Los avances en la producción agrícola mundial han estado ligados a los avances tecnológicos.
Las técnicas de transformación genética de plantas han hecho posible la obtención de plantas transgénicas comerciales que incorporan tres tipos de caracteres para evitar las pérdidas debidas a plagas, enfermedades y malas hierbas. El objetivo de la primera generación de cultivos transgénicos es contribuir a minimizar las pérdidas de rendimiento en los principales cultivos y aportar una mayor sostenibilidad a la agricultura. Para analizar las consecuencias de esta nueva tecnología se ha tomado como modelo de referencia el cultivo del maíz Bt, por ser el único cultivo aprobado en la UE y porque se cultiva ininterrumpidamente en España desde su aprobación en 1998.
INTRODUCCIÓN
La investigación ha sido el motor de las innovaciones en la agricultura desde el comienzo de la revolución industrial, aportando una tecnología cada vez más avanzada para alcanzar una mayor producción potencial de los cultivos. Así, los incrementos en la producción agrícola mundial han ido en paralelo con los avances tecnológicos. Dos ejemplos incuestionables de estos avances han sido la mecanización de las explotaciones agrícolas y la denominada revolución verde, que junto con el uso de plaguicidas orgánicos de síntesis han permitido alcanzar unos rendimientos considerables en los principales cultivos.
A partir de los años 80 las técnicas de transformación genética de plantas abrieron enormes posibilidades para afrontar los nuevos retos en la producción mundial de cosechas. La denominada revolución biotecnológica se materializa en 1996 con la incorporación de los primeros cultivos transgénicos. Estos cultivos marcan un nuevo hito en la producción agrícola, cuyo principal reto es cubrir las demandas crecientes de alimentos, pero con enormes dificultades para incrementar la superficie cultivada, con unos recursos hídricos cada vez más escasos y, recientemente, con la nueva demanda de cosechas para la producción de biocombustibles, lo que ha generado problemas en la disponibilidad de alimentos básicos, como el trigo y el arroz, para la alimentación. La Unión Europea ha dado una alta prioridad, dentro del VII Programa Marco, a las actividades de I+D que se agrupen bajo el paraguas de "Alimentación, Agricultura y Biotecnología". En este contexto, las plantas transgénicas jugarán, sin duda, un papel esencial.
Plantas transgénicas
El objetivo de la primera generación de cultivos transgénicos es contribuir a minimizar las pérdidas de rendimiento en los principales cultivos debidas a factores bióticos, plagas (insectos y ácaros), enfermedades y malas hierbas y a una agricultura sostenible. Las pérdidas debidas a plagas continúan siendo cuantiosas (alrededor del 14%) en los países con una agricultura tecnificada y pueden llegar al 70% si no se aplican medidas de control. A partir de los años cuarenta, el control químico ha sido la estrategia dominante en el control de plagas agrícolas, relegando los métodos culturales, biológicos, plantas resistentes, insecticidas inorgánicos y botánicos, tradicionalmente usados. Durante las últimas décadas se ha producido una situación favorable para la utilización de variedades resistentes a la que han podido contribuir diversos factores. Entre ellos, destacaremos la mayor presión de la opinión pública en temas ambientales, la continua aparición de insectos resistentes a los plaguicidas y la necesidad de incrementar la competitividad de la agricultura reduciendo los costes de producción.
La obtención de plantas transgénicas que expresan distintos caracteres puede considerarse una estrategia de control análoga al uso de variedades resistentes, pero es una vía más rápida y flexible para llegar a cultivar plantas con altos niveles intrínsecos de resistencia a plagas. Inconvenientes ligados a la mejora de plantas tales como el escaso número de genes transferibles y el tiempo necesario para la expresión adecuada en la especie diana son actualmente superables mediante la utilización de técnicas de transformación genética de plantas. Los cultivos transgénicos comerciales incorporan tres tipos de caracteres que pueden resultar en un aumento de la productividad. Estos son: variedades que incorporan genes que detoxifican ciertos herbicidas; plantas resistentes a insectos por expresión de proteínas insecticidas; plantas resistentes a virus por expresión de genes, o fragmentos de genes de los virus a combatir. La superficie de cultivos transgénicos o biotecnológicos se debe principalmente a los dos primeros tipos señalados, y a las siguientes especies: soja, maíz, algodón y colza. El algodón, el maíz y la soja son cultivos que consumen cerca de un tercio del mercado mundial de plaguicidas, lo que subraya la importancia económica y ambiental de esta nueva estrategia de control.
Desde la aprobación de los primeros cultivos transgénicos en USA en 1996, la superficie cultivada de plantas transgénicas, que expresan caracteres para aumentar la productividad, se ha incrementado de forma exponencial alcanzando 114 millones de hectáreas en 2007. Estos cultivos biotecnológicos se han establecido en 23 países, de los que 12 son países en vías de desarrollo y 11 países industrializados y afectan a más de 10 millones de agricultores. Los Estados Unidos (EE UU) ocupan el primer puesto con cerca de 58 millones de hectáreas (el 50% de la superficie biotecnológica del mundo), seguidos de Argentina, Brasil, Canadá, India y China. Además, cada vez son más frecuentes los cultivos que incorporan dos o tres genes para el control de varias plagas y para tolerancia a herbicidas. Así, el 63% del maíz biotecnológico y el 78% del algodón biotecnológico en EE UU incorporan resistencia a insectos y tolerancia a herbicidas (http://www.isaaa.org). Estos indicadores reflejan el alto grado de aceptación de los cultivos biotecnológicos por los agricultores en países industrializados y en vías de desarrollo.
Los cultivos transgénicos pueden aportar una mayor sostenibilidad a la agricultura, pero el debate sobre estos cultivos ha estado bipolarizado entre los detractores de esta tecnología y los que la afrontan sin prejuicios. Seguidamente, para analizar las consecuencias de esta nueva tecnología se ha tomado como modelo de referencia el cultivo del maíz transgénico, puesto que es el único cultivo aprobado en la UE y se cultiva ininterrumpidamente en España desde su aprobación en 1998.
Plantas transgénicas resistentes a insectos: el caso del maíz Bt
Entre las plantas transgénicas mencionadas nos centraremos en aquellas que son resistentes a insectos. La bacteria Bacillus thuringiensis, comúnmente conocida como Bt, ha sido la fuente por excelencia de proteínas insecticidas para el control de plagas, que expresadas en distintas plantas cultivadas han dado lugar a lo que se conoce genéricamente como plantas Bt. Entre las plantas transgénicas que expresan toxinas Bt, el maíz y el algodón han sido las únicas producidas comercialmente. El éxito comercial del maíz Bt es debido, en buena medida, a la dificultad para el control de los taladros del maíz, Sesamia nonagrioides Lefebvre y Ostrinia nubilalis Hübner (Figura 1). Su comportamiento alimenticio les lleva a penetrar en el tallo de las plantas de maíz desde las primeras fases larvarias y a excavar largas galerías que pueden causar notables pérdidas de rendimiento (entre el 6 y el 10%). Este comportamiento limita notablemente las posibilidades de control biológico y químico. Las cañas del maíz actúan como una barrera de protección dificultando la acción de los enemigos naturales (depredadores y parasitoides) potenciales así como de los insecticidas convencionales. Los altos niveles de expresión continuada de la toxina Bt en los tejidos del maíz durante todo su periodo vegetativo, le confiere una protección prácticamente total contra los taladros.
Hasta la fecha, la Unión Europea ha aprobado para su cultivo dos eventos de maíz Bt que expresan la toxina Cry1Ab: Evento 176 (Syngenta) y MON810 (Monsanto).
En España, el cultivo del maíz Bt se inició en 1998 con la aprobación de la variedad Compa CB (toxina Cry1Ab, Evento 176) de Syngenta. La superficie cultivada con esta variedad se mantuvo en torno a las 20.000 hectáreas, hasta su retirada del mercado en el año 2005. A partir del año 2003 comenzaron a comercializarse variedades derivadas del evento MON810 por distintas empresas de semillas, y su superficie ha ido en aumento hasta alcanzar las 75.000 ha en la campaña 2007, lo que representa un 21% del total de la superficie de maíz cultivado en España (Figura 2). Actualmente, el número de variedades registradas de maíz Bt es superior a 50, lo que permite su cultivo en distintas zonas agro-ecológicas.
Alemania, Francia, Portugal, la República Checa, Eslovaquia, Rumania y Polonia también cultivan pequeñas superficies de maíz Bt.
La legislación europea en materia de plantas transgénicas exige la realización de estudios exhaustivos para determinar que su liberación no supone ningún tipo de riesgo sobre la salud humana o el medio ambiente (Evaluación de Riesgos Ambientales, ERA). Asimismo, contempla la posibilidad de efectuar programas de seguimiento que permitan evaluar el impacto ecológico de su cultivo a gran escala. Estos planes de seguimiento sólo son requeridos a nivel europeo desde el año 2001 pero, ateniéndose al principio de precaución, las autoridades españolas exigen su realización para todas las variedades de maíz Bt inscritas en el Registro de Variedades desde el año 1998. Como parte del plan de seguimiento se estableció un convenio de colaboración entre el Ministerio de Medio Ambiente (MMA) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) para evaluar los potenciales riesgos ecológicos derivados del cultivo a gran escala del maíz Bt. Entre los diferentes aspectos que se contemplan, hay dos de especial relevancia: a) la posible aparición de poblaciones de taladros resistentes a la toxina Cry1Ab, expresada en el maíz Bt, debido a la exposición continuada a la toxina; b) los posibles efectos adversos del cultivo del maíz Bt sobre la fauna de artrópodos depredadores que forman parte del cultivo.
Después de una década de cultivo continuado de maíz Bt en un una superficie próxima al 25% del total de maíz y con un seguimiento exhaustivo de los posible efectos sobre las especies diana o sobre la fauna auxiliar hemos observado lo siguiente:
Seguimiento de la resistencia de taladros al maíz Bt en poblaciones de campo
Los niveles de toxina expresados en el maíz Bt suponen una elevada presión de selección para las plagas diana, por lo que su cultivo a gran escala puede favorecer un rápido proceso de selección de resistencia en las dos especies de taladros.
El desarrollo de resistencia es un fenómeno complejo, ligado a la interacción de factores genéticos y ambientales, y está considerado como uno de los riesgos principales para el uso comercial de plantas transgénicas. La detección precoz de insectos resistentes, en poblaciones seleccionadas en el laboratorio o en poblaciones naturales, es de gran utilidad para prevenir o retrasar la aparición de poblaciones resistentes, y prolongar la vida útil de las variedades Bt. En España, al igual que en otros países donde se cultiva el maíz Bt, la estrategia mayoritariamente recomendada para el manejo de la resistencia en campo se basa en el uso de variedades con un alto grado de expresión de la toxina en la planta junto con el establecimiento de campos adyacentes no transgénicos (20% de la superficie) que actúen como reservorio para poblaciones susceptibles a las toxinas (Figura 3). Esta estrategia es conocida como de "dosis alta / refugio".
Es esperable que la resistencia al maíz Bt se desarrolle más rápidamente en aquellas zonas donde la presión de selección sea mayor, lo que se corresponde con las zonas con mayor superficie sembrada de este cultivo. Considerando los niveles de infestación de las dos especies de taladros en las diferentes zonas maiceras y la evolución de las superficies sembradas con maíz Bt, se establecieron tres áreas agro-ecológicas de interés para el seguimiento de la resistencia: Suroeste (Badajoz, Sevilla, Cádiz y Córdoba); Centro (Albacete y Madrid); y Ebro (Lérida, Zaragoza y Huesca). La superficie sembrada con maíz Bt en estas zonas representa el 93% del total del maíz Bt en España en el año 2007. Para el seguimiento de la resistencia, se estableció la línea basal de susceptibilidad basal a la toxina Cry1Ab en poblaciones españolas de S. nonagrioides y O. nubilalis recogidas en campos sembrados con maíz no transgénico. A partir de entonces se han realizado muestreos anuales (1999-2007) de las dos especies de taladros en campos de maíz Bt en las áreas agro-ecológicas mencionadas (Suroeste, Centro y Ebro), con objeto de comparar la evolución de la susceptibilidad a la toxina a lo largo del tiempo y en relación al nivel basal de susceptibilidad. Hasta la fecha no se ha obtenido un aumento significativo de la tolerancia de las poblaciones de O. nubilalis y S. nonagrioides a la toxina Cry1Ab en ninguna de las zonas muestreadas, aunque se han observado oscilaciones entre años en algunas de estas zonas. Por lo que cabe concluir que las poblaciones de taladros no han desarrollado resistencia a la toxina Cry1Ab después de 10 años de cultivo continuado del maíz Bt en España. Este resultado indica la sostenibilidad de el maíz Bt para el control de taladros.
Efectos adversos potenciales del maíz Bt sobre artrópodos no diana
Una de las primeras razones para el desarrollo de plantas transgénicas resistentes a insectos plaga es reducir la dependencia actual de plaguicidas convencionales.
Esto supone una gran ventaja para la conservación de los enemigos naturales, ya que a la reducción del uso de insecticidas habría que añadir la especificidad de la toxina hacia las plagas a las que está destinada, lo cual debe traducirse en una mayor abundancia de la fauna auxiliar asociada al cultivo.
La complejidad de las interacciones entre los niveles tróficos de la cadena alimenticia (la planta, las plagas asociadas, sus enemigos naturales, y los artrópodos no diana) hace necesario evaluar caso por caso los efectos potenciales directos o indirectos de los cultivos Bt y contar con un gran número de datos obtenidos en distintos agroecosistemas con una metodología semejante. Se han descrito tres vías principales mediante las cuales la fauna no diana puede entrar en contacto con la toxina insecticida que expresa el maíz Bt: ingiriendo la toxina directamente al alimentarse de polen o materia vegetal, alimentándose de insectos que han ingerido la toxina o por la liberación de las toxinas a través de los exudados de la raíz, acumulándose en el suelo hasta alcanzar niveles tóxicos para los organismos que viven en él.
Con el fin de determinar los posibles efectos a corto y medio plazo que puede tener el cultivo continuado del maíz Bt en España sobre los depredadores que coinciden espacial y temporalmente con el cultivo, se han llevado a cabo distintas aproximaciones mediante estudios de campo y de laboratorio. Los ensayos en campos comerciales son fundamentales para poder investigar en un escenario real los efectos que puede tener el cultivo continuado del maíz Bt sobre los depredadores que coinciden espacial y temporalmente con el cultivo.
Como parte del plan de seguimiento realizado en España, hemos evaluado dichos efectos en parcelas comerciales de maíz Bt situadas en la zona Centro durante tres años consecutivos y tres años después, lo que confiere una especial relevancia a los datos obtenidos y aportan conocimientos que son necesarios para una toma de decisiones basada en datos científicos.
Las especies de depredadores más abundantes y que podrían servir como bioindicadoras en el seguimiento del maíz Bt son: i) los generalistas Orius spp. y el especialista S. punctillum en la parte aérea; ii) los carábidos generalistas P. cupreus, P. rufipes y P. griseus, y la araña P. occidentalis en la fauna del suelo (Figura 4). No hemos detectado efectos negativos sobre la abundancia, riqueza y diversidad de artrópodos depredadores de las parcelas con maíz Bt en la zona Centro, a pesar de que la toxina insecticida se detecta en la mayoría de las especies que han estado expuestas a ella.
Los estudios de laboratorio, realizados en el peor escenario posible (con una alta exposición a la toxina Cry1Ab expresada en el maíz) con un depredador generalista presente en el suelo, P. cupreus, y un especialista de la parte aérea, S. puntillum, indican que el maíz Bt no tiene efectos negativos en la supervivencia y desarrollo de estas especies.
Estos datos coinciden con los obtenidos en Lérida, como parte del plan de seguimiento en España, y con otros ensayos realizados en países de Europa central, lo que sugiere que el maíz Bt puede ser compatible con los enemigos naturales presentes en diferentes zonas agroecológicas de Europa. No obstante, sería necesario realizar ensayos a largo plazo para poder descartar posible efectos acumulativos de exposición a la toxina insecticida.
Perspectivas Futuras
El futuro de los cultivos transgénicos parece prometedor. Se prevé que la superficie destinada a estos cultivos se duplicará entre el 2006 y el 2015. La nueva generación de plantas transgénicas parece orientarse a desarrollar cultivos tolerantes a estreses abióticos, a mejorar la calidad nutritiva, organoléptica y tecnológica de los frutos, y para fines sanitarios. A corto plazo, se espera disponer de plantas tolerantes a la sequía, y posteriormente, a la salinidad. Se espera que las primeras variedades de maíz transgénico tolerantes a la sequía se comercialicen hacia el 2011. Estos cultivos serán particularmente importantes para los países que se ven más afectados por el problema de la sequía y la salinidad, dos de los mayores factores limitantes de la productividad agrícola mundial. Un acontecimiento de la mayor importancia en los próximos cinco años será la esperada aprobación del arroz transgénico, ya que puede contribuir simultáneamente a mejorar la seguridad de los alimentos y a paliar enormes bolsas de pobreza en el mundo. También despierta grandes expectativas la producción de productos biofarmacéuticos, las vacunas orales, etc.
El empleo de la biotecnología para aumentar la eficiencia de la primera generación de cultivos alimentarios para consumo humano y animal, y de la segunda generación para los caracteres mencionados puede contribuir a una agricultura sostenible. Los cultivos transgénicos se postulan, pues, como un pilar fundamental para afrontar los retos que tiene la producción agrícola. Esto es, incrementar la producción y la mejora de la seguridad en el suministro y calidad de los alimentos, así como una disminución de la contaminación ambiental, como consecuencia de un menor uso de productos fitosanitarios.
Comprar Revista Phytoma 199 - MAYO 2008
