Brokolice (Brassica oleracea var. italica) patří mezi ekonomicky významné zeleniny, především pro svůj obsah důležitých živin (minerálů, celé řady vitamínů, polyfenolů, vlákniny a dalších) a zdraví prospěšných látek, zejména glukosinolátů (GSL). Hlavním GSL je u brokolice glukorafanin (GR), který se v rostlině účinkem enzymu myrosinasy přeměňuje na sulforafan (SR). SR chrání lidský organismus před četnými chronickými chorobami, mimo jiné i před různými typy nádorových onemocnění. Může mj. také snižovat riziko kardiovaskulárních onemocnění, či napomáhat při léčbě autismu a osteoporózy. Je proto mimořádný zájem zvyšovat u brokolice spektrum a obsah GSL.

Na Sejong Univerzitě v Soulu ve spolupráci s dalšími jihokorejskými výzkumnými pracovišti využili ke zvýšení obsahu GR techniku CRISPR/Cas9, konkrétně pro editaci genu MYB28, který je jedním z klíčových genů, jež se podílí na hromadění GSL v brokolici. Badatelům se podařilo z protoplastových kultur regenerovat rostliny, které měly specificky upravený gen MYB28 a oproti kontrole i zvýšený obsah GR. Potvrdilo se tak, že zvolená biotechnologická cesta je účinným nástrojem pro zvyšování obsahu zdraví prospěšných látek v brokolici a lze předpokládat, že v blízké budoucnosti bude využita k obdobným účelům i u dalších blízce příbuzných druhů brukvovitých zelenin („košťálovin“), jako jsou např. zelí, kapusta a květák.

Existuje řada metod k rozšíření spektra a zvýšení obsahu GSL v brokolici s cílem dále zvyšovat její chemoprotektivní schopnosti a přidanou hodnotu, kterou má brokolice jako bohatý zdroj látek s mimořádnými benefity pro lidskou výživu. Je např. známo, že hromadění GSL u různých druhů brukví, včetně brokolice lze indukovat faktory prostředí, jako např. světlem, fytohormony, cukry, zasolením půdy, vybranými agrochemickými prostředky apod. Vzdáleným křížením brokolice s planým druhem Brassica villosa se podařilo šlechtitelům vyvinout komerční hybrid Beneforté^® bohatý na GR, a to díky vnesení (introgresi) alely genu MYB28 z planého partnera. Tato cesta je sice schůdná, ale také časově velmi náročná a má svá četná omezení daná např. obtížemi s křížitelností, existencí potřebného znaku, možnostmi výběru vhodných kříženců, ekonomickou náročností apod. Proto se výzkumníci v poslední době stále více orientují na metody šlechtění (angl. New Breeding Methods, NBT), zejména techniky editace genů.

Korejští výzkumníci se rozhodli vyjít z předpokladu šlechtitelů, že za výrazným zvýšením obsahu GR v hybridní odrůdě Beneforté^® stojí vnesení alely (varianty genu) MYB28 z planého druhu B. villosa. Proto podrobněji studovali polymorfismus alely MYB28 odvozené z B. villosa. Poněkud překvapivě zjistili, že v odrůdě Beneforté^® se nenachází původní alela typu villosa, ale tzv. heterologní alela vzniklá přestavbou genetického materiálu z obou alel, tedy planého i kulturního druhu. Došli také k předpokladu, že za zvýšeným obsahem GR v dané hybridní odrůdě patrně stoji specifická ztráta (delece) pěti párů bází (bp) v tzv. exonu 3. Rozhodli se proto cíleně NBT technikou CRISPR/Cas9 obdobně upravit v běžné kulturní odrůdě Kingdoms gen MYB28. Pro její modifikaci využili protoplastové kultury, které dočasně postrádají buněčnou stěnu. Díky tomu je možné snáze vnášet do buněk potřebné komponenty systému CRISPR/Cas9 a dosáhnout jeho funkčnosti. Protoplasty poměrně rychle znovu vytváří buněčnou stěnu a jsou po několika dnech schopny buněčného dělení. Postupně vznikne z původně jediného protoplastu masa buněk se stejnou genetickou informací, tedy klon či linie. U rostlin je možné z této masy buněk získat (regenerovat) celou rostlinu. Vzhledem k mnoha technickým obtížím při práci s kulturami protoplastů a nízké úspěšnosti jejich modifikace, získali autoři studie pouze tři nezávisle regenerované (tj. generace T0) a na požadované genetické úpravy pozitivně otestované rostliny brokolice. Všechny tři rostliny, označené T0#1, T0#2 a T0#3 byly analyzovány na obsah GR vysoce citlivou chromatografickou metodou HPLC. Ve srovnání s původní odrůdou Kingdoms byl zjištěn u všech tří rostlin prokazatelně vyšší obsah GR. Zjistilo se také, že všechny tři linie rostlin nesou požadovanou deleci v obou alelách genu MYB28.

Studie tak prokázala, že technikami editace genomu jako je CRISPR/Cas9 je možné úspěšně dosáhnout požadovaných úprav genu MYB28 cílených na zvýšení obsahu zdraví prospěšných látek, v tomto případě GR. Její zjištění také přispějí k představám o možnosti využit obdobných cílených úprav genu pro další příbuzné druhy košťálovin.

Aktualizace ke dni: 27.11.2025