Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm với Lepidoptera để đánh giá ảnh hưởng không mục tiêu của phấn hoa ngô Bt: phân tích các nghiên cứu hiện tại và khuyến nghị cho một thiết kế tiêu chuẩn hóa
Tóm tắt
Các tiêu chuẩn chung cho các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về các sinh vật không mục tiêu được công nhận là điều kiện tiên quyết để hỗ trợ việc đánh giá rủi ro liên quan đến việc nghiên cứu các tác động môi trường của cây trồng biến đổi gen. Ở đây, chúng tôi cung cấp các khuyến nghị cụ thể quan trọng cho các thủ tục thí nghiệm của các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm nhằm kiểm tra các tác động bất lợi tiềm tàng của ngô Bt đối với ấu trùng của các loài Lepidoptera không mục tiêu. Chúng tôi đã tìm kiếm và phân tích cả các giao thức thử nghiệm sinh thái độc học cho thuốc trừ sâu tại EU cũng như các thử nghiệm không mục tiêu với Lepidoptera được áp dụng trong các nghiên cứu công nghiệp chưa công bố, được gửi chính thức bởi các công ty nông nghiệp để xin phép biến đổi gen tại Châu Âu. Các giao thức sinh thái độc học cổ điển được áp dụng để thử nghiệm thuốc trừ sâu có thể phục vụ như các hướng dẫn chung, nhưng không hoàn toàn phù hợp với các yêu cầu cụ thể và khác nhau trong việc đánh giá các tác động không mục tiêu của cây trồng biến đổi gen. Phân tích các nghiên cứu không mục tiêu đã được nộp để xin phép trồng ngô Bt tại Châu Âu đã tiết lộ những hạn chế nghiêm trọng, do đó xác nhận cần thiết cấp bách về tiêu chí chất lượng chung. Dựa trên các đánh giá của chúng tôi, chúng tôi đã xác định một số vấn đề cần phải hài hòa hoặc tiêu chuẩn hóa các điều kiện và cách tiếp cận thí nghiệm, ví dụ: ứng dụng phấn hoa ngô Bt, các độc tố tổng hợp, chế độ ăn được cung cấp cho ấu trùng, kiểm soát thí nghiệm, mức độ và thời gian tiếp xúc với Bt, các biến liên quan cần được ghi chép, và sức mạnh thống kê đủ. Các khuyến nghị của chúng tôi nên kích thích sự phát triển của hướng dẫn chính xác cho các cơ quan có thẩm quyền, và hỗ trợ việc hiện thực hóa các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cần thiết để đánh giá các ảnh hưởng không mục tiêu của phấn hoa ngô Bt đối với Lepidoptera không mục tiêu, cũng góp phần vào các tiêu chuẩn của các thử nghiệm độc tính sinh thái khác với ấu trùng Lepidoptera, ví dụ như đối với thuốc trừ sâu.
Từ khóa
#ngô Bt #ấu trùng không mục tiêu #Lepidoptera #thử nghiệm sinh thái độc học #tiêu chuẩn hóa nghiên cứuTài liệu tham khảo
ISAAA International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications (2016) Global status of commercialized biotech/GM crops: 2016. ISAAA Brief No. 52. Ithaca, ISAAA
Glare TR, O’Callaghan M (2000) Bacillus thuringiensis: biology, ecology and safety. Wiley, Chichester
Zangerl AR, McKenna D, Wraight CL, Carroll M, Ficarello P, Warner R, Berenbaum MR (2001) Effects of exposure to event 176 Bacillus thuringiensis corn pollen on monarch and black swallowtail caterpillars under field conditions. Proc Natl Acad Sci USA 98:11908–11912
Lang A, Vojtech E (2006) The effects of pollen consumption of transgenic Bt maize on the common swallowtail, Papilio machaon L. (Lepidoptera, Papilionidae). Basic Appl Ecol 7:296–306
Felke M, Langenbruch GA, Feiertag S, Kassa A (2010) Effect of Bt-176 maize pollen on first instar larvae of the peacock butterfly (Inachis io) (Lepidoptera; Nymphalidae). Environ Biosaf Res 9:5–12
Schuppener M, Mühlhauser J, Müller A-K, Rauschen S (2012) Environmental risk assessment for the small tortoiseshell Aglais urticae and a stacked Bt-maize with combined resistances against Lepidoptera and Chrysomelidae in central European agrarian landscapes. Mol Ecol 21:4646–4662
Haughton AJ, Champion GT, Hawes C, Heard MS, Brooks DR, Bohan DA, Clark SJ, Dewar AM, Firbank LG, Osborne JL, Perry JN, Rothery P, Roy DB, Scott RJ, Woiwod IP, Birchall C, Skellern MP, Walker JH, Baker P, Browne EL, Dewar AJG, Garner BH, Haylock LA, Horne SL, Mason NS, Sands RJN, Walker MJ (2003) Invertebrate responses to the management of genetically modified herbicide tolerant and conventional spring crops. II. Within-field epigeal and aerial arthropods. Philos Trans R Soc Lond Biol Sci 358:1847–1862
Pleasants JM, Oberhauser KS (2012) Milkweed loss in agricultural fields because of herbicide use: effect on the monarch butterfly population. Insect Conserv Divers 6:135–144
Roy DB, Bohan DA, Haughton AJ, Hill MO, Osborne JL, Clark SJ, Perry JN, Rothery P, Scott RJ, Brooks DR, Champion GT, Hawes C, Heard MS, Firbank LG (2003) Invertebrates and vegetation of field margins adjacent to crops subject to contrasting herbicide regimes in the farm scale evaluations of genetically modified herbicide-tolerant crops. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 358:1879–1898
Stenoien C, Nail KR, Zalucki JM, Parry H, Oberhauser KS, Zalucki MP (2018) Monarchs in decline: a collateral landscape-level effect of modern agriculture. Insect Sci 25:528–541
Thogmartin WE, Wiederholt R, Oberhauser K, Drum RG, Diffendorfer JE, Altizer S, Taylor OR, Pleasants J, Semmens D, Semmens B, Erickson R, Libby K, Lopez-Hoffman L (2017) Monarch butterfly population decline in North America: identifying the threatening processes. R Soc Open Sci 4:170760
Lang A, Otto M (2010) A synthesis of laboratory and field studies on the effects of transgenic Bt-maize on non-target Lepidoptera. Entomol Exp Appl 135:121–134
Burgess EPJ, Barraclough EI, Kean AM, Markwick NP, Malone LA (2015) Responses of 9 lepidopteran species to Bacillus thuringiensis: how useful is phylogenetic relatedness for selecting surrogate species for nontarget arthropod risk assessment? Insect Sci 22:803–812
Erasmus A, Van Rensburg JBJ, Van den Berg J (2010) Effects of Bt maize on Agrotis segetum (Lepidoptera: Noctuidae): a pest of maize seedlings. Environ Entomol 39:702–706
Mahmoud AMA, De Luna-Santillana EJ, Rodríguez-Perez MA (2011) Parasitism by the endoparasitoid, Cotesia flavipes induces cellular immunosuppression and enhances susceptibility of the sugar cane borer, Diatraea saccharalis to Bacillus thuringiensis. J Insect Sci 11:119
Pérez-Hedo M, López C, Albajes R, Eizaguirre M (2012) Low susceptibility of non-target Lepidopteran maize pests to the Bt protein Cry1Ab. Bull Entomol Res 102:737–743
Erasmus A, Van den Berg J (2014) Effect of Bt-maize expressing Cry1Ab toxin on non-target Coleoptera and Lepidoptera pests of maize in South Africa. Afr Entomol 22:167–179
Muñoz P, López C, Moralejo M, Pérez-Hedo M, Eizaguirre M (2014) Response of last instar Helicoverpa armigera larvae to Bt toxin ingestion: changes in the development and in the CYP6AE14, CYP6B2 and CYP9A12 gene expression. PLoS ONE 9(6):e99229. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0099229
Kjær C, Damgaard C, Lauritzen AJ (2010) Assessment of effects of Bt-oilseed rape on large white butterfly (Pieris brassicae) in natural habitats. Entomol Exp Appl 134:304–311
Paula DP, Andow DA, Timbo RV, Sujii ER, Pires CSS et al (2014) Uptake and transfer of a Bt toxin by a Lepidoptera to its eggs and effects on its offspring. PLoS ONE 9(4):e95422. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0095422
Lang A, Otto M (2015) Feeding behaviour on host plants may influence potential exposure to Bt maize pollen of Aglais urticae larvae (Lepidoptera, Nymphalidae). Insects 6:760–771
Lang A, Oehen B, Ross JH, Bieri K, Steinbrich A (2015) Potential exposure of butterflies in protected habitats by Bt maize cultivation: a case study in Switzerland. Biol Conserv 192:369–377
Kristensen NP, Scoble MJ, Karsholt O (2007) Lepidoptera phylogeny and systematics: the state of inventorying moth and butterfly diversity. Zootaxa 1668:699–747
EC European Community (2001) Directive 2001/18/EC of the European Parliament and of the Council of 12 March 2001 on the deliberate release into the environment of genetically modified organisms and repealing Council Directive 90/220/EC—Commission Declaration. Off J Eur Communities L106:1–39
EFSA European Food Safety Authority (2010) Guidance on the environmental risk assessment of genetically modified plants. Scientific opinion of the EFSA panel on genetically modified organisms (GMO). EFSA J 8:1879
EFSA European Food Safety Authority (2010) Scientific opinion on the assessment of potential impacts of genetically modified plants on non-target organisms. EFSA J 8(11):1877
EFSA European Food Safety Authority (2013) EFSA Guidance Document on the risk assessment of plant protection products on bees (Apis mellifera, Bombus spp. and solitary bees). EFSA J 11(7):3295
Hilbeck A, Jänsch S, Meier M, Römbke J (2008) Analysis and validation of present ecotoxicological test methods and strategies for the risk assessment of genetically modified plants. BfN-Skripten 236:1–143
OECD Organisation for Economic Co-operation and Development (1998) OECD series on principles of good laboratory practice and compliance monitoring Number 1. OECD Principles on Good Laboratory Practice (as revised in 1997). Organisation for Economic Co-operation and Development, Paris
OECD Organisation for Economic Co-operation and Development (1999) OECD series on principles of GLP and compliance monitoring number 4 (revised). Organisation for Economic Co-operation and Development, Paris
OECD Organisation for Economic Co-operation and Development (1999) OECD series on principles of GLP and compliance monitoring number 7 (revised). Organisation for Economic Co-operation and Development, Paris
OECD Organisation for Economic Co-operation and Development (2005) Good laboratory practice. OECD principles and guidance for compliance monitoring, Organisation for Economic Co-operation and Development
EFSA European Food Safety Authority (2015) Scientific opinion addressing the state of the science on risk assessment of plant protection products for non-target arthropods. EFSA J 13(2):3996
Perry JN, Devos Y, Arpaia S, Bartsch D, Gathmann A et al (2010) A mathematical model of exposure of nontarget Lepidoptera to Bt-maize pollen expressing Cry1Ab within Europe. Proc R Soc B277(1686):1417–1425
Fahse L, Papastefanoua P, Otto M (2018) Estimating acute mortality of Lepidoptera caused by the cultivation of insect-resistant Bt maize—the LepiX model. Ecol Model 371:50–59
Romeis J, Hellmich RL, Candolfi MP, Carstens K, De Schrijver A, Gatehouse AMR, Herman RA, Huesing JE, McLean MA, Raybould A, Shelton AM, Waggoner A (2011) Recommendations for the design of laboratory studies on non-target arthropods for risk assessment of genetically engineered plants. Transgenic Res 20:1–22
De Schrijver A, Devos Y, De Clercq P, Gathmann A, Romeis J (2016) Quality of laboratory studies assessing effects of Bt-proteins on non-target organisms: minimal criteria for acceptability. Transgenic Res 25:395–411
Parisi C, Tillie P, Rodríguez-Cerezo E (2016) The global pipeline of GM crops out to 2020. Nat Biotechnol 34(1):31–36
Candolfi MP, Barrett KL, Campbell PJ, Forster R, Grandy N, Huet M-C, Lewis G, Oomen PA, Schmuck R, Vogt H (2001) Guidance document on regulatory testing and risk assessment procedures for plant protection products with non-target arthropods: from the Escort 2 workshop (European standard characteristics of non-target arthropod regulatory testing). SETAC Press, Pensacola, pp 1–46
EC European Commission (2002): Guidance document on terrestrial ecotoxicology under council directive 91/414/EEC SANCO/10329/2002 rev 2 final, 17 October 2002, p 39
EPPO European and Mediterranean Plant Protection Organization (2010) Side-effects on honeybees. Bulletin OEPP/EPPO Bulletin 40:313–319
Römbke J, Jänsch S, Meier M, Hilbeck A, Teichmann H, Tappeser B (2010) General recommendations for soil ecotoxicological tests suitable for the environmental risk assessment of genetically modified plants. Integr Environ Assess Manag 6:287–300
Ludy C, Lang A (2006) Bt maize pollen exposure and impact on the garden spider, Araneus diadematus. Ent Exp Appl 118:145–156
Székács A, Weiss G, Quist D, Takács E, Darvas B, Meier M, Swain T, Hilbeck A (2012) Inter-laboratory comparison of Cry1Ab toxin quantification in MON 810 maize by enzyme-immunoassay. Food Agric Immun 23:99–121
Nguyen HT, Jehle JA (2009) Stability of Cry1Ab protein during long-term storage for standardization of insect bioassays. Environ Biosaf Res 8:113–119
Anderson PL, Hellmich RL, Prasifka JR, Lewis LC (2005) Effects on fitness and behaviour of monarch butterfly larvae exposed to a combination of Cry1Ab expressing corn anthers and pollen. Environ Entomol 34:944–952
Mattila HR, Sears MK, Duan JJ (2005) Response of Danaus plexippus to pollen of two new Bt corn events via laboratory bioassay. Ent Exp Appl 116:31–41
Zanga D, Sanahuja G, Eizaguirre M, Albajes R, Christou P, Capell T et al (2018) Carotenoids moderate the effectiveness of a Bt gene against the European corn borer, Ostrinia nubilalis. PLOS ONE 13:e0199317
Broderick NA, Raffa KF, Handelsman J (2006) Midgut bacteria required for Bacillus thuringiensis insecticidal activity. Proc Nat Acad Sci USA 103:15196–15199
Hilbeck A, Defarge N, Bøhn T, Krautter M, Conradin C et al (2018) Impact of antibiotics on efficacy of Cry toxins produced in two different genetically modified Bt maize varieties in two Lepidopteran herbivore species, Ostrinia nubilalis and Spodoptera littoralis. Toxins 10(480):1–17
Hilbeck A, Weiss G, Oehen B, Römbke J, Jänsch S, Teichmann H, Lang A, Otto M, Tappeser B (2014) Ranking matrices as operational tools for the environmental risk assessment of genetically modified crops on non-target organisms. Ecol Ind 36:367–381
Lang A, Ludy C, Vojtech E (2004) Dispersion and deposition of Bt maize pollen in field margins. J Plant Dis Protect 111:417–428
Treu RJ, Emberlin J (2000) Pollen dispersal in the crops maize (Zea mays), oilseed rape (Brassica napus spp. olifera), potatoes (Solanum tuberosum), sugar beet (Beta vulgaris ssp. vulgaris) and wheat (Triticum aestivum). Report for the Soil Association. National Pollen Research Unit, University College, Worcester, UK
Hofmann F, Schlechtriemen U, Kuhn U, Wittich K-P, Koch W et al (2013) Variation of maize pollen shedding in North Germany and its relevance for GMO-monitoring. Theorie in der Ökologie 17:19–25
Andow DA, Hilbeck A (2004) Science-based risk assessment for non-target effects of transgenic crops. Bioscience 54:637–649
Andow D, Zwahlen C (2006) Assessing environmental risks of transgenic plants. Ecol Lett 9:196–214
EFSA European Food Safety Authority (2010) Scientific opinion on statistical considerations for the safety evaluation of GMOs. EFSA J 8(1):1250
Andow DA, Lövei GL, Arpaia S, Wilson L, Fontes EMG, Hilbeck A, Lang A, Van Tuat N, Pires CSS, Sujii ER, Zwahlen C, Birch ANE, Capalbo DMF, Prescott K, Omoto C, Zeilinger AR (2013) An ecologically-based method for selecting ecological indicators for assessing risks to biological diversity from genetically-engineered plants. J Biosaf 22:141–146
EFSA European Food Safety Authority (2014) Guidance on statistical reporting. EFSA J 12(12):3908
Hoenig JM, Heisley DM (2001) The abuse of power: the pervasive fallacy of power calculations for data analysis. Am Stat 55:19–24
Love M, Latham JR, Hilbeck A (2017) The distinct properties of natural and GM cry insecticidal proteins. Biotechnol Genet Eng Rev 33:62–96
Arpaia S, Birch NE, Kiss J, van Loon JJA, Messéan A, Nuti M, Perry JN, Sweet JB, Tebbe CC (2017) Assessing environmental impacts of genetically modified plants on non-target organisms: the relevance of in planta studies. Sci Total Environ 583:123–132