Rýže, především rýže setá (Oryza sativa L.) patří mezi celosvětově nejvýznamnější zemědělské plodiny. Je nejdůležitější obilovinou, představuje hlavní zdroj potravy pro více jak polovinu lidstva naší planety.

Stejně jako u ostatních plodin jsou i výnosy rýže nepříznivě ovlivňovány chorobami a škůdci. Celosvětově je za nejzávažnějšího patogena rýže považována bakterie Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), původce tzv. bakteriální „pohromy“ (angl. bacterial blight), jedné z nejvíce devastujících chorob rýže, která každoročně působí významné ztráty na jejich výnosech. Ty mohou dosahovat až 50 %, jsou však i případy, kdy v příznivých sezónách pro šíření Xoo dochází na rozsáhlých pěstebních plochách rýže téměř k úplným ztrátám sklizně. To má v nejchudších zemích jihovýchodní Asie fatální následky. Je proto velký zájem co nejlépe ochránit úrodu před účinky Xoo.

Nejrozšířenější chemická ochrana rostlin spočívá v použití měďnatých přípravků, které však nefungují úplně spolehlivě, a navíc mohou mít nežádoucí vedlejší efekt. Také masové použití antibiotik (oxytetracyklinu, povoleného pro velkoplošné aplikace např. v USA) k omezení šíření patogena není nejvhodnějším řešením. Tyto chemické pesticidy mohou sice poměrně spolehlivě zpomalit či snížit šíření patogena na povrchu rostlin, avšak jsou téměř neúčinné na bakterie Xoo již přítomné uvnitř rostlin.

Proto se pozornost odborníků stále více obrací na přirozené zdroje odolnosti – geny rezistence přítomné v některých původních odrůdách a planých druzích rýže. Naštěstí díky existenci a podporám řady výzkumných ústavů, velkých národních i mezinárodních výzkumných center rýže byly za posledních dvacet let odhaleny více jak čtyři desítky genů rezistence vůči Xoo. Vyšlechtění nové odrůdy, odolné vůči patogenu a splňující další požadavky šlechtitelů je však časově velmi náročné, patogen přitom dokáže poměrně záhy rezistenční bariéru podmíněnou jen jedním z genů překonat.

Pro svůj průnik a šíření v rostlině Xoo využívá sofistikovaný nástroj TAL efektorů (zkratka pro transkripčním aktivátorům podobné efektory). Tyto proteinové efektory bakteriálního původu díky své podobnosti látkám zajišťujícím spouštění funkce vybraných genů (většinou normálně fungujících jen v přesně vymezeném období a místě rostliny) dokáží oklamat molekulární aparát hostitelské rostliny k tomu, aby vytvářel látky nezbytné pro životní funkce bakterií, jejich dělení a šíření v rostlinách podle potřeb patogena.

V posledním desetiletí se jako značně perspektivní jeví využití nových technik šlechtění (NBT), označovaných také jako nové genomické techniky (NGT). Molekulárními metodami jako TALEN a CRISPR-Cas9 je možné cíleně o-/upravovat geny rostliny, jež díky mutacím ztratily původní schopnost účinně bránit vstupu a šíření patogena v rostlinách rýže, ale i vyřadit z činnosti geny zvyšující vnímavost rostlin k patogenu a usnadňující šíření bakterií Xoo v rostlinách rýže.

Již v r. 2012 publikovala skupina vědců z Iowa State University v Amesu (USA), v čele s dr. Ting Li, a ze dvou dalších amerických univerzit průlomovou práci v prestižním časopise Nature Biotechnology zaměřenou na vysoce účinnou editaci (úpravu) genů S (vnímavosti rýže k patogenu) rýže metodou TALEN a získání stabilně rezistentních rostlin japonské formy rýže k bakteriím Xoo. Pro svůj výzkum si tehdy vědci zvolili gen Os11N3 (označovaný také jako OsSWEET14, který patří do rodiny přenášečů sacharózy v rostlině), přesněji jeho promotorovou oblast. Ta je za normálních podmínek cílem útoku bakterií Xoo na rostlinu, který je zprostředkován jejími endogenními TAL efektory AvrXa7 nebo PthXo3, aby došlo k aktivaci genu a následnému vylučování cukrů z rostlinné buňky a tím i k uspokojení potřeb patogena. Jak prokázaly testy s oběma bakteriálními efektory, vybrané rostliny následných generací vzniklých samosprášením, nebyly vůči nim vnímavé (byly tedy rezistentní vůči patogenu), původní životní funkce daného rostlinného genu v důsledku malého rozsahu nově navozených mutací přitom zůstaly beze změny.

O dva roky později tento výzkumný tým požádal APHIS (Animal and Plant Inspection Service), tj. příslušný orgán USDA (obdoba ministerstva zemědělství v USA) o možnost provedení polních pokusů s geneticky pozměněnou rýží s označením Ting-1 až Ting-5 a přiznání statutu organismu neregulovaného GM předpisy. Konkrétně jde o rýži se změněnými sekvencemi DNA v promotorech dvou genů pro transport cukrů rýže, kdy tyto změny byly navozeny prostřednictvím TALEN.

Další vývoj NBT technik ukázal, že pro daný účel lze s výhodou použít metodu CRISPR-Cas9, která je jednodušší, a navíc i přesnější. V každém případě bylo prokázáno, že obě metody oproti klasickému šlechtění umožňují rychlé a efektivní získání rýže odolné vůči napadení bakteriemi Xoo. Navíc mají i potenciál dále upravovat genom rýže tak, aby případné překonání rezistence patogenem bylo co nejvíce oddáleno (např. vytvářením umělých sekvencí).

Aktualizace ke dni: 1.3.2024