Bt zygosity in maize hybrids

Abstract

O efeito da zigosidade de transgenes tem sido estudada em várias espécies de plantas. Contudo, apenas em 2019 investigou-se o efeito do número de alelos Bt no milho. Nesta tese, usamos híbridos de milho isogênicos hemizigotos e homozigotos para os transgenes Bt cry1Ab e vip3Aa20 a fim de investigar os seus impactos em 1) concentração de proteínas Bt nas folhas e a detecção das proteínas em grãos F2; 2) injúria de Spodoptera frugiperda em folhas a nível de campo; 3) eficiência no controle de populações de campo de S. frugiperda em diferentes ínstares que se alimentaram de folhas e grãos; e 4) estratégias para o manejo de resistência de insetos. Foram avaliadas 1.920 plantas para quantificar as concentrações de Cry1Ab e Vip3Aa20 nas folhas; realizadas 2.465 avaliações de injúria de S. frugiperda em quatro experimentos de campo; e contabilizada a sobrevivência de 3.526 lagartas em diferentes ínstares em bioensaios de folhas e grãos. Os resultados mostraram que 1) concentrações de proteínas Bt em híbridos homozygous varia de 1,5 a 3 vezes a mais quando comparadas com versões hemizigotas em folhas, e que grãos expressam proteínas Bt quando originados de estilos-estigmas não Bt que foram fertilizados por pólen Bt, ou de autofecundação de plantas Bt hemizigotas; 2) folhas de híbridos Vip3Aa20 quase não foram danificadas, enquanto híbridos Cry1Ab tiveram injúrias de S. frugiperda que representaram ~81% daquelas encontradas na versão não Bt, provavelmente pela resistência das populações de S. frugiperda a Cry1Ab; 3) considerando vip3Aa20 em qualquer zigosidade, lagartas de S. frugiperda em diferentes ínstares morreram quando alimentadas de folhas e grãos Vip3Aa20, enquanto para Cry1Ab, as taxas de sobrevivência de S. frugiperda foram ~90% e 98% da sobrevivência em folhas e grãos da versão não Bt, respectivamente.

The effect of transgene zygosity has been addressed in various plant species. Nevertheless, only in 2019 the effect of the number of Bt alleles in maize was investigated. In this thesis, we used near-isogenic maize hybrids that were hemizygous and homozygous for the Bt transgenes cry1Ab and vip3Aa20 to investigate their impacts on 1) Bt protein concentration in leaves and detection of Bt proteins in F2 kernels; 2) leaf-feeding injury of Spodoptera frugiperda in the field; 3) efficiency in controlling field-collected S. frugiperda larvae in different instars feeding on leaves and kernels; and 4) insect resistance management (IRM) strategies. We assessed 1,920 plants to quantify Cry1Ab and Vip3Aa20 concentrations in the leaves; performed 2,465 evaluations of leaf-feeding injury of S. frugiperda in four field experiments; and assessed the survivorship of 3,526 larvae of different instars in leaf and kernel bioassays. Our results showed that 1) Bt concentrations of homozygous hybrids are around 1.5- to 3-fold higher than that of hemizygous versions in leaves, and that kernels express Bt proteins when they originate from non-Bt silks fertilized by Bt pollen and self-fertilized hemizygous plants; 2) Vip3Aa20 hybrids leaves were barely scratched, while in Cry1Ab hybrids S. frugiperda leaf-injuries accounted for ~81% of those found on the non-Bt version, likely due to the resistance of the field populations of S. frugiperda to Cry1Ab; 3) on either vip3Aa20 zygosity, S. frugiperda larvae in different instars were killed when fed with Vip3Aa20 leaves and kernels, while for Cry1Ab survival rates of S. frugiperda were ~90% and 98% of the larval survival found in leaves and kernels of the non-Bt version, respectively.