Giancarlo PasqualiGiancarlo PasqualiCentro de BiotecnologiaCentro de Biotecnologia

e Instituto de Biociênciase Instituto de Biociências

Universidade Federal do Rio Grande do SulUniversidade Federal do Rio Grande do Sul

Levantamento de Dados e Levantamento de Dados e Referências com Vistas a Definições Referências com Vistas a Definições de Isolamento de Experimentos com de Isolamento de Experimentos com Plantas Transgênicas de Plantas Transgênicas de EucalyptusEucalyptus

E. grandis E. pellita

E. globulus E. salignaG.Pasquali – CBiot/UFRGS

Planta ?

Gene ?

Ambiente ?

Prática agrícola/silvícola ?G.Pasquali – CBiot/UFRGS

Gene ?

G.Pasquali – CBiot/UFRGS

TransgenesTransgenes

Tolerância/resistência a herbicidas

Resistência a insetos e nematóides

Resistência a patógenos virais, bacterianos ou fúngicos

Tolerância a estresse hídrico

Tolerância ao frio

Tolerância à salinidade

Alteração da taxa de crescimento

Qualidade da madeira

- Ligninas

- Polissacarídeos

- Fibra (morfologia, densidade)

OGMs para a Produção de Celulose ou MadeiraOGMs para a Produção de Celulose ou Madeira

G.Pasquali – CBiot/UFRGS

Boerjan et al. (2003)Annu. Rev. Plant Biol. 54: 519-546

Biossíntese de ligninas & Transgenia

CAD – álcool cinamílico desidrogenase4CL - 4-cumarato:CoA ligaseC3H - p-cumarato 3-hidroxilase (??)C4H - cinamato 4-hydroxilaseCCoAOMT - cafeoil-CoA o-metiltransferaseCCR - cinamoil-CoA redutaseCOMT – ácido caféico o-metiltransferaseHCT - p-hidroxicinamoil-CoA: cinato-chiquimato p-hidroxicinamoiltransferase (??)F5H - ferulato 5-hidroxilasePAL - fenilalanina amônia-liaseSAD - álcool sinapílico desidrogenase

Fatores de transcrição (LIM, MYB)Proteínas sinalizadoras

Escolha dos transgenes e regulação da expressão:

Melhor nível para a prevenção de “acidentes”Melhor nível para a prevenção de “acidentes”

Tolerância e Resistência

X

Qualidade da Madeira

Questão fundamental:

A expressão transgênica irá afetar a adaptabilidade e a capacidade

competitiva, aumentando a invasividade ou a “agressividade” no

ambiente? Resposta dependerá de modelagens e experimentos a campo

OGMs para a Produção de Celulose ou MadeiraOGMs para a Produção de Celulose ou Madeira

G.Pasquali – CBiot/UFRGSFarnum et al. (2007) - Tree Genetics & Genomes 3:119-133

Alterações da qualidade da madeira

- Redução de ligninas e/ou aumento dos teores de celulose

- maior eficiência de produção de celulose e papel- menor poluição ambiental decorrente do processamento industrial- maior fixação de carbono em virtude da mais rápida renovação de florestas- menor necessidade de energia derivada de petróleo

OGMs para a Produção de Celulose ou MadeiraOGMs para a Produção de Celulose ou Madeira

G.Pasquali – CBiot/UFRGSFarnum et al. (2007) - Tree Genetics & Genomes 3:119-133

Biossegurança e VGMsBiossegurança e VGMs

GURTs (“Tecnologias de Restrição de Uso Genético”)

= tecnologias de verdadeira contenção ou confinamento genético

Farnum et al. (2007) - Tree Genetics & Genomes 3:119-133Finstad et al. (2007) - Tree Genetics & Genomes 3:135-139

Lei 11.105 / 2005 Restrição a GURTs

Planta ?

Ambiente ?

G.Pasquali – CBiot/UFRGS

PolinizaçãoPolinização

Eucalyptus – insetos (e pássaros)

> 600 espécies > 3.000 híbridos

Eucalyptus vernicosa

Eucalyptus ovata

Eucalyptus cordata

G.Pasquali – CBiot/UFRGS

A distância mediana de busca por alimento foi de 6,1 km, com média de 5,5 km. - 10% das abelhas buscaram alimento a um raio de 0,5 km da colméia;- 50% das abelhas buscaram alimento a um raio de 6,0 km da colméia;- 25% das abelhas buscaram alimento a um raio de 7,5 km da colméia; - 10% das abelhas buscaram alimento a um raio de 9,5 km da colméia;

Brasil:Brasil: Ausência de espécies nativas sexualmente compatíveis

Mundo:Mundo: Oceania (Eucalyptus)

OGMs para a Produção de Celulose ou MadeiraOGMs para a Produção de Celulose ou Madeira

EucalyptusEucalyptus

AMBIENTEAMBIENTE

Maior vetor de sementes de importância econômica: Maior vetor de sementes de importância econômica: Homo sapiens sapiens “spertus”Homo sapiens sapiens “spertus”

G.Pasquali – CBiot/UFRGS

Produção de Mudas de EucalytpusClones X Sementes

• Anuário Estatístico 2007 da Associação Brasileira de Produtores de Florestas Plantadas (ABRAF)

• Relatório da Sociedade Brasileira de Silvicultura (SBS), Novembro de 2006

• Florestas derivadas de sementes são plantadas, principalmente, por pequenos agricultores na forma de fomento e arrendamento (ABRAF, pág. 31). Os fomentados, incentivados por empresas, correspondem a 23,5% do total (SBS, pag. 33).

• Tanto fomentados como agricultores que arrendam terras estão, cada vez mais, trocando mudas derivadas de sementes por mudas clonadas.

22%

Fluxo gênico: problema para as culturas de árvores não transgênicas e também para as transgênicas – tendência à diluição do efeito transgênico.

dispersão de propágulos Fluxo gênico + adaptabilidade

Farnum et al. (2007) - Tree Genetics & Genomes 3:119-133

Produção de pólenviável

Alcance de flores

receptivas

Sucesso na fertilização

Desenvolvimento de

sementes viáveis

Sucesso na germinação

Sobrevivência do

vegetal

AlogamiaX

Autogamia

G.Pasquali – CBiot/UFRGS

Prática agrícola/silvícola ?G.Pasquali – CBiot/UFRGS

Tecnologias para o Melhoramento de Tecnologias para o Melhoramento de EucalyptusEucalyptusTecnologias para o Melhoramento de Tecnologias para o Melhoramento de EucalyptusEucalyptus

Cruzamentos controladosCruzamentos controlados Cruzamentos controladosCruzamentos controlados

Testes de progêniesTestes de progênies Testes de progêniesTestes de progênies Seleção de árvores-eliteSeleção de árvores-elite Seleção de árvores-eliteSeleção de árvores-elite

Clonagem de árvores-eliteClonagem de árvores-elite Clonagem de árvores-eliteClonagem de árvores-elite Plantios clonais de alta produtividadePlantios clonais de alta produtividade Plantios clonais de alta produtividadePlantios clonais de alta produtividade

Marcadores moleculares em Marcadores moleculares em apoio ao melhoramentoapoio ao melhoramento

Marcadores moleculares em Marcadores moleculares em apoio ao melhoramentoapoio ao melhoramento

D. Grattapaglia – CENARGEN/EMBRAPA

Assis T.F., Warburton P., Harwood C. Assis T.F., Warburton P., Harwood C. Artificially induced protogyny: an Artificially induced protogyny: an advance in the controlled pollination advance in the controlled pollination of of EucalyptusEucalyptus.. Australian Forestry Australian Forestry 6868: : 27-33 (2005)27-33 (2005)

Assis T.F., Warburton P., Harwood C. Assis T.F., Warburton P., Harwood C. Artificially induced protogyny: an Artificially induced protogyny: an advance in the controlled pollination advance in the controlled pollination of of EucalyptusEucalyptus.. Australian Forestry Australian Forestry 6868: : 27-33 (2005)27-33 (2005)

Flores em fase de abertura – Flores em fase de abertura – flores protândricasflores protândricas

Flores em fase de abertura – Flores em fase de abertura – flores protândricasflores protândricas

Corte e exposição de estigmaCorte e exposição de estigmaCorte e exposição de estigmaCorte e exposição de estigma

Polinização diretamente no estigmaPolinização diretamente no estigmaPolinização diretamente no estigmaPolinização diretamente no estigma

Frutos em desenvolvimentoFrutos em desenvolvimentoFrutos em desenvolvimentoFrutos em desenvolvimento

Produção de sementesProdução de sementesProdução de sementesProdução de sementes

Pomar Pomar IndoorIndoor - Hibridação em Larga Escala - Hibridação em Larga EscalaIndução de Florescimento + Métodos de PolinizaçãoIndução de Florescimento + Métodos de Polinização

Pomar Pomar IndoorIndoor - Hibridação em Larga Escala - Hibridação em Larga EscalaIndução de Florescimento + Métodos de PolinizaçãoIndução de Florescimento + Métodos de Polinização

Assis et al. (2005) Eucalyptus. Australian Forestry 68: 27-33

Processo Silvicultural de Produção Comercial de Processo Silvicultural de Produção Comercial de EucalyptusEucalyptus

Mudas clonais: mudas derivadas de (macro)estaquia ou de micropropagação in vitro

G.Pasquali – CBiot/UFRGS

Processo Silvicultural de Produção Comercial de Processo Silvicultural de Produção Comercial de EucalyptusEucalyptus

Mudas clonais: mudas derivadas de (macro)estaquia ou de micropropagação in vitro

Polinização cruzada entre clones = autopolinização

G.Pasquali – CBiot/UFRGS

- A eliminação de plantas espontâneas é prática convencional nos maciços de Eucalyptus;- Folhagem e cascas são removidas ainda no campo e deixadas para incorporação ao solo;- Novas mudas clonais são plantadas entre “tocos” em menos de um ano;- As toras são transformadas em serragem e “cozidas” a 150 oC em presença de álcali.

G.Pasquali – CBiot/UFRGS

Linacre & Ades (2007) – Ecological Modelling 179: 247-257

Zona de amortecimento (buffer) área livre

- Sistema diplóide, dois alelos, um locus;

- Idêntica adaptabilidade entre VGM (GG) e VñGM (gg);

- Modelo de 10 x 10 árvores, cada uma com copa de 10 m de diâmetro

(100 m2) – Diferentes distâncias de amortecimento entre GM e ñ-GM;

- Períodos 30-100 anos – permitindo geração e floração de progênies;

- Taxas de autopolinização e polinização cruzada foram consideradas em

função das distâncias entre indivíduos;

- Mortalidade e distúrbios – remoção e substituição aleatória de indivíduos;

- Dispersão de pólen: todas as árvores são igualmente férteis – 2 cenários

de dispersão de pólen: 4% e 25% de autopolinização;

- Dispersão normal de sementes: 2X altura das árvores (~2 x 25 m = 50 m)Cremer (1966) Australian Forestry 30: 33-37Cremer (1977) Australian Forestry Research 7: 228-228

- Competição entre plântulas – não há seleção e determinação do genótipo

será meramente definido pelo número de sementes na unidade de espaço.

Linacre & Ades (2007) – Ecological Modelling 179: 247-257

Linacre & Ades (2007) – Ecological Modelling 179: 247-257

CONCLUSÕES

Pólen de Eucalyptus

- Dispersão por insetos (> 95% Apis mellifera).

- Distâncias de polinização mediada por abelhas variam muito conforme raças de abelhas e espécies vegetais, bem como em virtude da geografia e clima.

- Diferentes artigos documentam distâncias máximas de migração em relação à colméia variando de 1 a 10 km.

- Não há relatos de distâncias de polinização de Eucalyptus por abelhas nos ambientes brasileiros.

G.Pasquali – CBiot/UFRGS

Sementes de Sementes de EucalyptusEucalyptus

- Em condições naturais, a germinação de sementes e a

sobrevivência de plântulas é muito baixa. A prática

silvícula auxilia a eliminação de excepcionais mudas

espontâneas.

- A dispersão de sementes é restrita às proximidades das

árvores genitoras.

Eucalyptus delegatensis Eucalyptus coccifera

1 mm

G.Pasquali – CBiot/UFRGS

Recomendações: Liberações Planejadas no Meio Ambiente de Eucalyptus GM

- Áreas experimentais cercadas por plantios comerciais de Eucalyptus

não necessitarão de bordaduras, desde que uma zona mínima de

amortecimento (100 m) seja garantida, com ou sem árvores nesta zona.

- O proponente deverá garantir a eliminação das árvores comerciais do

entorno conforme procedimentos silvícolas e industriais, não coletando ou

armazenando sementes destas;

- O proponente deverá estabelecer um raio de monitoramento mínimo de

100 m para a (avaliação e) eliminação de plantas espontâneas;

- Para que o monitoramento possa ser garantido, toda a área

experimental deverá estar circunscrita à propriedade do proponente.

G.Pasquali – CBiot/UFRGS

Recomendações: Liberações Planejadas no Meio Ambiente de Eucalyptus GM (continuação)

- O proponente deverá garantir a distância mínima de 1 km em relação a

pomares abertos de sementes.

- O proponente deverá garantir a distância mínima de 1 km em relação a

áreas (colméias) de apicultura comercial ou doméstica.

- Áreas experimentais localizadas fora de plantios comerciais deverão ser

circundadas por bordaduras de 15 m (pelo menos 5 linhas) de Eucalyptus

em idade superior às plantas sob avaliação. Todas as demais

recomendações deverão ser seguidas.

G.Pasquali – CBiot/UFRGS

Recomendações: Liberações Planejadas no Meio Ambiente de Eucalyptus GM (continuação)

- A autorização para Liberação Planejada no Meio Ambiente de

Eucalyptus GM para a resistência a insetos poderá ser realizada após

comprovação, pelo proponente, da inocuidade da atividade inseticida

sobre insetos polinizadores como Apis mellifera.

- Experimentos com Eucalyptus GM contendo gene(s) capaz(es) de

aumentar vantagens adaptativas deverão ter áreas de isolamento e

monitoramento, bem como bordaduras, ampliados. Estas áreas deverão

ser definidas ou aprovadas pela CTNBio conforme o(s) gene(s),

ambiente(s) e as práticas experimentais propostas.

G.Pasquali – CBiot/UFRGS

Zona de Monitoramento

OGM

100 m

100 m

100 m

100 m

Área de Plantio Comercial de Eucalyptus

100 m .........900 m.........900 m

.........900 m

Pomares Sementes

Área de Apicultura

Pomares Sementes

Área de Apicultura

G.P

as

qu

ali

– C

Bio

t/U

FR

GS

Zona de Monitoramento

OGM

100 m

100 m

100 m

100 m

Área Experimental fora de Plantios Comerciais de Eucalyptus

100 m .........900 m.........900 m

.........900 m

Pomares Sementes

Área de Apicultura

Pomares Sementes

Área de Apicultura

Bordadura (15 m)

G.P

as

qu

ali

– C

Bio

t/U

FR

GS