1. OGMs, BIOSEGURIDAD y BIODIVERSIDAD: IMPACTO POTENCIAL DEL FLUJO DE GENES W.ROCA Curso: “Bioseguridad y Biotecnología Moderna ” UNALM, Dic. 2010

2. Desarrollo de cultivos GMs y evaluación de su seguridad Concepto de producto Descubrimiento de genes Modificación genética Selección y desarrollo de productos Mercado Efectos sobre: salud, ambiente Aceptación por el público Alerginicidad y toxicidad Evaluación morfoagronómica y nutricional Análisis de impacto ambiental Caracterización molecular del evento Consumidor Años: 0-10 1-2 2-3 1-2 1-2 Evaluación de Riesgo: Pre liberación Monitoreo: Post liberación

4. S. bukasovii in potato field Mantaro Valley, Hyo S. acaule weed in the field S. raphanifolium S. chomatophilum near cultivated fields in Cajamarca, Moray, Cusco (3,600 masl) S. raphanifolium S. megistacrolobum

5. Domesticación y Especiación de los Cultivos (caso de la Papa (*) sparsipilum Domesticación S. leptophyes (2x) S. bukasovii (2x) dentro del Complejo S. brevicaule (Spooner et al, 2005) megistacrolobum stenotomum goniocalyx phureja ajanhuiri chaucha juzepczukii acaule andigena tuberosum x n =12 x n =12 n =12 n =12 2n = 2x = 24 n =12 n =12 x x 2n = 3x = 36 n =24 n =24 x Gametos no reducidos n =24 Adaptacion a días largos 2n = 4x = 48 2n = 5x = 60 n =36 Gametos no reducidos Mutación Selección Selección Hibridización curtilobum (*) Basado en Hawkes (1990) & Salaman (1937)

6. polyploidization selection ( adapted from Hosaka K and Hanemann R, 1988: caso de la papa) Evolución del DNA cloroplástico y especiación de cultivos W S. chacoense S. sparsipilum S. demissum c.v. ‘ Greta ’ C S. acaule S. bukasovii S. juzepczukii T S. tuberosum ssp. tuberosum S S. goniocalyx S. phureja S. stenotomum S. chaucha S. curtilobum A S. tuberosum ssp . andigena S. maglia

8. Descubrir rasgos de especies silvestres y transferirlos a variedades cultivadas Resultado : Base genética de los cultivos Silvestres I J (*) Arroz , Tomate, Frijol, otros Frijol Región Formas moleculares Faseolina (Debouk, D. 1998) Silvestres Cultivadas Común Meso América 16 2 Común Andes 13 7 Pallar Meso América 7 2 Pallar Andes 5 4 Tepary Meso América 25 2 (*) De: Martínez, Tohme, Roca (CIAT, Cali) (**) De: Tanksley y McCouch (Cornell University) (**)

9. Área con Cultivos GMs en América Latina en el 2009 (*) País Area (has.) Cultivos comercializados 1. Brasil 21´400,000 Soya, Ma íz, Algodón 2. Argentina 21´300,000 Soya, Maíz, Algodón 3. Paraguay 2´200,000 Soya 4. Uruguay 800,000 Soya, Maíz 5. Bolivia 800,000 Soya 6. México 100,000 Algodón, Soya 7. Chile < 100,000 Ma íz, Soya, Colza 8. Colombia < 100,000 Algodón, Maíz, Clavel 9. Honduras < 100,000 Maíz 10. Costa Rica < 100,000 Algod ón, Soya (*) ISAAA Brief 41-2009

11. Flujo de Genes Proceso: La tasa del flujo de genes depende de: - Emisión, transporte, germinación del polen (entre variedades compatibles de la misma especie y con sus parientes silvestres) - Frecuencia de recombinación/transmisión sexual - Formación de híbridos viables ( introgresion) - Establecimiento de plantas hibridas Requerimientos: Conocer > Biología reproductiva, amplitud ecológica y manejo del cultivo > Simpatría (cultivo , cvs nativos y parientes silvestres) > Sincronización de la floración > Polinizadores > Compatibilidad genética > Naturaleza del transgén – rasgo de interés > Persistencia del transg én – rasgo en el agroecosistema

13. Diversidad y adaptacion de papas silvestres DIVA-GIS: a CIP geographic information system for spatial analysis of diversity

14. Densidad de las papas silvestres en relación a áreas de papa cultivada en las Américas 71% de las papas silvestres son 2x, 12% son 4x y el resto: 3x, 6x 4x (4EBN) Distribución geografica de variedades cultivadas y sus parientes silvestres

15. Relaciones de habitat entre silvestres y cultivadas (caso: Solanum section Petota; Salas, A., CIP) País/Dept. Especies Cultivado Relaciones Perú Amazonas chm, chq, brk phu, adg Sympatric Piura pcs, hcb phu, adg Sympatric Cajamarca cjm, chq, jlc phu, stn, adg Sympatric Huanuco amb, acg, buk gon, phu, stn, adg Allopatric Pasco acl, buk, amb, acg gon, phu, stn, adg Sympatric Junin acl, buk, rhl, lxs gon, phu, stn, adg Sympatric Ancash acl, buk, mtp, aut gon, phu, stn, adg Sympatric Lima acl, mtp, cnt, wtm gon, phu, stn, adg Sympatric Huancavelica acl, buk, grc, bhk gon, phu, stn, adg Sympatric Ayacucho acl, buk, srs gon, phu, stn, adg Sympatric Apurimac acl, buk gon, phu, stn, adg Sympatric Arequipa acl, buk gon, phu, stn, adg Sympatric Cusco acl, buk, rap, spl, mrn phu, stn, adg, juz, ajh Sympatric Puno acl, buk, rap, spl, lmb phu, stn, adg, juz, ajh Sympatric Amarilla peruana ( S. goniocalyx; native) S. bukasovii (wild) Huancayo, 3,600 masl, Junin, Peru

16. S. bukasovii (wild) Amarilla del centro (S. goniocalyx; native) Huancayo, 3,600 masl, Junin, Peru País/Dept. Especies Cultivado Relaciones Bolivia La Paz acl, cnd, crc, nvv, bmb phu, stn, adg, juz, ajh Sympatric Cochabamba acl, ala, ber, crc, opl phu, stn, adg, juz, ajh Sympatric Santa Cruz ncd, mcd, chc, cnd, avl phu, stn, adg, juz, ajh Sympatric Ecuador Potosi acl, opl, mcd, lph phu, stn, adg, juz, ajh Sympatric Loja abz, col phu Allopatric Bolivar adr phu, adg Allopatric Tungurahua brt, min, col phu, adg Parapatric Cotopaxi pcj phu, adg Sympatric Pichincha adr, col, cln phu, adg Sympatric Ibarra adr, tnd phu, adg Allopatric El Orog olm, chl phu Allopatric Venezuela Merida sbp, oti adg Allopatric Tachira col adg Allopatric Argentina Jujuy acl, vid, tar, ifd, meg stn, adg Sympatric Salta ac, oka, meg, mcd stn, adg Sympatric Sigue: Relaciones de habitat…

17. Patrones de floración ( papa en Junín, Perú : 3200 masl) (Celis, et al 2001-04) Similar pattern observed in all other localities Semilla botánica de polinización libre en 5 campos (papa, Peru) (Celis, et al 2001-04) Hyo, Junin CIP, Hyo, Junin

18. Dispersión de polen en un campo de papa resistente a herbicida Distance from No. seedlings No. resistant % resistant Resistant plants evaluated seedlings seedlings (m) Within the field 4,476 51 1.14 0.0 – 1.5 12,946 4 0.03 1.5 – 3.0 16,716 9 0.05 3.0 – 4.5 11,209 6 0.05 4.5 – 6.0 15,212 0 0.00 9.0 – 10.0 822 0 0.00 Source: Tynan et al (1990). Herbicide: Clorsulforan

19. Visitas de insectos registradas en flores de papa en campos de observación (*) (*) honey bees are not attracted to potato flowers as there is no nectar and they do not extract pollen from stamens. There, visits are rare. Two native (“Qompis” (adg) and “Amarilla Peruana (gon)”) and two improved (“Revolucion” (male sterile) “Yungay”) varieties planted in each observation plot: (1) Puno: 505 bees per day; (2) Junin: 107 visits per day ( Celis, et al,2001 – 04) Genes Species Order (Family) Puno (1) (3820 masl Cusco (3600 masl) Espital - Huancayo (3420 masl) La Victoria - Huancayo (3250 masl) Pachapaqui - Huancayo (3550 masl) Astylus sp. Coleóptera (Melyridae) X X X X Anthophora sp. Himenóptera (Apidae) X Apis mellifera * Himenóptera (Apidae) X X Bombus baeri Himenóptera (Apidae) X Bombus funebris Himenóptera (Apidae) X(34.7%) X X X X Bombus opifex Himenóptera (Apidae) X( 4.4%) Centris flavohirta Himenóptera (Apidae) X Thygater dispar Himenóptera (Apidae) X X Xylocopa (Neoxylocopa) sp. 2 Himenóptera (Apidae) X Xylocopa (Neoxylocopa) sp. 3 Himenóptera (Apidae) X Xylocopa viridigaster Himenóptera (Apidae) X Lonchopr ia sp. Himenóptera (Colletidae) X(36.9%) X Megachile sp. 1 Himenóptera (Megachilidae) X Megachile sp. 2 Himenóptera (Megachilidae) X Total 6 6 5 4 3

21. Factores genéticos de la Reproducción II (Caso Papa) Gametos No reducidos (2n) (*) Cruzas entre especies con  EBNs -> sin éxito Cruzas entre especies con = EBNs -> éxito, aún si la ploidía fuera diferente Cruzas entre especies con  EBNs -> s i los gametos son 2n Polen 2x Polen 1x (normal) (*) Grupo de Peloquin; tomado de Quiroz, 2000

23. Factores de incompatibilidad ( estigma - estilo - gametico) y sitio de insercion alelica en los cromosamas del transformante

24. Rol de la Recombinancon y segregación meiótica

25. Documentar: - Presencia de parientes silvestres y vars. nativas sexualmente compatibles - Ventaja adaptativa del rasgo transgénico en el ambiente nativo 4x (4EBN ) Distribución geografica de biodiversidad según simpatria y factores reproductivos

26. Distribución geografica de la papa - Colombia

27. Flujo de genes de papa cultivada tetraploide a papa silvestre (INCO Project: Univ. of Wageningen, Leeds Univ., CIP (C. Celis, M. Scurrah, R. Visser, 2001-04) Número de plántulas híbridas / total plántulas , identificadas con AFLP Exp. subsp. a ndigena and adg. x tbr hybrids Pollination S.albicans 6x(4EBN) S.acaule 4x(2EBN) S.chomathophilum 2x(2DBN) S.raphanifolium 2x(2EBN) S.bukasovii 2x(2EBN) S.sparsipilum 2x(2EBN) A Male Forced 0/317 0/169 ND 48/48 ND 168/168 A Female Forced 405/548 93/161 3/291 3/90 286/640 30/122 B Male Open - 15/221 - - 9/340 17/569 Experiment A : seedlings tested with AFLP from seed set after hand crossing Solanum tuberosum subsp. andigena and/or adg x tbr hybrid varieties as male or female parent to wild Solanum species (ND not determined due to lack of flowers) Experiment B: seedlings from seed set obtained in an open pollinating field experiment with a range of cultivated and wild Solanum species in which andigena and/or adg x tbr hybrid varieties were the pollen donor

28. Padres machos identificados en la progenie con S. sparsipilum , colectada al azar en campo de polinización libre, Puno; usando AFLPs (Celis, et al 2001-04 ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Spl3-1 Spl3-2 spl 4-1 Spl4-2 Spl4-3 self buk 6 buk 7 buk 2 spl 1 spl 5 stn 2 phu 1 adg 5 juz 1 juz 2 acl 2 acl 1,2,3,4 hib 6 unknown

29. Padres machos identificados en la progenie con S. stenotomum en el campo de polinización abierta, Puno; usando AFLPs ( Celis, et al 2001-04) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 stn 2 -1 stn 2 -2 stn 2 -3 stn 2 -4 stn 2-5 Yungay-1 90 100 self spl4 spl1,3,4 spl3 spl 3 spl3 o 4 spl5 buk 6 buk 2 o 6 buk 2 acl 2 o 4 adg 5 o 6 mga 1 o 3 mga 3 o 4 mga 4 hib 6 adg 6 adg 5 unknown

32. Proyecto LAC-Biosafety América Latina – Fortalecimiento de Capacidades Científicas en Bioseguridad: Un enfoque regional para Brasil, Colombia, Costa Rica & Perú PROYECTO TECNICO www.lacbiosafety.org PROYECTO de COMUNICACIÓN

36. Distribución de vars. mejoradas y vars. nativas de yuca; y especies silvestres de Manihot : Colombia (CIAT-IAvH) Folio # 360 Información básica para el desarrollo de guías de evaluación de riesgo ambiental: flujo de genes entre clones cultivados de yuca y sus parientes silvestres y otras especies silvestres de Manihot, en Colombia Folio # 385 Caracterización molecular de la diversidad de yuca usando SSRs, ESTs y SNPs SSR M. cf.tristis M. brachyloba M. carthaginensis

37. Selección y adopción de “voluntarios” de yuca por los agricultores Municipio/Departamento Área (ha) Clon cultivado Numero de ciclos Plantas #voluntarios antes de limpieza # voluntarios al momento de la cosecha ( 1 ) # voluntarios incorporados por el agricultor para el siguiente ciclo Villa Rica (Valle del Cauca) 4.1 HMC1 2 9927 118 16 (0.16 %) 1 1 Jamundi (Valle del Cauca) 5.2 CM7951-5 2 9358 394 79 (0.84%) 1 Total 9.3 19285 512 95 (0.49%) 2 Sampuez (Sucre) 2.9 Venezolana 0 7335 0 0 0 Roble (Sucre) 1.8 MTAI 2 3550 0 0 0 Soledad (Atlántico) 1.3 MTAI 4 2448 26 1 0 Malambo (Atlántico) 2.4 SM 1438 2 3915 0 0 0 Galapa (Atlántico) 1.1 MTAI 4 1536 3 0 0 Total 9.5 18784 29 1 0

38. www.lacbiosafety.org Sitio Web del Proyecto F.J.Escobar : LTR Estrategias regionales de intercambio de conoci – miento técnico y de comunicación/percepcion publica sobre bioseguridad Encuesta on-line para los 4 países