CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) to rewolucyjne narzędzie do edycji genów, które pozwala naukowcom na dokonywanie precyzyjnych zmian w DNA organizmu z niezwykłą łatwością i dokładnością. Wykorzystując enzym o nazwie Cas9 kierowany przez małą cząsteczkę RNA, CRISPR umożliwia celowanie i modyfikację określonych genów, otwierając nowe możliwości badań i zastosowań w takich dziedzinach, jak medycyna, rolnictwo i biotechnologia.

Według przeglądu technik edycji genów, metoda CRISPR/Cas może potencjalnie być „wybawcą” dla upraw ryżu stojących przed wyzwaniami związanymi ze zmianami klimatycznymi i wysokim zapotrzebowaniem na żywność.

Badanie dotyczące edycji genów pokazuje, że CRISPR/Cas może być odpowiedzią na ratowanie upraw ryżu w obliczu wyzwań związanych ze zmianą klimatu i zwiększonym zapotrzebowaniem na żywność.

Badanie, opublikowane w Przeglądach CABI, podkreśla, że ​​ryż, zboże spożywane przez miliardy ludzi na całym świecie, stoi przed wyzwaniami produkcyjnymi i jakościowymi ze względu na stresory klimatyczne. Mimo że ryż zapewnia pożywienie trzem miliardom ludzi, ma na niego wpływ zarówno stres biotyczny, jak i abiotyczny spowodowany zmieniającym się klimatem.

Dr Antonio Costa de Oliveira, główny autor z Federalnego Uniwersytetu Pelotas w Brazylii, wraz z zespołem naukowców odkrył, że narzędzie CRISPR/Cas było skuteczne w edycji genów w badaniach związanych z wydajnością, tolerancją na stresy biotyczne i abiotyczne oraz jakość ziarna ryżu.

Naukowiec sprawdza ryż w Chinach. Źródło: CABI

Jednak przegląd, którego celem było opisanie różnych technik edycji genów i ich odpowiednich zastosowań w hodowli ryżu, dowodzi, że wpływ podejścia CRISPR/Cas w programach hodowlanych zależy od uprawy edytowanych roślin na dużą skalę w terenie .

Dr Costa de Oliveira powiedział: „Opracowanie nowych, wydajniejszych odmian jest konieczne, aby zapewnić globalne bezpieczeństwo żywnościowe.

„Chociaż osiągnięto już ogromny postęp w hodowli konwencjonalnej, narzędzia biotechnologiczne, takie jak transgeniczność i edycja genomu, mogą pomóc w spełnieniu przyszłych wymagań.

„Edycja genów polega na wycinaniu i modyfikowaniu docelowych genów. Wśród technik edycji genomu zaproponowano CRISPR/Cas ze względu na łatwość manipulacji.

„Zaproponowano również warianty, takie jak wiele białek Cas, edycja zasad i pierwsza edycja, które mają na celu zwiększenie wydajności edycji. Edytowane rośliny są również bardziej akceptowane, ponieważ są wolne od transgenów”.

W badaniu przedstawiono, że do 2050 r. przewiduje się 50% wzrost obecnej konsumpcji ryżu – co oznaczałoby popyt sięgający 1,125 mld ton.

Ale występowanie stresów biotycznych (choroby – wirusy, bakterie, grzyby, nicienie, szkodniki i chwasty) w połączeniu ze stresami abiotycznymi (susza, zanurzenie, zasolenie, ciepło, zimno i metale ciężkie) jest czynnikiem ograniczającym produkcję ryżu.

Naukowcy twierdzą, że zmiana klimatu wpływa również na częstotliwość, intensywność i czas trwania tych stresów. Dlatego konieczne jest opracowanie nowych odmian ryżu odpornych na stres i o wyższym potencjale plonowania, ponieważ ekspansja powierzchni uprawnej jest ograniczona.

Dr Costa de Oliveira dodał: „Na przykład wysoki potencjał edycji CRISPR/Cas9 pomógł w rozwoju szerokospektralnej odporności na bakterie, grzyby i wirusy poprzez wyciszenie genów podatności i wstawienie genów oporności.

„W tym sensie edycja genomu za pośrednictwem CRISPR/Cas9 umożliwiła wprowadzenie mutacji w trzech promotorach genu SWEET, co zaowocowało liniami ryżu o szerokim spektrum odporności na Xanthomonas oryzae pv. Oryzae”.

Naukowcy konkludują, stwierdzając, że chociaż konwencjonalna hodowla była jak dotąd decydująca, wciąż pozostaje długa droga, aby sprostać przyszłym wymaganiom i wyzwaniom związanym z uprawą ryżu.

„Rośliny ulepszone w wyniku edycji genomu i konwencjonalnej hodowli są podobne pod względem zagrożeń dla środowiska i zdrowia ludzi, które praktycznie nie istnieją” – powiedział dr Costa de Oliveira. „W związku z tym oczekuje się, że edytowane rośliny, oprócz spełnienia wymagań, będą miały dobrą akceptację wśród konsumentów”.

Odniesienie: „Edycja genomu w ryżu: nowe ścieżki dla starej uprawy” Valeria Oliveira Nizolli, Victoria Freitas de Oliveira, Luciano Carlos da Maia, Camila Pegoraro i Antonio Costa de Oliveira, 3 marca 2023 r., Recenzje CABI.
DOI: 10.1079/cabireviews.2023.0008