DOURADO NETO, D.

MAIA, A. de H. N.

Portuguese

Repository Open Access to Scientific Information from Embrapa

RRiskBt- Ul\1 PROGRAMA COMPUTACIONAL PARA QUANTIFICAR RISCO DE RESISTENCIA DE PRAGAS A TOXINAS Bt EXPRESSAS EM CULTURAS TRANSGENICAS RESVMO Aline de Holanda Nunes Maia' Durval Dourado Neto2 0 software RRiskBt. desemolvido em linguagem Visual BASIC baseado no modele deterministico de Caprio (1998a), e uma ferramenta que permite quantiticar o risco de resistencia de pragas a toxinas Bt expressas em culturas transgenicas, utilizando analise de incertezas. A evolw;:ao da resistencia e urn processo governado por fatores geneticos e bioecologicos que se interrelacionam. Urn dos parametros-chave que influenciam a taxa de evolu9ao da resistencia e a freqi.iencia inicial do alelo de resistencia na populas:ao da praga. Neste software, a incerteza associada ao parametro freqilencia inicial pode ser representada por uma distribui'j:aO Normal truncada. Lognormal truncada ou Uniforme. Estimativas de risco podem ser obtidas para diferentes estrategias de manejo da resistencia. PALAVRAS-CHAVE: software, culturas Bt, modelagem, analise de risco. RRiskBt -A COMPUTER PROGRAl\J TO QUANTIFY RISK OF P~~-ST RESISTANCE TO Bt TOXINS EXPRESSED IN TRANSGENIC CROPS ABSTRACT The software RRiskBt was developed in Visual BASIC language based on the Caprio's deterministic model (Caprio. 1998). It is a tool to quantify risk of pest resistance evolution to Bt toxins expressed ii1 jiansgenic crops using uncertainty analysis. Resistance evolution is a process driven by inter related g~.::netic and ecological factors. A key parameter that influences the rate of resistance evolution is the resistance allele initial frequency in the pest population. In the RriskBt, the uncertainty associated with initial frequency can be represented by Truncated Normal, Truncated Lognormal or Uniform distributions. Risk estimates can be obtained considering different resistance management strategies. KEYWORDS: software, Bt crops, modelling, probabilistic risk assessment. 1. INTRODU<;AO Culturas transgenicas que expressam toxinas da bacteria Bacillus thuringiensis (Bt), sao cultivadas em varies paises desde 1996.As toxinas Bt sao ativas contra alumas especies de pragas das ordens Lepidoptera, Coleoptera e Diptera. 0 principal risco ambiental associado a essa tecnologia e a evolus:ao de resistencia das pragas alvo a essas toxinas, processo govemado por fatores geneticos e bioecologicos que se interrelacionam. A estrategia atualmente em uso nos EUA, Canada e Australia, recomendada pelas agendas govemamentais de protes:ao ao ambiente para manejo da resistencia em culturas Bt e o uso de materiais geneticos que expressem a toxina Bt em alta concentras:ao nos tecidos da planta combinada com ados:ao de rerugios estruturados (ILSI-HESI, 1998; US EPA, 200 I; FIFRA, 200 I). Os refugios sao areas ocupadas por plantas hospedeira da praga-alvo, preferencialmente, do mesmo hibrido ou variedade da cultura transgenica, mas que nao expressem a toxina (ILSI-HESI, 1998). 1 Engenheira Agronoma. Mestre em Estatistica. Embrapa Meio Ambiente. ahmaia:li cnoma.t:mbrapa.br. 2 Engenheiro Agronomo. Mesrre e Doulor em Agronomia. Universidade de S~o Paulo. douradn·ii~t:saly.usp.hr. 571 --~· ~ :'; Congresso Brasileiro da Sociedade Brasilcira de lnfonnatica Aplicada a Agropecw1ria e a Agroindustria A escolha de cemi.rios mais eficientes para a estratcgias alta dose/refUgio e feita utilizando proje.yoes da evolu~ao da resistencia obtidas com o uso de tnl)lfdos de simula~ao que se baseiam em fundamentos te6ricos de ecologia e genetica de popula~oes (Andow & Alstad 1998, USEPA, 200\).Uma abordagem realistica para modelagem do processo de evolu.yiio da rcsistencia e a simula~ao estocastica em fun.yao do alto grau de incerteza associado aos seus paramctros. Essa abordagem possibilita estimar o risco de resistencia ao final de cada gera~ao da praga, exprcsso pela probabilidade da freqUencia do alelo de resistencia (FreqR) exceder urn valor critico preestabdccido. No modelo detenninistico de Caprio, ,·alores esperados de FreqR sao estimados a cada gera~ao, ao invcs de medidas de risco. 0 presente trabalho tern por objetivo apresentar 0 software RISCOBt, ferramenta que pennite simular a evolu~ao da resistencia de pragas a toxina Bt expressa em culturas transgenicas, considerando a incerteza associada a freqUencia inicial do alelo de resistencia. 2. MATERIAL E METODOS 0 modelo escolhido para incorpora~ao de incertezas foi o modelo detenninistico de Caprio (Caprio 1998a). Devido a sua parcimonia, pennite a simula.yao nipida de cenarios para combina~oes de uma grande amplitude de valores dos parametros. Os fundamentos teoricos do modelo de Caprio estao descritos de modo sucinto no relat6rio de urn grupo de especialistas em manejo da resistencia em insetos indicado pelo subcomite Insect Resistance Management (IRI) estabclccido pelo (Health and Environmental Sciences Institute (HESI) International, Life Sciences Institute (I LSI). Este modelo estima FreqR ao final de cada gera9ao da praga-alvo ate que esta freqUencia atinja uma freqUencia critica (FreqCritica) preestabelecida pelo usuario. Podem ser consideradas varias estrategias de manejo, variando o tamanho do refUgio, e a aplica~ao ou nao de inseticida na referida area. Os dados de entrada para simular a evoiUi;:ao da resistencia em pragas utilizando o modelo detenninistico de Caprio estao descritas na Tabela l. TABELA 1: Dados de entrada para simular a e\·olu~ao da resistencia a toxina Bt em pragas-alvo, utilizando o modelo deterministico de Caprio. Para metro AreaDeRefugio Freqlnicial FreqCritica SF/matRef CoefEndogamia SF/matSStran SF/matRRtran SF/matRStran DispPRErand DispPOSrand Descri~iio Propor9ao da area total ocupada pelo refUgio Frequencia inicial do alelo de resistencia (R) na area de refUgio FreqUencia critic a do alelo R na area da cultura transgenica Sobrevivencia da lagarta-do-cartucho durante a fase imatura, na area de refUgio. Coeficiente de endogamia da popula~ao da lagarta-do-cartucho Sobrevivencia da subpopula9ao SS durante a fase imatura na area da cultura transgenica Sobrevivencia da subpopula9ao RR durante a fase imatura na area da cultura transgenica Sobrevivencia da subpopula9ilo RS durante a fase imatura na area da cultura transgenica Propor9ao de individuos de cada habitat que se dispersa de forma aleat6ria na area total antes do acasalamento Propor9ao de individuos com dispersi'io pre-acasalamento restrita aos respectivos habitats de origem que se dispersa de forma akat6ria na area total ap6s o acasalamento 0 software RriskBt foi desenvolvido em linguagem de programa~ao Visual BASIC. incorporandas tecnicas de analise de incerteza ao modelo detenninistico. A analise de incertezas e realizada do seguinte .,~ modo: (i) quantifica~ao de incertezas do parametro Freqinicial em tennos de distribui~oes de probabilidade; ':~ com as op~aes Nonnal truncada, Lognonnal truncada ou Unifonne; (ii) Amostragem da distribui~ao de.ij probabilidade escolhida para caracterizar a incerteza associada ao parametro Freqinicial num processo·1:] iterativo; (iii) Propaga~ao dos efeitos das incertezas atraves do modelo; (iv) Gera~ao das distribui~aes de :~ probabilidade empiricas de FreqR ao final de cada gera~!o utilizando metodo Monte Carlo com amostragem-aleat6ria e (v) Calculo do risco de resistencia ao final de cada gera~ao da praga-alvo, ou seja a probabilidade de FreqR exceder a FreqCritica. 572 Anais do IV Congresso Brasileiro da Sociedade Brasileira de Informatica Aplicada a Agropecuaria e a Agroindtistria 3. RESULTADOS E DISCUSS..\0 Neste software a evolu9ao da resistencia pode ser simulada utilizando o modelo deterministico ou estocastico. No primeiro caso, sao gerados uma tabela com os valores de FreqR e as frequencias dos individuos resistentes homozigotos (FreqRR) a cada gera9iio ate que FreqR exceda a FreqCritica e urn gnifico mostrando a evolu~ao de FreqR ao Iongo das gera9oes da praga alvo. No modelo que incorpora analise de incertezas, sao gerados os seguintes resultados (i) urn arquivo com os n (n=l 00, 500, 1000 ou 5000) valores de Freqlnicial amostrados da distribuis:ao escolhida (Normal truncada, Lognormal truncada ou Uniforme); (ii) Urn histograma de frequencias dos valores de Freqlnicial; (iii) Um arquivo com os valores de FreqR para cada gera9ao da praga correspondentes a cada valor amostrado de Freqlnicial; (iv) Urn grafico do risco de resistencia em fun9ii0 do numero de ordem da gera9io; (v) Uma tabela com os a informa9iio utilizada para gerar o gnifico e (vi) Urn arquivo com a seguinte informa9iio: distribui9iio de probabilidade escolhida para caracterizar a incerteza de Freqlnicial, tamanho da area de refugio utilizada na simula9ao, numero de ordem da gera9iio da praga e risco de resistencia. Quando diferentes cenarios sao simulados variando a area de refugio ou utilizando diferentes distribui9oes para Freqlnicial o arquivo descrito no item (vi) armazena todas as informa9oes geradas em cada simula9iio. Essa informa9iio e uti I para compara9ao de estrategias de manejo da resistencia com base em medidas de risco relativo. 4. CONCLUSOES 0 Software RriskBt incorpora uma abordagem probabilistica para quantifica9ao de risco de evolu9iio de resistencia a toxinas Bt. Esta abordagem, utilizando analise de incertezas, e de importancia fundamental para fornecer subsidios aos tomadores de decisao sobre a ado9ao da biotecnologia de culturas transgenicas inseticidas num estagio em o conhecimento sobre o processo gerador e ainda extremamente incerto. As tecnicas de analise de incerteza utilizadas no software permitem que o conhecimento de especialistas seja incorporado ao processopela caracteriza9iio da incerteza utilizando distribui9oes de probabilidade. 0 modelo implementado e relativamente simples, com pequeno numero de parametros, quando comparado aos modelo espaciais estocasticos utilizados para simular a evolu9ii0 da resistencia; pode ser utilizado como ferramenta didatica para entendimento de processo de evolus:iio da resistencia e das ferramentas de auxilio a tomada de decisao em ambientes de incerteza. 5. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ANDOW, D.A.; ALSTAD, D.N. F2 Screen for Rare Resistance Alleles. Journal of Economic Entomology, v.91, n.3, p.572-578. 1998. CAPRIO, M. A. Evaluating resistance management for multiple toxins in presence of external refuges. Journal of Economic Entomology, v.9l, n.5, p.l021-1031. 1998a. CAPRIO, M. A. Non random mating model. (www.msstate.edu/Entomology/PgJava/ILSI model.html). I998b. FIFRA - Federal Insecticide, Fungicide and Rodenticide Act Scientific Advisory Panel. Sets of scientific issues being considered by the Environmental Protection Agency regarding: Bt plant-pesticides risk and benefit assessments. Final report, 18-20 October, 2000 (SAP Report no. 2000-07, March 2001). ILSIIHESI. An evaluation of insect resistance management in Bt field corn: a science based framework for risk assessment and risk management. 1997. UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY (USEPA). Bt Plant-Pesticides Biopesticides Registration Action Document, US EPA, Washington, 2001 573 

RiskBt- Um programa computacional para quantificar risco de resistência de pragas a toxinas Bt expressas em culturas transgênicas.

http://www.alice.cnptia.embrapa.br/bitstream/doc/15083/1/2003AA017.pdf

RiskBt- Um programa computacional para quantificar risco de resistência de pragas a toxinas Bt expressas em culturas transgênicas.

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Repository Open Access to Scientific Information from Embrapa