Bioremediation, drought tolerance and biofortification in biotechnological uses

The objective of this review is to bring information about innovations and technologies that, through genetic improvement, are being used to improve the sustainability and productivity of agricultural crops, improve human nutrition, as well as conservation and decontamination of soils. Bioremediation consists of using microorganisms that have the ability to modify or decompose certain pollutants, with the possibility of increasing their activity through genetic engineering, building new strains for the transformation of pollutants into inert substances. Genetic improvement is seeking to develop cultivars that are more tolerant to periods of water deficit. Plant biofortification consists of varieties of improved plants that have a higher content of vitamins and minerals, which are obtained through genetic improvement. Thus, biotechnology is once again essential for world agricultural production and can bring a series of other benefits to society.(AU)

Transgenic traits in the cotton crop in Brazil: a review / Tecnologias transgênicas na cultura do algodoeiro no Brasil: revisão

Over the last years, the cotton (Gossypium hirsutum L.) crop in Brazil has been substantially modified by a large-scale introduction of biotechnologically-based resources. In this work, a general review on the technical principles and the current status regarding transgenic traits developed for cotton is presented. The use of transgenic cotton, which contains genes isolated from other species, has been increasingly frequent, occupying more than 80% of the crop production area in Brazil in 2017. The development of transgenic cotton is costly and time-consuming, and is concentrated in a few owner groups. Current generations of Bt protoxins isolated from Bacillus thuringiensis (“Cry” and “Vip” proteins) for control of lepidopteran insects and genes conferring tolerance to glyphosate (cp4epsps and 2mepsps) and ammonium glufosinate (pat and bar) are included as products commercially available for growers. Events for tolerance to the herbicides 2,4-D and dicamba, although already developed, require regulatory authorizations in Brazil, and, probably, will be available for commercialization in the coming years. The combination of several transgenic traits (stacked-traits)within an individual genotype is an increasing tendency for new transgenic cultivars to be launched. More recently, promising studies involving transgenic plants have been conducted to obtain resistance to diseases, tolerance to abiotic stresses, and improvements in fiber and seed properties, which may result in release of new traits in the future.

A cultura do algodoeiro (Gossypium hirsutum L.) tem sofrido importantes modificações nos últimos anos no Brasil devido à introdução em larga de escala de recursos provenientes de biotecnologia. Neste trabalho é apresentada uma revisão geral sobre os princípios técnicos e o status atual relacionados a eventos transgênicos desenvolvidos para o algodoeiro. A utilização de algodoeiro transgênico, que contém genes isolados de outras espécies, tem sido cada vez mais frequente, ocupando mais de 80% das áreas destinadas à cultura no Brasil no ano de 2017. O desenvolvimento de variedades transgênicas é um processo demorado e de custo elevado, e está concentrado em poucos grupos detentores. Entre produtos comercialmente disponíveis aos produtores incluem-se gerações atuais de protoxinas Bt isoladas de Bacillus thuringiensis (proteínas “Cry” e “Vip”) para controle de insetos lepidópteros e genes que conferem tolerância aos herbicidas glifosato (cp4epsps e 2mepsps) e glufosinato de amônio (pat e bar). Eventos de tolerância aos herbicidas 2,4-D e dicamba, embora já tenham sido desenvolvidos, necessitam de autorizações regulatórias no Brasil e devem estar disponíveis para comercialização nos próximos anos. A combinação de diversos produtos transgênicos em um mesmo genótipo (produtos piramidados) é uma tendência crescente para os próximos cultivares a serem lançados. Mais recentemente, foram realizados estudos promissores envolvendo transgenia para obtenção de resistência a doenças, tolerância a estresses abióticos e melhorias em propriedades da fibra e da semente, os quais podem resultar no fornecimento de novos eventos futuramente.

Transgenic traits in the cotton crop in Brazil: a review / Tecnologias transgênicas na cultura do algodoeiro no Brasil: revisão

Over the last years, the cotton (Gossypium hirsutum L.) crop in Brazil has been substantially modified by a large-scale introduction of biotechnologically-based resources. In this work, a general review on the technical principles and the current status regarding transgenic traits developed for cotton is presented. The use of transgenic cotton, which contains genes isolated from other species, has been increasingly frequent, occupying more than 80% of the crop production area in Brazil in 2017. The development of transgenic cotton is costly and time-consuming, and is concentrated in a few owner groups. Current generations of Bt protoxins isolated from Bacillus thuringiensis (“Cry” and “Vip” proteins) for control of lepidopteran insects and genes conferring tolerance to glyphosate (cp4epsps and 2mepsps) and ammonium glufosinate (pat and bar) are included as products commercially available for growers. Events for tolerance to the herbicides 2,4-D and dicamba, although already developed, require regulatory authorizations in Brazil, and, probably, will be available for commercialization in the coming years. The combination of several transgenic traits (stacked-traits)within an individual genotype is an increasing tendency for new transgenic cultivars to be launched. More recently, promising studies involving transgenic plants have been conducted to obtain resistance to diseases, tolerance to abiotic stresses, and improvements in fiber and seed properties, which may result in release of new traits in the future.(AU)

A cultura do algodoeiro (Gossypium hirsutum L.) tem sofrido importantes modificações nos últimos anos no Brasil devido à introdução em larga de escala de recursos provenientes de biotecnologia. Neste trabalho é apresentada uma revisão geral sobre os princípios técnicos e o status atual relacionados a eventos transgênicos desenvolvidos para o algodoeiro. A utilização de algodoeiro transgênico, que contém genes isolados de outras espécies, tem sido cada vez mais frequente, ocupando mais de 80% das áreas destinadas à cultura no Brasil no ano de 2017. O desenvolvimento de variedades transgênicas é um processo demorado e de custo elevado, e está concentrado em poucos grupos detentores. Entre produtos comercialmente disponíveis aos produtores incluem-se gerações atuais de protoxinas Bt isoladas de Bacillus thuringiensis (proteínas “Cry” e “Vip”) para controle de insetos lepidópteros e genes que conferem tolerância aos herbicidas glifosato (cp4epsps e 2mepsps) e glufosinato de amônio (pat e bar). Eventos de tolerância aos herbicidas 2,4-D e dicamba, embora já tenham sido desenvolvidos, necessitam de autorizações regulatórias no Brasil e devem estar disponíveis para comercialização nos próximos anos. A combinação de diversos produtos transgênicos em um mesmo genótipo (produtos piramidados) é uma tendência crescente para os próximos cultivares a serem lançados. Mais recentemente, foram realizados estudos promissores envolvendo transgenia para obtenção de resistência a doenças, tolerância a estresses abióticos e melhorias em propriedades da fibra e da semente, os quais podem resultar no fornecimento de novos eventos futuramente.(AU)

Phytophagous mites on genetically modified maize with Bacillus thuringiensis genes / Ácaros fitófagos em milho geneticamente modificado com genes de Bacillus thuringiensis

The study of non-target organisms such as mites, can provide information about the possible effects of transgenic maize cultivars on the arthropod community. This study aimed to evaluate the abundance of phytophagous mites in the area of Bt maize and evaluate the instantaneous population growth rate, and food preference of phytophagous mites on Bt maize. We registered the species occurrence and the number of adult mite individuals on four maize cultivars, one non-Bt 30F35, and three containing the proteins Cry1Ab (30F35 Yg), Cry1F (30F35 Hx) and Vip3a (Impacto Viptera). Cry proteins disrupt the midgut epithelium of insect pests. The food preference and instantaneous population growth rate (ri) were evaluated using the two-spotted spider mite Tetranychus urticae as model. The species Catarhinus tricholaenae and Aceria zeala were recorded. The Bt maize cultivars did not significantly affect the average number of C. tricholaenae and A. zeala mites compared to conventional cultivar. The population growth rates of T. urticae were similar for the different maize cultivars. T. urticae showed no preference between the leaf of Bt or conventional cultivars. Bt maize did not affect the abundance of species in phytophagous mite.

O estudo de organismos não-alvo, tais como ácaros, pode fornecer informações sobre os possíveis efeitos de cultivares de milho transgênico na comunidade de artrópodos. Este estudo teve como objetivo avaliar a abundância de ácaros fitófagos na área de milho Bt e avaliar a taxa de crescimento populacional instantânea e preferência alimentar de ácaros fitófagos em milho Bt. Registramos a ocorrência de espécies e número de indivíduos adultos de ácaros em quatro cultivares de milho, um não-Bt 30F35, e três contendo a proteína Cry1Ab (30F35 Yg), Cry1F (30F35 Hx) e VIP3A (Impacto Viptera). A preferência alimentar e taxa instantânea de crescimento populacional foram avaliadas utilizando fêmeas adultas do ácaro-rajado Tetranychus urticae. As espécies Catarhinus tricholaenae e Aceria zeala foram registradas. As cultivares de milho Bt não afetaram significativamente o número médio de ácaros C. tricholaenae e A. zeala em relação ao cultivar convencional. As taxas de crescimento populacional de T. urticae foram similares para os diferentes cultivares. T. urticae não mostrou preferência entre a folha de milho Bt ou cultivares convencionais. Sugere-se, então, que o milho Bt não afeta a abundância de espécies, preferência alimentar e taxa de crescimento de ácaros fitófagos.

Phytophagous mites on genetically modified maize with Bacillus thuringiensis genes / Ácaros fitófagos em milho geneticamente modificado com genes de Bacillus thuringiensis

The study of non-target organisms such as mites, can provide information about the possible effects of transgenic maize cultivars on the arthropod community. This study aimed to evaluate the abundance of phytophagous mites in the area of Bt maize and evaluate the instantaneous population growth rate, and food preference of phytophagous mites on Bt maize. We registered the species occurrence and the number of adult mite individuals on four maize cultivars, one non-Bt 30F35, and three containing the proteins Cry1Ab (30F35 Yg), Cry1F (30F35 Hx) and Vip3a (Impacto Viptera). Cry proteins disrupt the midgut epithelium of insect pests. The food preference and instantaneous population growth rate (ri) were evaluated using the two-spotted spider mite Tetranychus urticae as model. The species Catarhinus tricholaenae and Aceria zeala were recorded. The Bt maize cultivars did not significantly affect the average number of C. tricholaenae and A. zeala mites compared to conventional cultivar. The population growth rates of T. urticae were similar for the different maize cultivars. T. urticae showed no preference between the leaf of Bt or conventional cultivars. Bt maize did not affect the abundance of species in phytophagous mite.(AU)

O estudo de organismos não-alvo, tais como ácaros, pode fornecer informações sobre os possíveis efeitos de cultivares de milho transgênico na comunidade de artrópodos. Este estudo teve como objetivo avaliar a abundância de ácaros fitófagos na área de milho Bt e avaliar a taxa de crescimento populacional instantânea e preferência alimentar de ácaros fitófagos em milho Bt. Registramos a ocorrência de espécies e número de indivíduos adultos de ácaros em quatro cultivares de milho, um não-Bt 30F35, e três contendo a proteína Cry1Ab (30F35 Yg), Cry1F (30F35 Hx) e VIP3A (Impacto Viptera). A preferência alimentar e taxa instantânea de crescimento populacional foram avaliadas utilizando fêmeas adultas do ácaro-rajado Tetranychus urticae. As espécies Catarhinus tricholaenae e Aceria zeala foram registradas. As cultivares de milho Bt não afetaram significativamente o número médio de ácaros C. tricholaenae e A. zeala em relação ao cultivar convencional. As taxas de crescimento populacional de T. urticae foram similares para os diferentes cultivares. T. urticae não mostrou preferência entre a folha de milho Bt ou cultivares convencionais. Sugere-se, então, que o milho Bt não afeta a abundância de espécies, preferência alimentar e taxa de crescimento de ácaros fitófagos.(AU)

Methods for detecting the Roundup Ready® soy in soybeans and soy products by polymerase chain reaction: a review and critical analysis of current practices of validation / Métodos para detecção de soja Roundup Ready® em grãos e produtos de soja por reação em cadeia da polimerase: revisão e análise crítica das práticas de validação

Information on the origin of transgenic foods is quite relevant. According to the Brazilian and other countries legislations, the consumer must be informed about the nature of transgenic foods and ingredients, which contain or being produced from genetically modified organisms (GMOs), in amount above the established limit. Thus, there is a growing need for evaluating the occurrence of GMOs, and to determine the percentage of them in food. This need has generated a demand for developing methods to detect, identify and quantify the exogenous DNA. However, these methods need to be validated to ensure reliability of the results. This review paper evaluated the validation of methodologies for detecting the Roundup Ready® soybean in grain and soybean products by polymerase chain reaction. Considering the current trends in method validation, the specific guides for validating GMOs do not include all of the parameters required to assess the fitness for its purpose, especially in the case of qualitative methods. The most frequent parameters reported in the literature were accuracy, precision (repeatability), linearity and sensitivity for quantitative methods, and rates of sensitivity and selectivity for qualitative methods. However, important parameters have been neglected in the validation procedures of this analytical scope.(AU)

A informação sobre a origem transgênica de alimentos é muito relevante. Conforme a legislação brasileira e de outros países, o consumidor deve ser informado da natureza transgênica dos alimentos ou ingredientes que contenham ou que sejam produzidos a partir de organismos geneticamente modificados (OGM), com presença acima de um limite estabelecido. A necessidade de monitorar a presença e determinar o percentual de OGM em alimentos tem gerado uma constante demanda pelo desenvolvimento de metodologias capazes de detectar, identificar e quantificar o DNA exógeno. Entretanto, esses métodos necessitam ser validados para garantir confiabilidade aos resultados. No presente trabalho, a validação de métodos para detecção de soja Roundup Ready® em grãos e produtos de soja por reação em cadeia de polimerase foi contextualizada. Considerando-se atuais tendências em validação de métodos, os guias para validação de métodos específicos para OGM não contemplam todos os parâmetros necessários para avaliar a adequação aos propósitos de uso dos métodos, principalmente no caso de métodos qualitativos. Os parâmetros de desempenho mais frequentemente citados na literatura foram precisão (repetitividade), sensibilidade, linearidade e veracidade para metodologias quantitativas e taxas de sensibilidade e seletividade para qualitativas. Contudo, importantes parâmetros têm sido negligenciados nos processos de validação de métodos deste escopo analítico.(AU)

Biossegurança: uma revisão / Biosafety: a review

A biossegurança é o conjunto de ações voltadas para a prevenção, minimização ou eliminação de riscos que possam comprometer a saúde do homem e dos animais e o meio ambiente. Os primeiros debates sobre a biossegurança tiveram início na década de 1970, devido a preocupações com a segurança nos espaços laboratoriais e com as consequências que os constantes avanços tecnológicos na área de engenharia genética poderiam significar para o homem, bem como para os sistemas ecológicos. No Brasil, a regulamentação para atividades relacionadas a essas áreas teve início em 1995, com a criação da Comissão Técnica Nacional de Biossegurança. Suas funções são fiscalizar a manipulação de organismos geneticamente modificados (OGM) e certificar a segurança dos espaços laboratoriais. Este trabalho tem como finalidade disseminar os conceitos de biossegurança e proporcionar informações que auxiliarão na segurança do homem e do meio ambiente em aspectos relacionados às atividades de pesquisa, produção, ensino, desenvolvimento tecnológico e prestação de serviços.

Biosafety is a set of actions directed to the prevention, minimization or elimination of risks that could jeopardize the human's and animal's health and of the environment. The first debates about biosafety were held in the early 1970's due to the outbreak of transmissible diseases and to the concern to the safety in laboratory arenas. In Brazil, the regulations to activities related to these areas began in 1995 with the formation of the National Technical Biosafety whose functions are the inspection of the manipulated Genetically Modified Organisms (GMO) and of the laboratory arena safety. This review describes the biosafety concepts and their applicability known in order to improve the human safety as well as the environment in related issues to the research activities, production, teaching, technological development and given service.

BIOSSEGURANÇA: UMA REVISÃO

ABSTRACT Biosafety is a set of actions directed to the prevention, minimization or elimination of risks that could jeopardize the humans and animals health and of the environment. The first debates about biosafety were held in the early 1970s due to the outbreak of transmissible diseases and to the concern to the safety in laboratory arenas. In Brazil, the regulations to activities related to these areas began in 1995 with the formation of the National Technical Biosafety whose functions are the inspection of the manipulated Genetically Modified Organisms (GMO) and of the laboratory arena safety. This review describes the biosafety concepts and their applicability known in order to improve the human safety as well as the environment in related issues to the research activities, production, teaching, technological development and given service.

RESUMO A biossegurança é o conjunto de ações voltadas para a prevenção, minimização ou eliminação de riscos que possam comprometer a saúde do homem e dos animais e o meio ambiente. Os primeiros debates sobre a biossegurança tiveram início na década de 1970, devido a preocupações com a segurança nos espaços laboratoriais e com as consequências que os constantes avanços tecnológicos na área de engenharia genética poderiam significar para o homem, bem como para os sistemas ecológicos. No Brasil, a regulamentação para atividades relacionadas a essas áreas teve início em 1995, com a criação da Comissão Técnica Nacional de Biossegurança. Suas funções são fiscalizar a manipulação de organismos geneticamente modificados (OGM) e certificar a segurança dos espaços laboratoriais. Este trabalho tem como finalidade disseminar os conceitos de biossegurança e proporcionar informações que auxiliarão na segurança do homem e do meio ambiente em aspectos relacionados às atividades de pesquisa, produção, ensino, desenvolvimento tecnológico e prestação de serviços.

Alimentos transgênicos e seus impactos sobre a segurança alimentar / Food genetically modified and their impact on food security

O alimento transgênico é uma criação da engenharia genética e da biotecnologia com a finalidade de melhoramento na sua produção, qualidade nutricional, aumento da vida de prateleira, climatização, etc. Diversos impactos foram relatados sobre a produção de alimentos transgênicos quanto a sua segurança. Impactos esses de debates entre empresas multinacionais detentoras dos organismos geneticamente modificados (OGMs), governos e organizações representantes aos interesses das comunidades sociais. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver uma análise crítica dos alimentos transgênicos quanto à segurança alimentar. A abordagem foi realizada de acordo com vários fatores que afetam diretamente os alimentos transgênicos: a sua utilização para o combate da fome no mundo, os benefícios, os riscos, a segurança alimentar focando a biossegurança e seus aspectos éticos, a percepção pública, bem como o direito do consumidor.(AU)

Genetically Modified (GM) food is a creation of genetic engineering and biotechnology with the aim of improving the production, nutritional quality, increase shelf life, climate, etc. Several impacts were reported on the production of GM foods for safety. Impacts of these discussionsbetween companies possessing the genetically modified organisms (GMOs), governments and organizations representing the interests of social communities. This study aims to develop a critical analysis of GM foods as regards the food safety. The approach will be made according to several factors that directly affect food transgenic: their use to combat hunger in the world, the benefits, risks, food security, focusing on biosafety and ethical aspects, public perception and consumer law. (AU)