GENES DE LA PLANTA SILVESTRE SOLANUM BULBOCASTANUM , USANDO PARA RESISTIR AL HONGO DEL TIZON TARDIO DE LA PAPA

Prof. Joe Cummins - 28 enero del 2006

L a empresa alemana BASF ha hecho una solicitud al gobierno de Irlanda para hacer evaluaciones de campo de papa GM en la zona de Arodstown, Co. Meath. Los ensayos se harían por 5 años desde el 2006 al 2010.

Esta papa transgénica ha sido modificada con un gen de una variedad silvestre de México, Solanum bulbocastanum (emparentada con la papa). El marcador genético utilizado es un gen con resistencia a herbicidas. La papa es modificada para resistir el hongo que es agente causal del tizón tardío de la papa Phytophora infestans.

A continuación se presentan un análisis hecho en base a la solicitud presentada por BASF al Gobierno de Irlanda.

Parece ser que la empresa no ha planificado hacer estudios de salud y ambientales (1). Además parece que no se han hecho los estudios sobre el uso de esta papa como alimento animal.

Es poco inteligente aprobar una liberación en el campo de cultivos transgénicos que no han sido evaluados, porque la transferencia de un solo gen aun entre plantas relacionadas, ha generado la presencia de toxicidad no esperada en la plantas transgénicas, resultando en la alteración de la calidad y en la inmunigecidad de los productos modificados genéticamente (2). Cuando genes únicos de plantas son usadas para modificar otra planta como la arbeja, se asume que esa transferencia no puede producir productos tóxicos en la planta que ha sido modificada. Sin embargo, lo inesperado puede prevalecer. Las personas y la vida silvestre de Irlanda no deben ser expuesto a pruebas inadecuadas.

El tizón tardío es una de las enfermedades más devastadoras de la papa. Es causada por el hongo Phytophora infestans, un patógeno de la papa y, en menor grado, del tomate.

En la papa (Solanum tuberosum) hay cuatro genes dominantes relacionados con la resistencia a la infección del tizón tardío: R1 al R4. Se han identificado siete genes adicionales, 5 de los cuales son alelos del complejo locus R3 (de un total de 11 genes dominantes R).

La hibridación de la papa con especies silvestres mexicanas empezaron en 1909, y continúan hasta el presente. Sin embargo, a pesar de los constantes esfuerzos hechos, el hongo P. infestans ha desarrollado estirpes que han superado la resistencia genética.

Se han desarrollado fungicidas químicos para controlar el tizón tardío, pero estos también han sucumbido a la versatilidad del hongo.

El hongo tiene dos tipos (A1 y A2). Los dos aparecieron por primera vez en México. Sin embargo sólo el tipo A1 estaba presente en las papas europeas hasta 1978, cuando el tipo A2 apareció en Inglaterra. La presencia de los dos tipos incrementó en gran manera el intercambio genético entre los hongos, lo que aceleró la pérdida de resistencia genética al control con fungicidas (3,4).

Las primeras variedades resistentes de México eran obtenidas usando verdadera hibridación sexual con las variedades silvestres, pero las estirpes resistentes pronto sucumbieron a mutantes del hongo del tizón tardío.

Una planta silvestre mexicana Solanum bulbocastanum es resistente de manera estable a Phytophora infestans, pero no es posible hibridizar sexualmente a esta planta, con la papa. Entonces se utilizó una técnica llamada hibridación somática para crear híbridos sexuales. La hibridación somática incluye fusión celular a partir de cultivos celulares de Solanum bulbocastanum y papa. Las células fusionadas contienen núcleos de papa y Solanum bulbocastanum. Durante la mitosis, los cromosomas de las células fusionadas de las dos especies son mezcladas y se forma un solo núcleo híbrido en la célula. Las células pueden ser cultivadas en un medio sólido para formar una especie de tumor vegetal. Este tumor es tratado con hormonas de crecimiento vegetal para que produzca plántulas que produce plantas con flores.

Estos híbridos somáticos tienen una meiosis irregular y los cromosomas se aparean también de manera irregular, pero se han obtenido líneas resistentes al tizón tardío, relativamente estables (5,6,7).

Entre los 11 genes de resistencia al tizón tardío, que producen un amplio espectro de resistencia con gran efectividad en contra del tizón tardío, se incluye el gen RB (8) así como los genes Rpi-blb1 (9) y Rpi-blb 2 (10) que son activos en la papa y el tomate. Estos híbridos somáticos son útiles cuando se quiere identificar genes de resistencia y son transmitidos en líneas de mejoramiento de papa, a través de intercruzamiento.

En todo caso, ahora se prefiere la manipulación genética de las líneas de mejoramiento de la papa, porque la resistencia puede ser transmitida a líneas comerciales de manera más rápida.

La propuesta de la empresa BASF de hacer pruebas de campo de papas GM (11), incluye el uso de dos genes de resistencia de amplio espectro: los genes Rpi-blb1 y Rpi-blb2. Estos dos genes tienen una estructura asociada con genes regulatorios llamados NBS-LRR, que codifica un tipo de proteína regulatoria.

Muchos genes de resistencia a enfermedades codifican proteínas de este tipo. Numerosos genes de plantas NBS-LRR están presentes en el típico genoma vegetal. Cada proteína es específica para un tipo particular de patógeno, estimulando una señal particular que desencadena una respuesta defensiva. Esta señal es frecuentemente una célula vegetal muerta localizada, llamada respuesta hipersensitiva.

El Terminal C de la proteína, reconoce un elemento en el que el patógeno se pega, activando una señal que desencadena la respuesta defensiva (12). El agente causal tizón tardío de la papa suprime los genes de defensa de la papa en variedades sensitivas al hongo, pero no en las variedades resistentes.

Los genes de resistencia NBS-LRR en plantas están localizados en células citoplasmáticas y no se extienden a través de la membrana celular, pero son activadas por señales procedentes del patógeno que penetran a la célula (13). La proteína sintetizada por los genes NBS-LRR, generalmente producen anticuerpos cuando son inyectados en mamíferos, pero hasta ahora no se ha estudiado a estas proteínas de resistencia a la enfermedad, luego de que han sido modificadas a través de glicosilación, lo que contribuye a una respuesta inmunológica.

La propuesta de BASF (11) indica que las papas GM que van a ser evaluadas en Irlanda, fueron transformadas usando dos plásmidos. Cada plásmido contiene uno de los genes de resistencia: Rpiblb1 y Rpi-blb2, y cada uno de estos, contiene un intrón. Los dos genes tienen además 1 o 2 promotores genéticos, que incluye un intrón que actúa como “enhancer, y está acompañada por una secuencia génica que indica que la transcripción de los genes Rpi-blb1 y 2 debe terminar.

Los plásmidos también contienen un gen de una proteína mutante, una sintetasa llamada ácido acetohidroxi sintetasa (AHAS). Este gen ha sido extraído de una pequeña planta relacionada con la mostaza del género Arabidopsis. Este gen le confiere resistencia a los herbicidas del grupo de los imidazolines (que no han sido aprobados para ser usados en la papa en Irlanda).

El gen AHAS es conducido por un gen promotor de la bacteria Agrobacterium (es una nopalina sintetasa). La papa transformada es tolerante a un herbicida, pero el herbicida es utilizado únicamente en el proceso de selección de las células de papa transformadas, pero no durante el cultivo de la papa.

Todas las líneas genéticamente modificadas que van a ser liberadas al medio ambiente, contienen una o dos copias del plásmido. Ellos esperan que ni los genes de resistencia no los genes AHAS afecten la polinización ni la dispersión de semillas de la papa. Ellos tampoco creen que la modificación genética afecte la posibilidad de que las papas GM intercambien polen con papas en los campo de papa convencional.

Es interesante notar que durantes las evaluaciones hechas en invernaderos, no se estudió la expresión de los genes modificados bajo condiciones extremas, por ejemplo bajo sequías, inundaciones, calor, frío extremos, exceso de Nitrógeno, o falta de nutrientes.

En el pasado se han evaluado a los cultivos GM sólo en condiciones óptimas de crecimiento (lo que no sucede siempre en condiciones naturales), antes de ser liberados al ambiente real. Ciertamente, las condiciones de estrés puede hacer que los genes insertados expresen de manera inesperada ciertas sustancias que pueden ser tóxicas, en los cultivos GM.

La propuesta de BASF (11) dice que ellos no esperan que los genes de resistencia sinteticen ninguna sustancia tóxica, alergénica o perjudicial para la salud humana. Ellos asumen que la modificación genética es segura, porque la planta contiene numerosas proteínas NBS-LRR y que las papas cultivadas contienen genes R de una especie silvestre de Solanum (el mismo género de la papa), S. Demissum. Hay que tener cuidado con lo que ellos asumen como seguro.

Los genes de S. Demissum presentes en las papas comerciales, son genes NBS-LRR pero no son el tipo de genes NBS-LRR de amplio espectro usados en las papas de BASF. Observaciones hechas al respecto demuestran que los genes transferidos entre especies que son emparentadas filogenéticamente, pueden sintetizar proteínas con respuestas inmunológicas muy potentes (a veces fatales) (2).

Los procedimientos usados para analizar si las secuencias de ADN pueden desencadenar respuestas alergénicas (IgE), dejarían pasar respuestas inmunológicas poderosas que pueden conducir a inflamaciones fatales o casi fatales. Lo sensato sería probar a las papas GM sembradas en invernadero, no sólo para ver si van a producir alergias, sino también para ver si producen inflamaciones, antes de liberar las papas GM al ambiente. La respuesta inmunológica descrita en la referencia 2, fue provocada por la modificación hecha a una proteína alterada, luego de haber llevada a cabo una transferencia entre especies.

Sin embargo, hay poca información disponible sobre la modificación de genes NBS-LRR en plantas. Parece que es un cuestión simple el hacer experimentos con animales usando papas GM sembradas en invernadero ates de ser liberadas en el ambiente, sin embargo, parece que eso no ha sido hecho. Parece que la evaluación del riesgo del impacto del experimento en especies no objetivos se hizo basándose en la presunción de que las papas GM eran seguras, y no hay un esquema adecuado para hacer un monitoreo posterior.

Si se comprobó que las papas GM son inmunológicamente activas, el impacto tanto en seres humanos como en animales pueden ser muy severos.

En la propuesta de BASF se hace mención al manejo, liberación y disposición final de los inóculos de Pytopthora infestans y de las plantas inoculadas, pero no se hace una descripción detallada que cómo se procedió, y esto es algo que se debió hacer.

La distancia de aislamiento de 20 metros entre papas cultivadas no es adecuada.

No se hace una explicación adecuada de cómo se hizo el control para prevenir el escape de las semillas GM y de los tubérculos.

Parece que no se hizo un monitoreo adecuado del tratamiento que se hizo al sitio de evaluación después de la liberación. Aparentemente no existe ninguna razón por la cual no es posible mantener en el sitio de las pruebas, un guardia a tiempo completo

En conclusión, las consideraciones hechas sobre la seguridad humana y del medio ambiente parece que se basaron primordialmente en ilusiones antes que en un esfuerzo serio de reunir u obtener información basada en hechos en la seguridad de las construcciones transgénicas.

BASF hizo una petición para la evaluar liberación en el campo de papas GM resistentes a el tizón tardío de la papa, en las que se ha introducidos los genes
Rbi-blb1 y 2, a principios del 2005 en Los Países Bajos.

La nota de petición parece indicar que estas papas GM han sido liberadas en Alemania, el Reino Unido y Suecia (14).

En los Estados Unidos se han hecho 5 pruebas de campo usando papas GM con genes RB1 y RB2 de gran espectro con resistencia al tizón tardío de la papa (NBS-LRR), obtenidos de Solanum bulbcastanum. Las liberaciones fueron hechas en Minnesota y Wisconsin por la USDA (Ministerio de Agricultura de Estados Unidos) y la Universidad de Minnesota (15).

El aislamiento y el despliegue de los genes de RB en la papa se han descrito en (16,17).

Las pruebas de campo de genes NBS-LRR de amplio espectro han empezado con estirpes de papa con resistencia al tizón tardío de la papa. Se cree que pronto seguirán evaluaciones de variedades con resistencia a un amplio espectro de pestes con otros cultivos alimenticios como el arroz, el maíz, la soya y muchos otros.

Es imperativo por lo tanto, que se hagan evaluaciones completas sobre la seguridad de estas nuevas manipulaciones genéticas tanto en el ambiente como en la salud humana, antes de que estos cultivos transgénicos sean comercializados.

Es inaceptable la afirmación hecha de que la familia de genes de resistencia NBS-LRR y sus productos derivados, son seguros para la salud y el ambiente porque estos genes fueron aislados de otros cultivos alimenticios.

El concepto de que los genes NBS-LRR son seguros mientras no se compruebe su riesgo, es una aseveración que apela a los intereses de los promotores de la biotecnología, pero no sirven para el interés público.

Referencias

1. O’Callaghan, M. BASF plans 5 year GMO potato experiment near Hill of Tara 2006. http://www.indymedia.ie/article/73989
2. Prescott VE, Campbell PM, Moore A, Mattes J, Rothenberg ME, Foster PS, Higgins TJ and Hogan SP. Transgenic expression of bean alpha-amylase inhibitor in peas results in altered structure and immunogenicity. J Agric Food Chem. 2005 Nov 16;53(23):9023-305
3. Deacon,J. The Microbial World: Potato blight Phytohthora infestans 2006
http://helios.bto.ed.ac.uk/bto/microbes/blight.htm
4. Bradshaw JE, Bryan GJ, Lees AK, McLean K and Solomon-Blackburn RM
Mapping the R10 and R11 genes for resistance to late blight (Phytophthora infestans) present in the potato (Solanum tuberosum) R-gene differentials of Black. Theor Appl Genet. 2006 Jan 5;:1-8 [Epub ahead of print]
5. Helgeson, J., Pohlman, J, Austin, S, Haberlach. G, Wielgus, S, Ronis, D, Zambolim, L, Tooley, P, McGrath, J, James, R and Stevenson, W. Somatic hybrids between Solanum bulbocastanum and potato: a new source of resistance to late blight TAG Theoretical and Applied Genetics 1998 , 96, 738 – 42
6. Masuelli, R, Tanimoto, E, Brown Cand Comai, L. Irregular meiosis in a somatic Irbid between S. bulbocastanum and S. tuberosum detected by species-specific PCR markers and cytological analysis. TAG Theoretical and Applied Genetics 1995, 91, 401 – 8
7. Naess SK, Bradeen JM, Wielgus SM, Haberlach GT, McGrath JM and Helgeson JP. Analysis of the introgression of Solanum bulbocastanum DNA into potato breeding lines. Mol Genet Genomics. 2001 Jun;265(4):694-704
8. Staples, R. Race nonspecific resistance for potato late blight. Trends in Plant Sciences 2004,9, 5-6
9. van der Vossen E, Sikkema A, Hekkert BL, Gros J, Stevens P, Muskens M, Wouters D, Pereira A, Stiekema W and Allefs S. An ancient R gene from the wild potato species Solanum bulbocastanum confers broad-spectrum resistance to Phytophthora infestans in cultivated potato and tomato. Plant J. 2003 Dec; 36(6):867-82
10. van der Vossen EA, Gros J, Sikkema A, Muskens M, Wouters D, Wolters P, Pereira A and Allefs S. The Rpi-blb2 gene from Solanum bulbocastanum is an Mi-1 gene homolog conferring broad-spectrum late blight resistance in potato. Plant J. 2005 Oct; 44(2):208-22
11. BASF Plant Sciences Notification for the release into the environment of genetically modified potatoes with imporoved resistance to Phytopthera infestans (2006-2010)
12. Belkhadir Y, Subramaniam R and Dangl JL. Plant disease resistance protein signaling: NBS-LRR proteins and their partners. Curr Opin Plant Biol. 2004 Aug; 7(4):391-9
13. Huitema E, Bos JI, Tian M, Win J, Waugh ME and Kamoun S. Linking sequence to phenotype in Phytophthora-plant interactions. Trends Microbiol. 2004 Apr; 12(4):193-200
14. SeedQuest - Central information website for the global seed industry. Deliberate release into the EU environment of GMOs for any other purposes than placing on the market: Potato with improved resistance to Phytophthora infestans - BASF Plant Science GMBH 2005 http://www.seedquest.com/News/releases/2005/october/13818.htm
15. Information systems for biotechnology. Search Results of the Field Test Release Permits Database for the U.S late blight disease potato
http://www.nbiap.vt.edu/cfdocs/fieldtests3.cfm
16. Song J, Bradeen JM, Naess SK, Raasch JA, Wielgus SM, Haberlach GT, Liu J, Luang H, Austin-Phillips S, Buell CR, Helgeson JP and Jiang J. Gene RB cloned from Solanum bulbocastanum confers broad spectrum resistance to potato late blight. Proceedings of the National Academy Sciences, USA. 2003 Aug 5; 100(16):9128-33
17. Helgeson, J, Austion-Phillips, S, Naess, S, Jiang, J, Bradeen, J and Buell, C. Potato genes for late blight. US patent Application Publication 2004 , US2005/0204419A1.

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