Kukuřice se řadí mezi nejvíce pěstované plodiny na světě. Kukuřičné zrno má však nedostatek důležitých bílkovinných aminokyselin lysinu a tryptofanu. Špatná kvalita proteinů je způsobena zeiny (primární zásobní bílkoviny semen), které postrádají residua lysinu. U mutantů kukuřice opaque2 (o2) dochází ke zlepšení jejich kvality (obnovení rovnováhy  ̶  rebalancování proteomu) díky poklesu množství zeinových proteinů a odpovídajícímu nárůstu nezeinových proteinů bohatých na lysin. V porovnání s standardním typem kukuřice sice dochází až ke dvojnásobnému nárůstu množství lysinu; zároveň ale k pleiotropním a často negativním účinkům, protože o2 je transkripční faktor regulující velké množství genů i mimo zeiny. Příkladem může být moučnatost zrna (neprůhledné, měkké jádro), která jej činí nevhodným pro zemědělské využití. Nežádoucí textura jádra byla překonána introgresí modifikujících alel u linií kukuřice s kvalitními bílkovinami (angl. quality protein maize, QPM), které byly vyvinuty pomocí schématu opakované selekce. QPM linie mají vysoký obsah lysinu charakteristický pro o2 a tvrdé jádro, ale ve srovnání s normální kukuřicí mají obvykle nižší výnos a zvýšenou náchylnost k chorobám. QPM tak stále postrádá funkční transkripční faktor o2, který v důsledku mutace o2 postihuje nelysinové aminokyseliny.

Přímé snížení transkripce genu alfa-zeinu, nejvíce zastoupené podrodiny zeinů, poskytuje východisko pro vývoj QPM obsahující funkční transkripční faktor O2. Na základě elektroforetické pohyblivosti SDS-PAGE se zeiny dělí na dvě podtřídy: 19 kDa, které tvoří vnitřní jádro proteinu, a 22 kDa, které jej obklopují. Metoda CRISPR-Cas9 umožňuje editovat rodinu genů alfa-zeinu o velikosti 19 kDa, a tak dosáhnout rebalancování proteomu bez mutace o2 a bez úplného vyřazení alfa-zeinu; zároveň dochází k minimální strukturální degradaci těla proteinu. U editovaných linií s částečně redukovanou podtřídou 19 kDa bylo prokázáno zvýšení obsahu lysinu až o 30 % v porovnání s kukuřicí standardního typu, zachování sklovitého endospermu a funkčního transkripčního faktoru O2. Ačkoli takto editovaná linie nevykazovala tak vysoký nárůst lysinu (o 55 %) jako QPM, měla ve srovnání s QPM menší vedlejší dopad na hladinu ostatních aminokyselin. Překvapivě úplné vyřazení 19 kDa vedlo jen k malému nebo žádnému zvýšení lysinu, což lze možná vysvětlit zjevným obnovením rovnováhy 22 kDa alfa-zeinů.

Výsledkem je ukázka, že přímou editací genu alfa-zeinové podrodiny lze vyvinout QPM bez transgenu, který není založen na opaque2. Samotná editace 19 kDa rodiny alfa-zeinů může zvýšit obsah lysinu při zachování sklovitého endospermu a funkčního transkripčního faktoru O2. Teprve polní pokusy však mohou ověřit, zda tyto linie vykazují lepší výsledky než QPM obsahující o2 v ukazatelích, jako je výnos a odolnost vůči chorobám.

Aktualizace ke dni: 29.2.2024