Zvyšující se sucho je stále větší problém. Značný dopad má, mimo jiné, na uspokojení poptávky po potravinách, krmivech i palivech. Proto je nezbytné vyvíjet plodiny odolnější vůči suchu. Zlepšení odolnosti plodin vůči suchu se hodnotí na základě zvýšení výnosu (např. zrna) u rostlin pěstovaných za podmínek s omezeným množstvím vody.

Je známo, že fytohormon ethylen má důležitou roli v regulaci reakce rostlin na abiotický stres, včetně deficitu vody a vysoké teploty. Polní studie ukázaly, že snížení biosyntézy ethylenu umlčením genu pro 1-aminocyklopropan-1-karboxylátsyntázu6 u transgenních rostlin kukuřice zlepšuje výnos zrna v podmínkách stresu vyvolaného suchem. Vyššího výnosu lze dosáhnout také snížením citlivosti kukuřice na ethylen. Právě toho bylo využito při šlechtění nové linie kukuřice odolné vůči suchu, ARGOS8.

Geny argos8 jsou negativními regulátory etylenové odpovědi a modulují přenos etylenového signálu.  Transgenní rostliny nadměrně exprimující argos8 tak mají sníženou citlivost na ethylen, a tedy i vyšší toleranci k suchu a výnos zrna v podmínkách stresu suchem.

Linie kukuřice ARGOS8 byly vytvořeny technikou editace genů zprostředkovanou systémem CRISPR/Cas9 zahrnující homologicky řízené úpravy DNA genu argos8 v inbrední kukuřici PH184C. Genomická sekvence genu byla upravena tak, aby bylo dosaženo všudypřítomné a zvýšené exprese v mnoha tkáních v různých vývojových stádiích. Zamýšleným fenotypem linií kukuřice ARGOS8 byla zvýšená odolnost vůči suchu.

Přesná modifikace genomové DNA v lokusu argos8 byla ověřena pomocí PCR a sekvenování. Byly identifikovány dvě varianty, kdy nativní promotor gos2 kukuřice (P-gos2-MAIZE) byl vložen do 5` netranslatované oblasti nativního genu argos8 (argos8-varianta 1) nebo byl použit k nahrazení nativního promotoru genu argos8 (argos8-varianta 2).

Obě varianty kukuřice ARGOS8 měly zvýšené hladiny transkriptů argos8 ve srovnání s nativní alelou a tyto transkripty byly detekovatelné ve všech testovaných tkáních, což byly očekávané výsledky při použití promotoru gos2. Terénní studie ukázala, že upravené varianty genu argos8 zvýšily ve srovnání s původním typem výnos zrna v podmínkách stresu suchem při kvetení; rovněž nebyly zaznamenány ztráty výnosu v dobře zavlažovaných podmínkách. Analýzou v průběhu čtyř generací bylo zjištěno, že varianty ARGOS8 se stabilně dědí.

Tyto výsledky ukazují užitečnost CRISPR-Cas9 při vytváření nových alelických variant využitelných pro šlechtění plodin odolných vůči suchu.

Aktualizace ke dni: 11.9.2023