Plantas transgênicas de soja (Glycine max (L.) Merril) resistentes à lagarta Anticarsia gemmatalis

Abstract

O objetivo deste estudo foi produzir plantas transgênicas de soja resistentes à Anticarsia gemmatalis. Embriões somáticos da cultivar comercial IAS 5 [Glycine max (L.)] foram cotransformados, por bombardeamento de partículas, com o gene modificado cry1Ac de Bacillus thuringiensis, e com os genes gusA e hpt. A expressão do gene cry1Ac em soja foi controlada pelo promotor da ubiquitina-1 de milho. O co-bombardeamento resultou em uma eficiência de co-transformação de 44%. A integração e expressão dos transgenes gusA/hpt e cry1Ac nos genomas de uma amostra de embriões transformados e de todas as plantas T0, T1, T2 ,T3 e T4 foram confirmadas por atividade de GUS, PCR, Southern blot, Western blot e/ou ELISA. Duas das sete plantas T0 co-transformadas produziram sementes e foram analisadas quanto ao padrão de integração e herança até a geração T4. As progênies T1 de ambas as plantas T0 segregaram para menos plantas cry1Ac/gusA-positivas do que o predito pelos princípios Mendelianos para um único loco dominante (3:1). As famílias T2 e T3 continuaram a segregar de maneira excepcional, com uma vasta deficiência de plantas transgênicas. Além disso, a taxa de segregação indicou que as plantas T2 eram uniformemente heterozigotas para os traços transformados. No entanto, a condição homozigota foi obtida na geração T3 e 11 isolinhas transgênicas foram estabelecidas. As isolinhas transgênicas homozigotas foram avaliadas em relação aos possíveis efeitos do transgene na performance agronômica. Não foi detectada redução significativa de produtividade nas plantas transgênicas. A análise citogenética mostrou que as plantas transformadas apresentam cariótipo normal (2n=40). As plantas transgênicas também foram avaliadas em ensaios in vitro e in vivo para resistência à Anticarsia gemmatalis (lagarta-da-soja). Dois controles negativos (IAS 5 não transgênica e isolinha homozigota gusA) foram utilizados. Em um bioensaio com folhas destacadas, as plantas cry1Ac exibiram completa eficácia contra A. gemmatalis, enquanto os controles negativos sofreram significante dano. Dados do ensaio com plantas inteiras demonstraram uma elevada proteção das plantas cry1Ac contra a lagarta-da-soja, enquanto as plantas não transgênicas e a isolinha homozigota gusA exibiram 56,5 e 71,5% de desfolhação, respectivamente. Os bioensaios indicaram que as plantas transgênicas foram altamente tóxicas à A. gemmatalis, oferecendo um efetivo potencial para resistência a insetos em soja.

The objective of this study was to produce soybean transgenic plants resistant to Anticarsia gemmatalis. Somatic embryos of IAS 5, a Glycine max (L.) commercial cultivar, were cotransformed using particle bombardment with the modified Bacillus thuringiensis cry1Ac, gusA and hpt genes. The expression of cry1Ac gene in the soybean was controlled by the ubiquitin-1 promoter from maize. The co-bombardment resulted in a co-transformation efficiency of 44%. The integration and expression of the gusA/hpt and cry1Ac transgenes into the genomes of a sample of transformed embryos and all T0, T1, T2, T3 and T4 plants were confirmed by GUS activity, PCR, Southern blot, Western blot and/or ELISA. Two T0 plants out of the seven co-transformed produced seeds and were analyzed for patterns of integration and inheritance until the T4 generation. The T1 progenies of both T0 plants segregated for fewer cry1Ac/gusA-positive plants than predicted by Mendelian principles for a single dominant locus (3:1). The T2 and T3 families continued to segregate in an exceptional manner, with a vast deficiency of transgenic plants. Moreover, the segregation ratios indicated that T2 plants were uniformly heterozygous for the transformed traits. However, the homozygous condition was obtained in the T3 generation and 11 transgenic isolines were established. The homozygous transgenic isolines were evaluated to test for possible effects the transgene might have on agronomic performance. No significant yield reduction was observed in transgenic plants. The cytogenetical analysis showed that transgenic plants present normal karyotype (2n=40). The transgenic plants were also evaluated by in vitro and in vivo assays for resistance to Anticarsia gemmatalis (velvetbean caterpillar). Two negative controls (non-transgenic IAS 5 and homozygous gusA isoline) were used. In a detached-leaf bioassay, cry1Ac plants exhibited complete efficacy against A. gemmatalis, whereas negative controls suffered significant damage. Whole plantfeeding assay data confirmed very high protection of cry1Ac plants against velvetbean caterpillar while non-transgenic IAS 5 and homozygous gusA isoline exhibited 56.5 and 71.5% defoliation, respectively. The bioassays indicated that the transgenic plants were highly toxic to A. gemmatalis, offering a potential for effective insect resistance in soybean.