Detecting (trans)gene flow to landraces in centers of crop origin: lessons from the case of maize in Mexico

摘要

There is much discussion of the probability of transgene flow from transgenic crop varieties to landraces and wild relatives in centers of origin or diversity, and its genetic, ecological, and social consequences. Without costly research on the variables determining gene flow, research on transgene frequencies in landrace (or wild relative) populations can be valuable for understanding transgene flow and its effects. Minimal research requirements include (1) understanding how farmer practices and seed systems affect landrace populations, (2) sampling to optimize Ne (effective /census population size), (3) minimizing variance at all levels sampled, and (4) using Ne to calculate binomial probabilities for transgene frequencies. A key case is maize in Mexico. Two peer-reviewed papers, based on landrace samples from the Sierra Juarez region of Oaxaca, Mexico, reached seemingly conflicting conclusions: transgenes are present (Quist and Chapela, 2001, Nature 414: 541-543; 2002, Nature 416: 602) or "detectable transgenes" are absent (Ortiz-Garcia et al., 2005, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102: 12338-12343 and 18242). We analyzed these papers using information on Oaxacan maize seed systems and estimates of Ne. We conclude that if Quist and Chapela's results showing presence are accepted, Ortiz-Garcia et al.'s conclusions of no evidence of transgenes at detectable levels or for their introgression into maize landraces in the Sierra de Juarez of Oaxaca are not scientifically justified. This is because their samples are not representative, and their statistical analysis is inconclusive due to using n instead of Ne. Using estimates of Ne based on Ortiz-Garcia et al.'s n, we estimate that transgenes could be present in maize landraces in the Sierra Juarez region at frequencies of ~1-4%, and are more likely to be present in the 90% of Oaxacan landrace area that is not mountainous. Thus, we have no scientific evidence of maize transgene presence or absence in recent years in Mexico, Oaxaca State, or the Sierra Juarez region. Las consecuencias geneticas, ecologicas y sociales sobre el posible flujo de genes de cultivos transgenicos hacia especies autoctonas y sus relativos silvestres han estado recientemente en discusion. Sin investigaciones costosas sobre los variables que afectan la frecuencia del flujo genetico, investigaciones sobre la frecuencia de transgenes en poblaciones de cultivos autoctonas y sus parientes silvestres pueden ser muy util. Los requerimientos minimos de investigacion incluyen (1) entender las practicas de los agricultores y como los sistemas de semilla afectan las poblaciones de especies autoctonas, (2) muestreo para optimizar Ne (tamano efectivo/tamano censo), (3) minimizar la varianza a todos los niveles de muestreo, (4) usar el tamano efectivo, Ne, para calcular la probabilidad de la frecuencia de transgenicos (usando la distribucion binomial). Un ejemplo clave es lo de maiz en Mexico. Dos articulos basados en el muestreo de razas de maiz local (criollo) en la region de la Sierra Juarez de Oaxaca, Mexico dan conclusiones aparentemente contradictorias: hay transgenicos (Quist y Chapela, 2001, Nature 414: 541-543; 2002, Nature 416: 602) o no hay "transgenicos detectables" (Ortiz-Garcia et al., 2005, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102: 12338-12343 y 18242). Nosotros hemos analizado estos articulos usando informacion de los sistemas de semilla de Oaxaca y calculos de Ne. Concluimos que si los resultados de Quist y Chapela mostrando la presencia de transgenicos son aceptados, las conclusiones de Ortiz-Garcia et al. de que no existen transgenicos detectables en los maices de la Sierra Juarez de Oaxaca no se justifican cientificamente. Esto se debe a que los tamanos de muestra usados por Ortiz-Garcia no son representativos y su analisis estadistico no es concluyente por que usaron n en lugar de Ne. Usando estimadores de Ne basado en el n de Ortiz-Garcia et al., nosotros estimamos que transgenicos pueden ser presente en las