Transgenes en maíz africano

FLUJO DE TRANSGENES EN EL CULTIVO COMERCIAL DE MAÍZ EN ÁFRICA DEL SUR

Prof. Chris Viljoen
Universidad Free State, África del Sur

Antecedentes y objetivo

ÁFRICA del Sur (AS) es uno de los pocos países de África en introducir cultivos genéticamente modificados (GM). La primera generación de maíz GM ha sido cultivada comercialmente en AS desde 1997 (Department of Agriculture 2005). En 2008, África del Sur se situó en la octava posición en cuanto a la producción mundial de OGM incluyendo algodón, soya y maíz amarillo y blanco (James, 2009). El flujo de genes a partir de los cultivos GM y los no GM puede tener distintas consecuencias incluyendo: el desarrollo de la resistencia de los insectos objetivo a los cultivos Bt; la contaminación de las variedades locales; la pérdida de comercio en materias primas de grano procesado o a granel; la contaminación de la cadena alimenticia con cultivos GM experimentales, industriales o farmacéuticos. Es por eso, que AS así como otros países productores de OGM, tienen que enfrentarse con consideraciones para minimizar o prevenir la mezcla a través del uso de distancias de aislamiento de cultivo, en los casos necesarios como con los ensayos en el terreno con OGM y la coexistencia (Huffman 2004; Moschini 2006). Otra consideración es que se espera que cultivos GM especializados, por ejemplo para la producción farmacéutica, el mejoramiento nutricional y los biocombustibles, se conviertan en una realidad en un futuro próximo. El minimizar el flujo de genes para diferentes aplicaciones, desde el uso confinado hasta la liberación ambiental, es una consideración de suma importancia. En el pasado, distintos estudios han listado diferentes distancias de polinización cruzada para el maíz, usando una variedad de diseños de pruebas sobre campo bajo distintas condiciones ambientales (Aylor et al. 2003; Bannert & Stamp 2007; Burris 2001; Byrne & Fromherz 2003; Della Porta et al. 2008; Garcia et al. 1998; Henry et al. 2003; Jemison & Vayda 2001; Luna et al. 2001; Ma et al. 2004; Paterniani & Stort 1974; Stevens et al. 2004). Sin embargo, estas pruebas han sido realizadas en pequeñas parcelas y no a una escala comercial. Además pocos de estos estudios han hecho recomendaciones específicas con respecto a una distancia ideal de aislamiento requerida en términos de diferentes niveles de rigor para minimizar la polinización cruzada. Por ejemplo, diferentes tolerancias para la mezcla pueden ser aplicadas en las pruebas sobre campo bajo un uso confinado comparado a la producción de maíz diseñado como combustible. No existen datos publicados con respecto a la extensión de la polinización cruzada de maíz en África del Sur y las agencias reguladoras necesitan basar sus decisiones en datos existentes que no son necesariamente adaptables a África del Sur. Es por eso que el objetivo de este estudio, realizado de 2005 a 2007, fue la de determinar la extensión de la polinización cruzada de maíz bajo las condiciones sudafricanas en el contexto de prácticas agrícolas comerciales, de forma a informar al proceso regulatorio de toma de decisión, con respecto a las pruebas de campo con OGM.

Materiales y métodos

Las pruebas de campo fueron hechas en una parcela central con maíz amarillo GM (13.76 hectáreas), rodeada de maíz blanco no GM (13.76 hectáreas), en dos distintas regiones geográficas por dos temporadas con aislamiento temporal de los plantíos con maíz comercial a los alrededores. La polinización cruzada entre el maíz GM y no GM fue determinada fenotípicamente, a través de 16 transectos, cada 2 m hasta 100 m y a partir de ahí cada 30 m hasta los 300 m. El polen fue capturado durante la floración en cuatro direcciones del viento y fue genotipado usando PCR. El conteo de polen durante la floración fue comparado con los datos del clima así como con los porcentajes de polinización cruzada. Los datos fueron transformados logarítmicamente y el porcentaje promedio de polinización cruzada fue comparada a la polinización cruzada más alta.

Resultados y discusión

Si bien hubo coherencia de manera general entre los datos del viento, la carga en polen y la polinización cruzada, es evidente que los datos de los vientos y la carga en polen no explican por sí solos la extensión direccional de la polinización cruzada. Sugerimos que vientos en forma de remolinos y algunos otros factores bióticos pueden contribuir a esta incongruencia. La polinización cruzada más importante se extiende de 54% a 82% ocurriendo a 2 m del donador de polen y decae fuertemente entre 20 a 25 m, una tendencia similar a otros estudios (Henry et al. 2003; Jemison & Vayda 2001; Luna et al. 2001; Ma et al. 2004). De manera interesante, un tope de porcentaje bajo de polinización cruzada fue observado aun a la distancia de muestreo más alejada. Hubo una fuerte correlación del promedio del porcentaje de polinización cruzada transformado en algoritmo sobre la distancia (R2=0.97). Basándose en la transformación logarítmica de la polinización cruzada por la distancia, 50 m es suficiente para minimizar la polinización cruzada entre <1.0% y 0.1%, 159 m para <0.1% a 0.01% y 501 m para <0.01% a 0.001%. Sin embargo, una consideración al usar los valores promedio de polinización cruzada es que el potencial de polinización cruzada puede ser subestimado. Para probar esta hipótesis, realizamos una transformación logarítmica de los valores más altos de polinización cruzada sobre la distancia. Es importante observar que hubo una fuerte correlación entre los valores altos de polinización cruzada sobre la distancia (R2=0.95). Basándose en estos valores, una distancia teórica de aislamiento de 135 m es necesaria para asegurar un nivel mínimo de polinización cruzada entre <1.0% y 0.1%, 503 m para <0.1% a 0.01% y 1.8 km para <0.01% a 0.001%. Sin embargo, no es práctico el aplicar estas rigurosas distancias de aislamiento, especialmente cuando diferentes niveles de mezcla pueden ser requeridos. Es por eso que sugerimos una combinación de aislamiento temporal y de distancia, tomando en consideración las fuentes de polen de maíz GM dentro de un radio de la distancia más rigurosa de aislamiento requerida. También investigamos los cambios gráficos en el porcentaje de polinización cruzada sobre la distancia, a través de las diferentes ubicaciones en donde las pruebas fueron plantadas. Observamos que el cambio en el porcentaje de polinización cruzada sobre la distancia era similar a la comparación del promedio comparado con los valores altos de polinización cruzada. Basándose en la incongruencia entre la carga del polen, el medio ambiente y la polinización cruzada, así como tomando en consideración el promedio comparado con los valores altos de polinización cruzada, sugerimos que la carga de polen, el medio ambiente y las características fisiológicas reproductivas son factores para la determinación de la polinización cruzada.

Basándose en estos datos, hacemos las siguientes recomendaciones para obtener una polinización cruzada mínima a diferentes niveles de umbral:

• Pruebas de campo: Para minimizar el cruzamiento entre distintas especies a un nivel no detectable (0.01%-0.001%) la distancia de aislamiento debe de ser de al menos 1.87 km. Esto puede ser difícil de lograr en términos prácticos y se recomienda el uso de una combinación de aislamiento espacial y temporal tomando en consideración:

-Aplicar un aislamiento temporal de cuatro semanas y una distancia mínima de 503 m del plantío de maíz más cercano.

-Aplicar un aislamiento de dos semanas a una distancia mínima de 1.87 km del plantío de maíz más cercano.

• Producción de semilla GM: Para prevenir el desarrollo de eventos apilados ilegales durante la producción de semillas, las recomendaciones para las pruebas sobre campo deben de ser aplicadas.

• Producción de semillas no GM con el propósito de exportación: Para cumplir los requisitos para exportar semillas no GM, es decir en donde lo GM no sea detectable, las recomendaciones para las pruebas sobre campo deben de ser aplicadas.

• Producción no GM: Dependiendo del umbral requerido para la producción no GM las siguientes medidas deben de ser aplicadas:

-Umbral de 1% : Una distancia mínima de 135 m debe de ser aplicada. Puede ser difícil lograr esto en términos prácticos; en su lugar sugerimos el uso de una combinación de aislamiento espacial y temporal tomando en cuenta las siguientes consideraciones:

-Aplicar un aislamiento temporal de cuatro semanas y una distancia mínima de 36 m del plantío de maíz más cercano.

-Aplicar un aislamiento de dos semanas a una distancia mínima de 135 m del plantío de maíz más cercano.

-Umbral de 0.1% : Una distancia mínima de 503 m debe de ser aplicada. Puede ser difícil lograr esto en términos prácticos; en su lugar sugerimos el uso de una combinación de aislamiento espacial y temporal tomando en cuenta las siguientes consideraciones:

-Aplicar un aislamiento temporal de cuatro semanas y una distancia mínima de 135 m del plantío de maíz más cercano.

-Aplicar un aislamiento de dos semanas a una distancia mínima de 503 m del plantío de maíz más cercano.

Referencias

Aylor, D.E., Schultes, N.P. & Shields, E.J. 2003. An aerobiological framework for assessing cross-pollination in maize. Agr Forest Meteorol 119: 111-129. Ver aquí

Bannert, M. & Stamp, P. 2007. Cross-pollination of maize at long distance. Eur J Agron 27: 44-51.] Ver aquí

Burris, J.S. 2001. Adventitious pollen intrusion into hybrid maize seed production fields. Proceedings of 56th annual corn and sorghum research conference 2001. American Seed Trade Association, Inc., Washington, DC. Ver aquí

Byrne, P.F. & Fromherz, S. 2003. Can GM and non-GM crops coexist? Setting a precedent in Boulder County, Colorado, USA. Food, Agriculture and Environment 1: 258-261. Ver aquí

Della Porta, G., de Ederle, D., Bucchini, L., Prandi, M., Verderio, A. & Pozzi, C. 2008. Maize pollen mediated gene flow in the Po valley (Italy): Source-recipient distance and effect of flowering time. Eur J Agron 28: 255-265. http://tinyurl.com/33voft5

Department of Agriculture. 2005. Understanding genetically modified organisms (GMOs). Ver aquí

Garcia, M.C., Figueroa, J.M., Gomez, R.L., Townsend, R. & Schoper, J. 1998. Pollen control during transgenic hybrid maize development in Mexico. Crop Sci 38: 1597-1602.

Henry, C., Morgan, D., Weekes, R., Daniels, R. & Boffey, C. 2003. Farm scale evaluations of GM crops: monitoring gene flow from GM crops to non GM equivalents in the vicinity: Part one forage maize, DEFRA report EPG/1/5/138. Ver aquí

Huffman, W.E. 2004. Production, identity preservation, and labelling in a marketplace with genetically modified and non-genetically modified foods. Plant Physiol 134:3-10. Ver aquí

James, C. 2009. Global status of commercialized biotech/GM crops: 2009. ISAAA Briefs no. 41. Ithaca, NY: International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications. Ver aquí

Jemison, J.M. & Vayda, M.E. 2001. Cross-pollination from genetically engineered corn: Wind transport and seed source. AgBioForum 4: 87-92. Ver aquí

Luna, S.V., Figueroa, J.M., Baltazar, B.M., Gomez, R.L., Townsend, R. & Schoper, J.B. 2001. Maize Pollen Longevity and Distance Isolation Requirements for Effective Pollen Control. Crop Sci 41: 1551-1557. Ver aquí

Ma, B.B., Subedi, K.D., Reid, L.M. 2004. Extent of cross fertilization in maize by pollen from neighbouring transgenic hybrids. Crop Sci 44: 1273-1282.

Moschini, G. 2006. Pharmaceutical and industrial traits in genetically modified crops: Coexistence with conventional agriculture. Am J Agr Econ 88: 1184-1192. Ver aquí

Paterniani, E. & Stort, A.C. 1974. Effective maize pollen dispersal in the field. Euphytica 23: 129-134. Ver aquí

Stevens, W.E., Berberich, S.A., Sheckell, P.A., Wiltse, C.C., Halsey, M.E., Horak, M.J. & Dunn, D.J. 2004. Optimizing pollen confinement in maize grown for regulated products. Crop Sci 44: 2146-2153.