. Uptake of Bt maize pollen led to a reduced plant consumption, to a lower body weight, and to a longer development time of larvae. Effects on pupal weight and duration of the pupal period were present but less pronounced and smaller than effects on larvae. Larvae having consumed Bt-maize pollen as first instars had a lower body weight as adult females and smaller forewings as adult males. We conclude that possible effects of Bt maize on European butterflies and moths must be evaluated more rigorously before Bt maize should be cultivated over large areas.

Se llevaron a cabo experimentos de alimentación en laboratorio utilizando plantas transgénicas Bacillus thuringiensis (Bt) de algodón para evaluar la transmisión de la toxina Bt entre niveles tróficos y los efectos de las presas herbívoras alimentadas con Bt sobre el predador coccinélido Propylaea japonica (Thunberg). Las plantas hospederas experimentales fueron cultivares transgénicos de algodón que expresan Bt, NuCOTN 33B y GK-12 y un cultivo isogénico (no Bt) no transformado. La presa herbívora, el áfido del algodón Aphis gossypii Glover, no era sensible a la toxina Bt. Se detectaron cantidades de trazas de toxinas Bt (6.0 ng/g de masa fresca [FM] en GK-12, 4.0 ng/g FM en NuCOTN 33B) en A. gossypii alimentándose de cultivos de algodón Bt. La toxina Bt se detectó en mariquitas que se alimentaban de áfidos alimentados con Bt, y su cantidad aumentó a medida que se extendía el período de depredación (5-20 d). También se encontraron pequeñas cantidades de toxina Bt en larvas de coccinélidos sin incubar recién nacidas cuando sus padres se alimentaron de áfidos criados con NuCOTN 33B (15,0 ng / g FM), pero no cuando los padres se alimentaron de presas criadas con GK-12. En los experimentos que evaluaron las consecuencias de la historia de vida, la mortalidad fue baja (media = 7.9%), lo que confirma que los métodos de crianza eran apropiados. No hubo diferencias distintivas en la mortalidad preimaginal entre los depredadores criados en áfidos alimentados con Bt o sin Bt. Las etapas preimaginales de los escarabajos mariquitas se desarrollaron más rápido cuando se criaron en presas alimentadas con cultivos de algodón Bt que en aquellas alimentadas con presas de control. Hubo una tendencia de más malformaciones en adultos cuando el depredador fue alimentado con presas de uno de los cultivos de algodón (GK-12) que cuando se trató de presas control; pero no así en los otros Bt. No hubo diferencias significativas en el período de preoviposición o en la fecundidad. Los escarabajos mariquitas que se alimentan de áfidos criados con Bt maduraron más rápido y se aparearon con más frecuencia que los que se alimentaban de áfidos libres de Bt. Estos resultados indican que la toxina Bt expresada en cultivares de algodón transgénicos puede transmitirse a un nivel trófico superior a través de un insecto que no sea la plaga objetivo y puede alterar la biología y el comportamiento de una mariquita depredadora. El trabajo adicional debe evaluar los posibles impactos subletales a largo plazo en el medio ambiente en condiciones de campo.

Laboratory feeding experiments using transgenic Bacillus thuringiensis (Bt) cotton plants were carried out to evaluate the transmission of Bt toxin among trophic levels and the effects of Bt-fed herbivorous prey on the coccinellid predator Propylaea japonica (Thunberg). The experimental host plants were transgenic Bt-expressing cotton cultivars, NuCOTN 33B and GK-12 and one corresponding untransformed isogenic (non-Bt) cultivar. The herbivorous prey, cotton aphid Aphis gossypii Glover, was not sensitive to Bt toxin. Trace amounts of Bt toxins (6.0 ng/g fresh mass [FM] in GK-12, 4.0 ng/g FM in NuCOTN 33B) were detected in A. gossypii feeding on Bt cotton cultivars. Bt toxin was detected in ladybirds preying on Bt-fed aphids, and its quantity increased as the predatory period extended (5–20 d). Small amounts of Bt toxin was also found in newly hatched, unfed coccinellid larvae when their parents fed on NuCOTN 33B-reared aphids (15.0 ng/g FM), but not when the parents were fed on GK-12–reared prey. In experiments assessing life history consequences, mortality was low (mean = 7.9%), confirming that the rearing methods were appropriate. There were no distinct differences in preimaginal mortality between predators reared on Bt-fed or Bt-free aphids. The preimaginal stages of the ladybird beetles developed faster when reared on prey fed on either Bt-cotton cultivar than those fed control prey. There was a trend of more adult malformations when the predator was fed with prey from one (GK-12) but not the other of the Bt cotton cultivars than on control prey. There were no significant differences in the preovipositing period or in fecundity. Ladybird beetles preying on Bt-reared aphids matured faster and mated more frequently than those fed on Bt-free aphids. These results indicate that Bt toxin expressed in transgenic cotton cultivars can be transmitted to a higher trophic level through a nontarget pest insect and may alter the biology and behavior of a predatory ladybird. Further work should evaluate the possible long-term, sublethal impacts on the agroenvironment under field conditions.

Bacillus thuringiensi israelensis produce proteínas cristalinas Cry (4Aa, 4Ba, 10Aa y 11Aa) y Cyt (1Aa y 2Ba), las cuales son tóxicas para los mosquitos vectores de enfermedades humanas. Cyt1Aa supera la resistencia de los insectos a las toxinas Cry11Aa y Cry4 y hace sinergia con la toxicidad de éstas. Sin embargo, el mecanismo molecular del sinergismo sigue sin resolverse. Aquí, proporcionamos evidencia de que Cyt1Aa funciona como un receptor de Cry11Aa. El análisis de unión secuencial de Cyt1Aa y Cry11Aa reveló que la unión de Cyt1Aa a las vesículas de membrana de borde en cepillo de Aedes aegypti mejoró la unión de Cry11Aa biotinilado. Los determinantes antigénicos de unión a Cyt1Aa y Cry11Aa se cartografiaron mediante un sistema de dos híbridos de levadura, microarreglos de péptidos y ensayos heterólogos de competición con péptidos sintéticos. Dos regiones expuestas en Cyt1Aa, bucle β6-αE y parte de β7, se unen a Cry11Aa. Por otro lado, Cry11Aa se une a las proteínas Cyt1Aa por medio del dominio II-bucle α8 y β-4, que también están involucrados en la interacción del receptor del intestino medio. La caracterización de mutaciones de puntuales en Cry11Aa y Cyt1Aa reveló residuos clave de Cry11Aa (S259 y E266) y Cyt1Aa (K198, E204 y K225) involucrados en la interacción de ambas proteínas y en la sinergia. Además, se aisló un mutante β6-αE del bucle Cyt1Aa (K198A) con sinergismo mejorado con Cry11Aa. Los datos proporcionados aquí indican claramente que Cyt1Aa sinergiza o suprime la resistencia a la toxina Cry11Aa al funcionar como un receptor unido a la membrana. Bacillus thuringiensis israelensis es una bacteria patógena altamente efectiva porque produce una toxina y también su receptor funcional, promoviendo la unión de la toxina a la membrana objetivo y causando toxicidad.

Bacillus thuringiensis subsp. israelensis produces crystal proteins, Cry (4Aa, 4Ba, 10Aa, and 11Aa) and Cyt (1Aa and 2Ba) proteins, toxic to mosquito vectors of human diseases. Cyt1Aa overcomes insect resistance to Cry11Aa and Cry4 toxins and synergizes the toxicity of these toxins. However, the molecular mechanism of synergism remains unsolved. Here, we provide evidence that Cyt1Aa functions as a receptor of Cry11Aa. Sequential-binding analysis of Cyt1Aa and Cry11Aa revealed that Cyt1Aa binding to Aedes aegypti brush border membrane vesicles enhanced the binding of biotinylated-Cry11Aa. The Cyt1Aa- and Cry11Aa-binding epitopes were mapped by means of the yeast two-hybrid system, peptide arrays, and heterologous competition assays with synthetic peptides. Two exposed regions in Cyt1Aa, loop β6-αE and part of β7, bind Cry11Aa. On the other side, Cry11Aa binds Cyt1Aa proteins by means of domain II-loop α8 and β-4, which are also involved in midgut receptor interaction. Characterization of single-point mutations in Cry11Aa and Cyt1Aa revealed key Cry11Aa (S259 and E266) and Cyt1Aa (K198, E204 and K225) residues involved in the interaction of both proteins and in synergism. Additionally, a Cyt1Aa loop β6-αE mutant (K198A) with enhanced synergism to Cry11Aa was isolated. Data provided here strongly indicates that Cyt1Aa synergizes or suppresses resistance to Cry11Aa toxin by functioning as a membrane-bound receptor. Bacillus thuringiensis subsp. israelensis is a highly effective pathogenic bacterium because it produces a toxin and also its functional receptor, promoting toxin binding to the target membrane and causing toxicity.

La aplicación de Bacillus thuringiensis tenebrionis (Bt) y la expresión de la proteína Bt Cry3Aa en cultivos modificados genéticamente se utilizan para el control selectivo del escarabajo de la patata de Colorado Leptinotarsa ​​decemlineata (Say). Las proteínas Cry3A son selectivamente tóxicas para los escarabajos, pero el presente estudio describe los efectos de Cry3Aa en el gusano rosquilla negra, Spodoptera littoralis (Boisduval). Cry3Aa expresado en papas o agregado a una dieta de agar con base en germen de trigo redujo el crecimiento de las orugas de S. littoralis y la fertilidad de los adultos. El efecto de 1.4 mg kg (-1) de Cry3Aa en hojas de papa fue comparable con el de 3.3 mg kg (-1) en la dieta. Esta diferencia en la actividad se correlacionó con una mejor digestibilidad y una mayor eficiencia de conversión de la dieta, que también permitió una mayor tasa de reproducción: el S. littoralis cultivado en las papas alcanzó un tamaño similar al de la dieta, pero puso solo 702 huevos por hembra en comparación con los 1077 del grupo de dieta. El consumo de Cry3Aa redujo el crecimiento corporal como consecuencia de una menor ingesta de alimentos sin afectar significativamente la digestibilidad de los alimentos y la eficiencia de conversión de los nutrientes. Las reducciones de peso corporal del 11% y 5% causadas por 1.4 mg kg (-1) Cry3Aa en papas y 3.3 mg kg (-1) en la dieta, respectivamente, se asociaron con una reducción del 74% y 65% ​​en el número de progenie; S littoralis crecido en una dieta con 9,1 mg kg (-1) Cry3Aa fue un 10% más pequeño y no produjo progenie viable. Estos datos sugieren que la reducción de la reproducción no fue causada por una escasez general de reservas de nutrientes, sino por un efecto más directo de Cry3Aa en el proceso de reproducción.

Application of Bacillus thuringiensis tenebrionis (Bt) and expression of the Bt protein Cry3Aa in genetically modified crops are used for targeted control of the Colorado potato beetle Leptinotarsa decemlineata (Say). The Cry3A proteins are selectively toxic for the beetles but the present study describes effects of Cry3Aa on the Egyptian armyworm, Spodoptera littoralis (Boisduval). Cry3Aa expressed in potatoes or added to an agar-base wheat-germ diet reduced the growth of S. littoralis caterpillars and the fertility of adults. The effect of 1.4 mg kg(-1) Cry3Aa in potato leaves was comparable with that of 3.3 mg kg(-1) in the diet. This difference in activity was correlated with better digestibility and higher conversion efficiency of the diet that also supported higher reproduction rate: S. littoralis grown on the potatoes reached a similar size to those on the diet but laid only 702 instead of 1077 eggs per female. Cry3Aa consumption reduced body growth as a consequence of lower food intake without significantly affecting food digestibility and the conversion efficiency of nutrients. The 11% and 5% body weight reductions caused by 1.4 mg kg(-1) Cry3Aa in potatoes and 3.3 mg kg(-1) in the diet, respectively, were associated with 74% and 65% reduction in the number of progeny; S littoralis grown on a diet with 9.1 mg kg(-1) Cry3Aa were 10% smaller and produced no viable progeny. These data suggest that the curtailment of reproduction was not caused by a general shortage of nutrient reserves but by a more direct Cry3Aa effect on the reproduction process.