Pšenice setá (Triticum aestivum L.) je jednou z nejrozšířenějších plodin a základní potravinou pro 35 % světové populace. Architektura rostlin je hlavním faktorem, který ovlivňuje adaptabilitu jejího pěstování, efektivitu sklizně a konečný výnos zrna. V tomto ohledu jsou zkoumány především vlastnosti jako je výška rostlin a morfologie klasu. Výška rostlin je ovlivněna zejména rostlinnými hormony, jako je giberelin (GA), auxin a strigolakton. Snížená výška rostlin, která je vhodná například proti jejich poléhání, je bohužel často doprovázena kratším květenstvím nebo jinými negativními dopady na výnos zrna. Geny, které snižují výšku rostlin, ale zvyšují velikost klasů, jsou ale vzácné. Vědci proto pomocí techniky CRISPR/Cas9 prováděli editaci genu pšeničného auxinového reakčního faktoru TaARF12. Ve srovnání s rostlinami standardního typu takto uskutečněná úprava vedla k vytváření rostlin s nižší výškou, kratším stonkovým internodiem a silnějšími stonky (v průměru). Klasy těchto rostlin však byly významně větší (delší). Současně změna morfologie u takto upravených rostlin zvýšila počet zrn na klas (až o 14,7 %), velikost zrna a konečný výnos zrna na poli (až o 11 %), a to bez významného vlivu na počet odnoží a dobu kvetení. Editace genomu zaměřená na TaARF12 je tak slibným směrem pro vytváření odrůd pšenice s polotrpasličím vzrůstem a zvětšenými klasy, a tedy vyšším výnosem. Stupeň snížení výšky rostlin se zdál být programovatelný, protože účinek koreloval s počtem kopií editovaných genů (pozn. pšenice setá je hexaploidním druhem, její geny jsou tedy běžně ve více kopiích).

Autory studie bylo také prokázáno, že modifikace genomu TaARF12 působí opačně u stopky a vřetena klasu. Takové genetické účinky proto mohou představovat novou genovou regulační strategii pro další zlepšení výnosu pšenice. Prokázalo se, že pleiotropní účinky auxinového reakčního faktoru TaARF12 byly závislé na diferenciální regulaci GA signalizace a jejím elegantním mechanismu zpětné vazby. Gen RhtL1 (regulován ve stopce) působí jako represor GA signalizace a pravděpodobně je zodpovědný za snížení výšky rostlin, zatímco TaNGR5 (vřetena) působí jako promotor GA signalizace a může přispívat k větším klasům a zrnům. Proto se předpokládalo, že potlačená signalizace GA ve stopce a podporovaná signalizace GA u vřeten podtrhují společnou regulaci dvou důležitých agronomických vlastností vedoucích ke zvýšení výnosu zrna.  

Práce tak navrhla model, který využívá dvě kontrastní funkce jednoho pleiotropního genu a poskytuje novou strategii pro vývoj vysoce výnosných odrůd pro budoucí potravinovou bezpečnost.

Aktualizace ke dni: 11.12.2024