Biosafety research into Diabrotica resistant Bt-maize: indicator organisms and monitoring methods

Rauschen, Stefan; Schuphan, Ingolf

doi:2605

Biosafety research into Diabrotica resistant Bt-maize: indicator organisms and monitoring methods = Biosicherheitsforschung zu Diabrotica-resistentem Bt-Mais : Indikator-Organismen und Monitoring-Methoden / vorgelegt von Stefan Rauschen

Rauschen, Stefan (Author)

2008

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2008

UmfangIII, 109 S.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Schuphan, Ingolf (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2008-11-06

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-26051
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/50474/files/Rauschen_Stefan.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Maissorte (Genormte SW) ; Maisanbau (Genormte SW) ; Biomonitoring (Genormte SW) ; Gentechnologie (Genormte SW) ; Biowissenschaften, Biologie (frei) ; environmental risk assessment (frei) ; Bt-maize (frei) ; monitoring (frei) ; indicator organisms (frei) ; GMO (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Die gentechnische Veränderung von Kulturpflanzen bietet eine Fülle von Möglichkeiten zur Optimierung verschiedener Eigenschaften, sowie der Vereinfachung der Kulturführung. Die bislang bedeutsamsten Veränderungen sind verschiedene Insektenresistenzen auf Basis von Bacillus thuringiensis Proteinen, sowie eine Herbizidtoleranz gegenüber den Wirkstoffen Glyphosat und Glufosinat. Die EU Richtlinien 2001/18/EC und 1829/2003/EC schreiben die Bewertung und Umweltbeobachtung von gentechnisch veränderten Pflanzen vor. Für jede Kulturpflanze, für die ein Antrag zur Inverkehrbringung in der EU gestellt wird, muss eine stufenweise Einzelfallbewertung vorgenommen werden. Eine zukünftig für den europäischen Markt relevante Entwicklung sind gentechnisch veränderte Maispflanzen mit einer Resistenz gegenüber dem Westlichen Maiswurzelbohrer Diabrotica virgifera virgifera. Dieser Blattkäfer wurde aus den Vereinigten Staaten eingeschleppt und stellt eine ernste Bedrohung für den Maisanbau in Europa dar. Die Resistenz der Maispflanzen basiert auf der Expression des Bt-Proteins Cry3Bb1, das in allen grünen Pflanzenteilen gebildet wird und als spezifisch gegen Blattkäfer (Chrysomelidae) gilt. Die möglichen Auswirkungen des Anbaus der Maissorte MON88017 auf Nichtzielorganismen der Krautschicht in Mais wurden untersucht. Auf einem Versuchsfeld wurden im Rahmen einer Freisetzung die noch nicht in der EU zugelassene Sorte MON88017, die zu ihr nah-isogene Linie DKC5143, sowie die beiden konventionellen Sorten DK315 und Benicia angebaut. Es wurden Kescherfänge, Klebetafeln, Kolbenproben und Blütenklopfproben zum Fang der Krautschichtfauna angewandt und hinsichtlich ihrer Eignung für die Umweltbeobachtung evaluiert. Für ausgewählte Arthropoden wurde ihre Exposition gegenüber dem Cry3Bb1 Protein mittels immunologischen Nachweisverfahren (DAS-ELISA) untersucht. Es konnte eine sehr diverse Gemeinschaft an Arthropoden in der Krautschicht des Maises festgestellt werden, die mit Hinblick auf bisherige Arbeiten eine spezielle, teilweise an den Mais gebundene Artengemeinschaft erkennen läßt. Zwei herbivore Arthropoden waren auf Grund ihrer Dichten über die 3 Versuchsjahre von besonderer Bedeutung: die Maisblattzikade Zyginidia scutellaris und die Weichwanze Trigonotylus caelestialium. Beide Arten sind auf Grund ihrer Ernährungsweise gegenüber den im gentechnisch veränderten Mais exprimierten Bt-Proteinen in hohem Maße exponiert. Aus diesem Grund und wegen ihrer weiten Verbreitung in ganz Europa werden diese beiden Spezies als Stellvertreterarten für zukünftige Untersuchungen mit gentechnisch verändertem Mais vorgeschlagen. Die statistische Analyse ergab, dass ein negativer Einfluss von MON88017 auf die untersuchten Nichtzielorganismen nicht nachweisbar ist. Für die Weichwanze T. caelestialium konnte aber ein deutlicher, über die Jahre konsistenter Sorteneffekt gezeigt werden: die im Freisetzungsversuch angebauten konventionellen Sorten DK315 und Benicia unterschieden sich hinsichtlich der Dichten der in ihnen vorkommenden T. caelestialium statistisch signifikant. Dies veranschaulicht die Notwendigkeit von ökologisch sinnvollen Basislinien als Referenz in der Bewertung der Umweltauswirkungen des Anbaus von gentechnisch veränderten Pflanzen. Dies stellt eine Herausforderung für die zukünftige Biosicherheitsforschung dar. Die angewandten Methoden eignen sich prinzipiell alle für die Umweltbeobachtung von gentechnisch verändertem Mais. Einige Aspekte erfordern aber besondere Aufmerksamkeit.

The genetic modification of crop plants holds many possibilities for the improvement of different plant characteristics, or for the simplification of agricultural practices. The most common modifications are resistances against different insect pests on the basis of Bacillus thuringiensis proteins, as well as tolerances against the herbicidal compounds glyphosate and glufosinate. EU directive 2001/18/EC and regulation 1829/2003/EC stipulate an environmental risk assessment for and a monitoring of genetically modified plants. In each single case, a tiered case-by-case assessment has to be carried out, before a GM-plant can be marketed. A development with future relevance for the European market are GM-maize varieties with resistance against the Western corn rootworm Diabrotica virgifera virgifera. This chrysomelid beetle has been introduced from the United States and poses a dire threat to the maize production in Europe. The resistance of maize plants is based on the expression of the Bt-protein Cry3Bb1 in all green tissued. This protein is supposed to be specific against leaf beetles (Chrysomelidae). The potential impact of the cultivation of the Bt-maize variety MON88017 on non-target arthropods in the maize herb-layer was assessed. The non-deregulated MON88017, its near-isogenic line DKC5143 and the two conventional hybrids DK315 and Benicia were cultivated on a field-release site. Sweep netting, sticky traps, cob and panicle samples were used to survey the herb layer fauna, and were evaluated for their applicability in the context environmental monitoring. The exposure of selected arthropods to Cry3Bb1 was assessed with an immunological assay (DAS-ELISA). A very diverse community of arthropods was found in the herb layer, which in part could be identified as being bound to maize based on published data. Two herbivorous arthropods were of special interest because of their high densities during the 3 field seasons: the maize leafhopper Zyginidia scutellaris and the rice leaf bug Trigonotylus caelestialium. Both species are considerably exposed to the Bt-proteins expressed in genetically modified maize, because of their mode of feeding. This and their wide distribution over the whole of Europe make them candidates for surrogate non-target species in future assessments of genetically modified maize. The statistical analyses showed no negative impact of MON88017 on the selected non-target organisms. For T. caelestialium, a strong and consistent varietal effect could be shown, however: the two conventional maize lines DK315 and Benicia were significantly different with regard to the observed field densities of T. caelestialium. This underlines the necessity for ecologically meaningful baselines as references in the assessment of the enviromental impacts of the cultivation of genetically modified plants. This is a challenge for future biosafety research. The methods employed are all suitable for monitoring and surveillance purposes, however, some special aspects need to be considered and merit attention.

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