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

El glifosato se ha utilizado y se está utilizando ampliamente en formulaciones de herbicidas en todo el mundo. Por lo tanto, los herbicidas a base de glifosato (GBH) aumentan sustancialmente la carga ambiental de los pesticidas y justifican una evaluación de riesgos estricta. Las pruebas ecotoxicológicas de los herbicidas se centran en plantas y animales superiores que no son el objetivo, mientras que los efectos directos en los artrópodos solo se prueban superficialmente bajo la premisa de la exposición por contacto. Sin embargo, la exposición oral, como mostramos en nuestro caso, puede ser muy relevante para pesticidas sistémicos, como GBH. Específicamente, en los sistemas de cultivo que incluyen cultivos modificados genéticamente que son tolerantes a GBH, estos herbicidas y sus productos de descomposición están presentes tanto interna como externamente en las plantas de cultivo y, por lo tanto, son ingeridos por la fauna de artrópodos asociada a los cultivos. Probamos los efectos de la absorción oral de la formulación WeatherMax de Roundup en larvas de la crisopa Chrysoperla carnea , un organismo modelo en los programas de prueba de ecotoxicidad. La exposición oral a largo plazo de larvas de C. carnea a lo largo de sus etapas de vida juvenil se probó con concentraciones que oscilaron entre 0,001 y 1 % de dilución, por lo tanto, inferiores al 1,67 % recomendado para aplicaciones de campo. La inhibición de la metamorfosis se observó al 0,1 %, pero a una concentración del 0,5 %, GBH perjudicó significativamente la formación del capullo y condujo a malformaciones letales masivas. A una concentración de GBH del 1 %, la mitad de los individuos permanecieron como larvas permanentes y ningún adulto eclosionó vivo. Los efectos observados siguieron una clara relación dosis-respuesta. El peligro causado por la acción insecticida directa del GHB después de la ingesta oral es muy relevante para la seguridad ambiental y revela una brecha en las evaluaciones de riesgos regulatorias que debe abordarse con urgencia, específicamente a la luz de la disminución de insectos en curso.

Glyphosate has and is being used extensively in herbicide formulations worldwide. Thus, glyphosate-based herbicides (GBH) substantially add to the environmental load of pesticides and warrant a strict risk assessment. Ecotoxicological testing of herbicides focuses on non-target plants and higher animals while direct effects on arthropods are only cursory tested on the premise of contact exposure. However, oral exposure, as we show in our case, can be highly relevant for systemic pesticides, such as GBH. Specifically, in crop systems including genetically modified crops that are tolerant to GBH, these herbicides and their breakdown products are present both internally and externally of the crop plants and, therefore, are ingested by the crop-associated arthropod fauna. We tested the effects of oral uptake of the Roundup formulation WeatherMax on larvae of the lacewing Chrysoperla carnea, a model organism in ecotoxicity testing programs. Long-term oral exposure of C. carnea larvae throughout its juvenile life stages was tested with concentrations ranging from 0.001 to 1 % dilution, thus, lower than the 1.67 % recommended for field applications. Inhibition of metamorphosis was observable at 0.1 % but at a concentration of 0.5 %, GBH significantly impaired cocoon formation and led to massive lethal malformations. At GBH concentration of 1 % half of the individuals remained permanent larvae and no adult hatched alive. The effects observed followed a clear dose-response relationship. The hazard caused by direct insecticidal action of GHB after oral uptake is highly relevant for the environmental safety and reveals a gap in regulatory risk assessments that should urgently be addressed, specifically in light of the on-going insect decline.

Se recolectaron muestras de semillas de 215 de variedades demaíz representativas de cuatro (Jalisco, Michoacán, Oaxaca y Puebla) estados deMéxico. El total de genotipos colectados en cada Estado fue de 53, 96, 46 y 20,respectivamente. Cada colecta de semilla fue georreferenciada; posteriormentecada colecta se sembró y el tejido foliar se usó para el aislamiento de ADN, luegose realizó un análisis de PCR para determinar la presencia o ausencia de ochosecuencias acompañantes y nueve eventos transgénicos en los 215 genotipos.Los resultados mostraron la introgresión de secuencias acompañantes y eventostransgénicos (cry1Ab) en el genoma de algunas variedades locales de maíz. Lamayor proporción de residuos decry1Abobservados en las variedades localesde maíz fue la muestra de Puebla (70%), seguida por las muestras de Oaxacadonde se observó 52%, mientras que 15 y 7.5% de los maíces nativos del estadode Jalisco presentaron el gencry1Aby la secuencia acompañantentpII, respecti-vamente. Las muestras de Michoacán mostraron 44 y 17.7% para el gencry1Aby la secuencia acompañante, respectivamente. Estos resultados deben respaldarla aplicación de medidas correctivas para prevenir la contaminación genética devariedades locales de maíz y limpiar fenotipos fuera de tipo que podrían ser fuentesde contaminación de genes transgénicos dentro de poblaciones de variedadeslocales de maíz contaminadas con estos transgenes.

Representative seed samples of 215 of maize varieties from four(Jalisco, Michoacán, Oaxaca and Puebla) Mexican States were collected. The totalgenotypes collected in each State were 53, 96, 46 and 20 samples, respectively.Each seed collection was geo-referenced, then seed was planted and leaf tissuewas used for DNA isolation, after that a PCR analysis was performed to determinethe presence or absence of eight accompanying sequences and nine transgenicevents in the 215 maize genotypes. Results showed introgression of accompanyingsequences and transgenic events (cry1Ab) into some maize varieties. The majorproportion ofcry1Abresidues was observed in maize samples from Puebla (70%)followed by that displayed in the Oaxaca samples (52%), while Jalisco samplesshowed 15 and 7.5% of thecry1Abgene andntpIIaccompanying sequence,respectively, and Michoacán samples exhibited 44 and 17.7% forcry1Abgene andthe accompanying sequence, respectively. These results supported for applicatecorrective measures for to prevent the genetic contamination of Mexican maizevarieties and to clean up out-of-type phenotypes that could be sources of contami-nation of transgenic genes within maize populations contaminated with transgenes.

La avispa endoparasitoide, Tetrastichus howardi Olliff, se utiliza para el control de plagas de insectos en sistemas agrícolas. Se evaluaron los efectos tóxicos de las proteínas producidas por Bacillus thuringiensis Berliner ( Bt ) en dos generaciones de T. howardi que parasita a Spodoptera frugiperda resistente a Bt . Se detectó una menor supervivencia en ambas generaciones de avispas parasitoides de ambos sexos que se desarrollaron sobre larvas de S. frugiperda resistentes a Bt . Se encontraron efectos nocivos, incluida la alteración del comportamiento de búsqueda de huésped y un menor rendimiento, en individuos de T. howardi que surgieron de S. frugiperda resistente a Bt . Además, Bt causó repelencia y redujo la producción de avispas parasitoides inmaduras en T. howardi . Los hallazgos revelaron que Bt causa efectos secundarios en T. howardi , lo que tiene implicaciones para evaluar los riesgos de los insecticidas Bt en programas de control biológico para la producción agrícola sostenible.

Effects of Bacillus thuringiensis on biological parameters of Tetrastichus howardi parasitizing Bt-resistant pupa of Spodoptera frugiperda

Este artículo analiza el continuo fracaso del algodón híbrido transgénico Bt ( Bacillus thuringiensis ) exclusivo de la India. La causa subyacente de este fracaso es el alto costo de las semillas híbridas que impone un sistema subóptimo de baja densidad de plantas durante una temporada larga que limita el potencial de rendimiento y tiene asociados niveles elevados de plagas tardías. La producción india de algodón híbrido Bt se complica aún más por el desarrollo de resistencia a las toxinas Bt en la plaga clave, el gusano rosado nativo ( Pectinophora gossypiella Saunders, PBW), lo que resulta en un mayor uso de insecticidas que inducen alteraciones ecológicas y brotes de plagas secundarias altamente destructivas. La incertidumbre sobre la producción de algodón de temporal se ve exacerbada aún más por las variables lluvias monzónicas. Si bien, el algodón híbrido produce semillas fértiles, los fenotipos de las plantas resultantes son muy variables, lo que impide a los agricultores replantar las semillas guardadas, obligándolos a comprar semillas anualmente (es decir, capturando el mercado) y protegiendo eficazmente los derechos de propiedad intelectual de la industria (DPI). Las lecciones aprendidas del actual fracaso del mercado del algodón híbrido Bt en la India son de suma importancia para su propuesta de introducción en África, donde, al igual que en la India, el algodón se cultiva principalmente en pequeñas granjas familiares pobres de temporal y, por lo tanto, conflictos de intereses similares entre empresas y privados. ocurrirá. Se sugieren estudios agroecológicos de campo holísticos y análisis mecanicistas impulsados ​​por el clima para ayudar a prever los desafíos ecológicos y económicos en la producción de algodón en África. Los algodones bajo riego y temporal híbridos no modificados genéticamente de temporada corta de alta densidad (HD-SS) son alternativas viables para la India que potencialmente pueden producir el doble de rendimientos que el actual sistema híbrido de baja densidad.

This paper reviews the ongoing failure of hybrid transgenic Bt (Bacillus thuringiensis) cotton unique to India. The underlying cause for this failure is the high cost of hybrid seed that imposes a suboptimal long-season low plant density system that limits yield potential and has associated elevated levels of late-season pests. Indian hybrid Bt cotton production is further complicated by the development of resistance to Bt toxins in the key pest, the native pink bollworm (Pectinophora gossypiella Saunders, PBW), resulting in increased insecticide use that induces ecological disruption and outbreaks of highly destructive secondary pests. Rainfed cotton production uncertainty is further exacerbated by the variable monsoon rains. While hybrid cotton produces fertile seed, the resulting plant phenotypes are highly variable preventing farmers from replanting saved seed, forcing them to buy seed yearly (i.e., market capture), and effectively protecting industry Intellectual Property Rights (IPRs). The lessons gained from the ongoing market failure of hybrid Bt cotton in India are of utmost importance to its proposed introduction to Africa where, similar to India, cotton is grown mainly in poor rainfed smallholder family farms, and hence similar private–corporate conflicts of interest will occur. Holistic field agroecological studies and weather-driven mechanistic analyses are suggested to help foresee ecological and economic challenges in cotton production in Africa. High-density short-season (HD-SS) non-hybrid non-genetically modified irrigated and rainfed cottons are viable alternatives for India that can potentially produce double the yields of the current low-density hybrid system.

Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki ( Btk ) es un potente patógeno de las larvas de lepidópteros gracias a las toxinas Cry específicas que causan fenotipos de intestino permeable. Por lo tanto, Btk y sus toxinas se utilizan en todo el mundo como insecticida microbiano y en cultivos genéticamente modificados, respectivamente, para combatir las plagas de los cultivos. Sin embargo, Btk pertenece al grupo B. cereus , algunas de cuyas cepas son patógenos oportunistas humanos bien conocidos. Por lo tanto, la ingestión de Btk junto con los alimentos puede amenazar a los organismos que no son susceptibles a la infección por Btk . Aquí mostramos que las toxinas Cry1A inducen la muerte de enterocitos y la proliferación de células madre intestinales (ISC) en el intestino medio de Drosophila melanogaster , un organismo no susceptible a Btk . Sorprendentemente, una alta proporción de las células hijas de ISC se diferencian en células enteroendocrinas en lugar de su destino inicial de enterocitos. Mostramos que las toxinas Cry1A debilitan la unión adherente dependiente de E-Cadherina entre el ISC y su progenitor hijo inmediato, lo que lleva a este último a adoptar un destino enteroendocrino. Por lo tanto, aunque no son letales para los organismos no susceptibles, las toxinas Cry pueden interferir con los mecanismos de adhesión celular conservados, alterando así la homeostasis intestinal y las funciones endocrinas.

Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki (Btk) is a strong pathogen toward lepidopteran larvae thanks to specific Cry toxins causing leaky gut phenotypes. Hence, Btk and its toxins are used worldwide as microbial insecticide and in genetically modified crops, respectively, to fight crop pests. However, Btk belongs to the B. cereus group, some strains of which are well known human opportunistic pathogens. Therefore, ingestion of Btk along with food may threaten organisms not susceptible to Btk infection. Here we show that Cry1A toxins induce enterocyte death and intestinal stem cell (ISC) proliferation in the midgut of Drosophila melanogaster, an organism non-susceptible to Btk. Surprisingly, a high proportion of the ISC daughter cells differentiate into enteroendocrine cells instead of their initial enterocyte destiny. We show that Cry1A toxins weaken the E-Cadherin-dependent adherens junction between the ISC and its immediate daughter progenitor, leading the latter to adopt an enteroendocrine fate. Hence, although not lethal to non-susceptible organisms, Cry toxins can interfere with conserved cell adhesion mechanisms, thereby disrupting intestinal homeostasis and endocrine functions.

Las arañas lobo Pardosa astrigera son importantes enemigos naturales de las plagas de insectos en los campos de algodón. Los cultivos genéticamente modificados (GM) que expresan las proteínas Cry de Bacillus thuringiensis (Bt), tóxicas para las plagas de insectos objetivo, se cultivan cada vez más para el control de plagas de insectos. Para evaluar los posibles efectos negativos de los cultivos transgénicos Bt en organismos beneficiosos no objetivo, evaluamos el efecto de la proteína Cry1Fa en P. astrigera, incluidas sus comunidades microbianas simbióticas. No se detectaron efectos adversos sobre la tasa de supervivencia y el peso corporal de P. astrigera durante el crecimiento y desarrollo. Sin embargo, el microbioma adulto de P. astrigera mostró una diversidad reducida, así como un cambio en la estructura de la comunidad microbiana. Los filos bacterianos dominantes en P. astrigera pasaron de Actinobacteria a Firmicutes después de alimentarse de presas enriquecidas en proteína Cry1Fa. Además, Bacillus se convirtió en el género más abundante en las hembras de P. astrigera, mientras que el género dominante (Corynebacterium_1) en los machos de P. astrigera no cambió. Tanto los machos como las hembras exhibieron menores abundancias de Wolbachia después de alimentarse de presas contaminadas con Cry1Fa. En general, el consumo de presas contaminadas con Cry1Fa cambió la comunidad microbiana en P. astrigera, con un mayor impacto en el microbioma femenino. Estos hallazgos proporcionan nuevos conocimientos para las evaluaciones de seguridad ambiental de los cultivos transgénicos y para comprender la importancia de los efectos potenciales de los cultivos transgénicos en la microbiota de organismos no objetivo de importancia para los servicios ecosistémicos de biocontrol.

Pardosa astrigera wolf spiders are important natural enemies of insect pests in cotton fields. Genetically modified (GM) crops expressing Bacillus thuringiensis (Bt) Cry proteins – toxic to target insect pests – are increasingly cultivated for insect pest management. To evaluate the potential negative effects of Bt-GM crops on beneficial non-target organisms, we assessed the effect of the Cry1Fa protein on P. astrigera, including on its symbiotic microbial communities. No adverse effects were detected on the survival rate and body weight of P. astrigera during growth and development. However, P. astrigera adult microbiome exhibited a reduced diversity as well as a shift in the microbial community structure. The dominant bacterial phyla in P. astrigera shifted from Actinobacteria to Firmicutes after feeding on prey enriched in Cry1Fa protein. Furthermore, Bacillus became the most abundant genus in P. astrigera females, while the dominant genus (Corynebacterium_1) in P. astrigera males did not change. Both males and females exhibited lower abundances of Wolbachia after feeding on Cry1Fa-contaminated prey. Overall, consuming Cry1Fa-contaminated prey changed the microbial community in P. astrigera, with higher impact in female microbiome. These findings provide new insights for environmental safety assessments of GM crops and to understand the importance of the potential effects of GM crops on microbiota of non-target organisms of importance for biocontrol ecosystem services.

Los cultivos genéticamente modificados (GM) que contienen la proteína fosfinotricina acetiltransferasa (PAT) se han plantado ampliamente en todo el mundo. El desarrollo de un método rápido para detectar proteína PAT es de gran importancia para la supervisión de alimentos. En este estudio, se construyó un inmunosensor electroquímico simple sin etiquetas para la detección ultrasensible de la proteína PAT usando tionina (Thi)/nanopartículas de oro (AuNP) como moléculas de amplificación de señal y sustancias electroquímicamente activas. En condiciones óptimas, los límites de detección del sensor para soja A2704-12 y maíz BT-176 fueron 0,02% y 0,03%, respectivamente. El sensor pudo detectar cultivos que contenían proteína PAT y no tuvo reacción cruzada con otras proteínas. Después de un almacenamiento a 4 °C durante 33 días, el sensor aún conservaba el 82,5 % de la señal original, con una desviación estándar relativa (RSD) de 0,92%. Las recuperaciones del sensor para soja A2704-12 y maíz BT-176 fueron 85%-108% y 98%-113%, respectivamente. El inmunosensor PAT-target desarrollado con alta sensibilidad, especificidad y reproducibilidad y precisión satisfactorias será una herramienta útil en la detección de rastros de cultivos GM. Además, este concepto de diseño se puede extender a otras proteínas simplemente cambiando el anticuerpo

Genetically modified (GM) crops containing phosphinothricin acetyltransferase (PAT) protein has been widely planted worldwide. The development of a rapid method for detecting PAT protein is of great importance to food supervision. In this study, a simple label-free electrochemical immunosensor for the ultrasensitive detection of PAT protein was constructed using thionine (Thi)/gold nanoparticles (AuNPs) as signal amplification molecules and electrochemically active substances. Under optimum conditions, the limits of detection of the sensor for soybean A2704-12 and maize BT-176 were 0.02% and 0.03%, respectively. The sensor could detect crops containing PAT protein and had no cross-reaction with other proteins. After storage at 4°C for 33 days, the sensor still retained 82.5% of the original signal, with a relative standard deviation (RSD) of 0.92%. The recoveries of the sensor for soybean A2704-12 and maize BT-176 were 85%–108% and 98%–113%, respectively. The developed PAT-target immunosensor with high sensitivity, specificity, and satisfactory reproducibility and accuracy will be a useful tool in the trace screening of GM crops. Moreover, this design concept can be extended to other proteins by simply changing the antibody.

En este estudio se desarrolló una tira inmunocromatográfica de oro coloidal (ICS) para la detección simultánea de múltiples proteínas transgénicas, incluidas CP4 EPSPS, BT-Cry1Ab y BT-Cry1Ac. La sensibilidad de la tira a la proteína diana fue de 5 ng / mL para CP4 EPSPS, 100 ng / mL para BT-Cry1Ab y Cry1Ac, respectivamente. Un análisis paralelo para maíz, soja, remolacha azucarera y algodón mostró que la tira podría detectar 1% de contenido transgénico en cultivos que contienen BT-Cry1Ab y Cry1Ac, y, al menos, 0,1% del contenido en cultivos que contienen CP4 EPSPS. Los resultados de detección de las muestras de semillas indicaron que el análisis de componentes múltiples ICS tuvo una buena precisión. El análisis se pudo completar en 10 minutos y tenía las ventajas de ser de alto rendimiento, fácil de operar y de detección visual. Este es el primer informe de ICS semicuantitativo para detectar tres proteínas transgénicas simultáneamente. El enfoque desarrollado puede proporcionar información sobre el desarrollo de ICS para analizar simultáneamente múltiples componentes en cultivos genéticamente modificados.

A colloidal gold immunochromatographic strip (ICS) for simultaneous detection of multiple transgenic proteins, including CP4 EPSPS, BT-Cry1Ab and BT-Cry1Ac, was developed in this study. The sensitivity of the strip to the target protein was 5 ng/mL for CP4 EPSPS, 100 ng/mL for BT-Cry1Ab and Cry1Ac, respectively. Parallel analysis for maize, soybean, sugar beet and cotton showed the strip could detect 1% of transgenic content in crops containing BT-Cry1Ab and Cry1Ac, and, at least, 0.1% of content in crops containing CP4 EPSPS. The detection results for seed samples indicated the multicomponent analysis ICS had good accuracy. The analysis could be completed within 10 min and had the advantages of being high-throughput, easy to operate and visual detection. This is the first report of semi-quantitative ICS for detecting three transgenic proteins simultaneously. The developed approach may provide insights into the development of ICS for analyzing simultaneously multiple components in genetically modified crops.

En 2009, agricultores españoles informaron sobre una nueva maleza, ahora identificada como un pariente del ancestro del maíz, el teosinte, en sus campos de maíz. La introgresión del transgén cry1Ab de resistencia a insectos procedente de maíz modificado genéticamente (GM) en poblaciones de esta maleza teocintle española podría dotarla de mecanismos de defensa adicionales. Los objetivos de este estudio fueron: (1) probar si es posible la hibridación entre maíz transgénico y plantas malas hierbas de España; (2) comprender la relación entre la actividad de transcripción del transgén, las concentraciones del producto transgénico esperado (proteína Cry1Ab) y la bioactividad de este último en las plagas de insectos diana tras el flujo transgénico del maíz transgénico a las plantas de teocintle español. Demostramos que la hibridación entre el maíz transgénico y la mala hierba teosinte español es posible, sin una barrera observable para la formación de híbridos cultivo/maleza cuando el teosinte sirvió como donante de polen. Cuando se usaron plantas de maíz GM como donantes de polen, se observó una incompatibilidad cruzada significativa: las plantas híbridas produjeron solo unas pocas semillas "normales". Sin embargo, sí se obtuvieron semillas F1 viables de polen transgénico cruzado con teocintle. El transgén cry1Ab se expresó de manera estable como ARNm en todos los cruces y antecedentes. Del mismo modo, la toxicidad en el recién nacido Ostrinia nubilalis, presumiblemente debido a la proteína Cry1Ab, se expresó consistentemente en híbridos de teocintle, con tasas de mortalidad del 95 % o más después de solo 4 días de exposición, tasas similares a las de las plantas parentales de maíz GM. Sin embargo, no se observaron correlaciones fuertes entre los niveles de transcripción del transgén y las concentraciones de Cry1Ab, ni entre las concentraciones de Cry1Ab y las tasas de mortalidad de insectos en todos los diferentes orígenes genéticos. Nuestros resultados establecen parámetros fundamentales para las evaluaciones de riesgo ambiental en el contexto europeo: primero, mostramos que la hibridación de cultivo/maleza en campos donde el maíz y el teosinte existen simpátricamente pueden conducir a una transferencia potencialmente catastrófica de rasgos de resistencia a una maleza ya nociva; en segundo lugar, nuestros resultados cuestionan la viabilidad de usar la dosis de genes para modelar y predecir el desempeño ecológico en la planta de cultivo prevista o en la maleza teosinte no deseada. Quedan preguntas importantes que deben abordarse para proporcionar un enfoque científico y sólido para el manejo de esta nueva maleza.

In 2009, Spanish farmers reported a novel weed, now identified as a relative of maize’s ancestor, teosinte, in their maize fields. Introgression of the insect resistance transgene cry1Ab from genetically modified (GM) maize into populations of this weedy Spanish teosinte could endow it with additional defense mechanisms. The aims of this study were: (1) to test if hybridization between GM maize and weedy plants from Spain is possible; (2) to understand the relationship between transgene transcription activity, concentrations of the expected transgene product (Cry1Ab protein) and the bioactivity of the latter on target insect pests following transgene flow from GM maize into Spanish teosinte plants. Results We demonstrated that hybridization between GM maize and the weedy Spanish teosinte is possible, with no observable barrier to the formation of crop/weed hybrids when teosinte served as pollen donor. When GM maize plants were used as pollen donors, significant crossing incompatibility was observed: hybrid plants produced only few “normal” seeds. Nevertheless, viable F1 seeds from GM pollen crossed onto teosinte were indeed obtained. The cry1Ab transgene was stably expressed as mRNA in all crossings and backgrounds. Similarly, toxicity on neonate Ostrinia nubilalis, presumably due to Cry1Ab protein, was consistently expressed in teosinte hybrids, with mortality rates 95% or higher after only 4 days exposure, similar to rates on parental GM maize plants. Nevertheless, no strong correlations were observed between transgene transcription levels and Cry1Ab concentrations, nor between Cry1Ab concentrations and insect mortality rates across all of the different genetic backgrounds. Conclusions Our results establish fundamental parameters for environmental risk assessments in the European context: first, we show that crop/weed hybridization in fields where maize and teosinte exist sympatrically can lead to potentially catastrophic transfer of resistance traits into an already noxious weed; second, our results question the viability of using gene dosage to model and predict ecological performance in either the intended crop plant or the undesired teosinte weed. Significant questions remain that should be addressed in order to provide a scientific, sound approach to the management of this novel weed.

Brasil y Sudáfrica, países con economías en transición, se caracterizan por una estructura agraria dual que coexiste, a veces, en la misma región. La agricultura comercial a gran escala produce cultivos para la exportación a los mercados mundiales, por un lado, y la agricultura a pequeña escala, por otro lado, proporciona subsistencia y mercados locales. En ambos sistemas, el maíz ( Zea mays) es un cultivo clave para estos dos países. Para el sistema comercial, el maíz es un cultivo básico, mientras que para el sistema de pequeña escala es el principal cultivo básico. En los sistemas comerciales, los agricultores cultivan predominantemente maíz híbrido genéticamente modificado (GM). En los sistemas de pequeña escala, los agricultores confían en las variedades de polinización abierta (OPV) y/o las razas locales y dependen en gran medida de los sistemas de conservación de semillas. El objetivo de este estudio fue comprender la relación entre las tasas de expresión transgénica, las concentraciones resultantes del producto transgénico (proteína Bt) y su bioactividad en plagas de insectos después del flujo transgénico de maíz híbrido GM a maíz no modificado genéticamente, casi no modificado genéticamente. híbrido de maíz isogénico (ISO) y OPV. Modelamos patrones de segregación y medimos cry1Abexpresión transgénica (cuantificación de ARNm), concentración de proteína Cry1Ab y supervivencia de plagas. Se utilizaron dos grupos de cruzas y retrocruzas F1, F2 con variedades de maíz GM, ISO y OPV de Brasil y Sudáfrica. Se realizaron bioensayos con las larvas de dos especies de lepidópteros plaga del maíz, Helicoverpa armigera y Spodoptera littoralis . En general, el transgén cry1Ab se entrecruzó eficazmente con los antecedentes genéticos probados. el grito1abel transgén se expresó de forma estable en los antecedentes genéticos tanto de ISO como de OPV. La introgresión transgénica condujo a concentraciones consistentes, aunque muy variables, de toxinas Cry1Ab que fueron similares a las observadas en el maíz parental GM. La mayoría de los cruces, pero no todos, sugirieron el patrón de segregación mendeliano esperado. Las tasas de expresión transgénica fueron significativamente más altas de lo esperado a partir de la segregación puramente mendeliana en los cruces sudafricanos. En materiales sudafricanos, los cruces ISO y OPV produjeron concentraciones de Cry1Ab significativamente más bajas en comparación con el maíz parental GM. Las toxinas Cry1Ab de los cruces fueron bioactivas e indujeron tasas de mortalidad de ≥92,19 % en H . armigera y ≥40,63% en S . litoraldespués de un período de sólo 4 días. Sin embargo, no se observaron correlaciones entre la cuantificación de ARNm para cry1Ab y las concentraciones de proteína Cry1Ab correspondientes, ni entre las concentraciones de Cry1Ab y las tasas de mortalidad de insectos en diferentes antecedentes genéticos. Por lo tanto, sugerimos que mientras la transcripción del cry1Abtransgén determina de forma fiable la presencia de proteína Cry1Ab, los niveles de ARNm no reflejan, por sí mismos, las concentraciones finales de proteína Cry1Ab que se encuentran en la planta. Debido a que las concentraciones previsiblemente altas de Cry1Ab son un requisito previo clave para los programas efectivos de manejo de la resistencia a los insectos (IRM), esta observación plantea dudas sobre la efectividad de dichos programas en escenarios con antecedentes genéticos de cultivos complejos. Por otro lado, se debe esperar que la bioactividad confirmada en todos los cruces afecte el comportamiento de selección de los pequeños agricultores, sin saberlo, favoreciendo el rasgo insecticida. Esto puede conducir a una fijación del rasgo en la población más amplia y puede influir en la diversidad genética de las variedades mantenidas por los pequeños agricultores.

Brazil and South Africa, countries with economies in transition, are characterized by a dual agrarian structure co-occurring, sometimes, alongside in the same region. Large-scale commercial farming produces crops for export to global markets on the one hand, and small-scale farming, on the other hand, provides for subsistence and local markets. In both systems, maize (Zea mays) is a key crop for these two countries. For the commercial system, maize is a commodity crop while for the small-scale system it is the prime staple crop. In commercial systems, farmers predominantly grow genetically modified (GM) hybrid maize. In small-scale systems, farmers rely on open pollinated varieties (OPVs) and/or landraces and are largely dependent on seed saving systems. The aim of this study was to understand the relationship between transgene expression rates, the resulting concentrations of the transgene product (Bt protein) and its bioactivity in insect pests following transgene flow from GM hybrid maize into non-genetically modified, non-GM near-isogenic maize hybrid (ISO) and OPVs. We modeled segregation patterns and measured cry1Ab transgene expression (mRNA quantification), Cry1Ab protein concentration and pest survival. Two groups of F1, F2 crosses and backcrosses with GM, ISO and OPV maize varieties from Brazil and South Africa were used. Bioassays with the larvae of two lepidopteran maize pest species, Helicoverpa armigera and Spodoptera littoralis, were carried out. Overall, the cry1Ab transgene outcrossed effectively into the genetic backgrounds tested. The cry1Ab transgene was stably expressed in both ISO and OPV genetic backgrounds. Transgene introgression led to consistent, though highly variable, concentrations of Cry1Ab toxins that were similar to those observed in GM parental maize. Most crosses, but not all, suggested the expected Mendelian segregation pattern. Transgene expression rates were significantly higher than expected from purely Mendelian segregation in the South African crosses. In South African materials, ISO and OPV crosses produced significantly lower Cry1Ab concentrations compared to the GM parental maize. The Cry1Ab toxins from crosses were bioactive and induced mortality rates of ≥92.19% in H. armigera and ≥40.63% in S. littoralis after a period of only 4 days. However, no correlations were observed between the quantitation of mRNA for cry1Ab and the corresponding Cry1Ab protein concentrations, nor between the Cry1Ab concentrations and insect mortality rates across different genetic backgrounds. We therefore suggest that while transcription of the cry1Ab transgene reliably determines the presence of Cry1Ab protein, mRNA levels do not reflect, by themselves, the end Cry1Ab protein concentrations found in the plant. Because predictably high Cry1Ab concentrations are a key prerequisite for effective insect resistance management (IRM) programs, this observation raises questions about the effectiveness of such programs in scenarios with complex crop genetic backgrounds. On the other hand, confirmed bioactivity in all crosses should be expected to impact small farmer’s selection behavior, unknowingly favoring the insecticidal trait. This may lead to a fixation of the trait in the wider population, and may influence the genetic diversity of varieties maintained by small-scale farmers.