V oblasti rostlinné biotechnologie nové šlechtitelské techniky (editace genomu) jsou předzvěstí změny paradigmatu ve způsobu, jakým přistupovat ke zlepšování plodin a udržitelnosti zemědělství.

Nové špičkové metody využívají pokrok v genomice, molekulární biologii a bioinformatice k urychlení vývoje nových odrůd rostlin se zlepšenými vlastnostmi a odolností vůči environmentálním stresorům. Využitím síly precizního šlechtění se mohou výzkumníci a šlechtitelé zaměřit na specifické geny, které jsou předmětem zájmu, což vede k rychlejším a přesnějším úpravám genomu.

Jednou z klíčových inovací urychlující tuto transformaci jsou technologie úpravy genomu, jako je CRISPR/Cas9, které umožňují cílené úpravy rostlinných genomů s nebývalou přesností. Přesnou úpravou sekvencí DNA mohou vědci podmínit prospěšné vlastnosti, zlepšit výnosy plodin nebo zvýšit odolnost vůči škůdcům a chorobám. Tento precizní šlechtitelský přístup nejen urychluje proces šlechtění, ale také nabízí udržitelnější a ekologičtější alternativu k tradičním šlechtitelským metodám.

Co přinesl rok 2023

Ve světě pokračovalo využívání a testování nových geneticky modifikovaných rostlin. Kombinace stávajících a nových transgenů navozující rezistenci k herbicidům a škůdcům zvyšují výnosy o 8 – 11%ˇ.  Revoluce ve šlechtění díky technologii CRISPR-Cas9:, která nadále dominuje v oblasti úpravy genomu rostlin, umožnila již  přesné úpravy v rostlinných genomech. Výzkumníci vytvářeli plodiny s požadovanými vlastnostmi, jako je zvýšený výnos, odolnost vůči chorobám a zlepšený nutriční obsah. Některé z nich jsou těsně před uvedením na trh, jiné už se v rostlinné výrobě uplatňují.

Odolnost vůči chorobám: Jednou z významných aplikací úpravy genomu v rostlinách je vývoj plodin odolných vůči chorobám. Výzkumníci například použili CRISPR-Cas9 k vytvoření rostlin pšenice odolných vůči padlí, běžné houbové chorobě, která ovlivňuje výnosy pšenice. Výzkumníci pracovali také na vytvoření kakaovníku s vylepšenou odolností vůči chorobám. Tato genetická úprava by mohla pomoci chránit kakao před škodlivými patogeny a zvýšit jeho produkci.

Vylepšený nutriční obsah: Úprava genomu byla použita ke zvýšení nutričního obsahu plodin. Vědci například použili CRISPR-Cas9 ke zvýšení hladin základních živin, jako je vitamín A, v základních plodinách, jako je rýže, a řešili podvýživu v oblastech, kde jsou tyto plodiny základními potravinami. Na trhu je již sója rostlin s vysokým obsahem oleje (high-oleic). Tato genetická zvyšuje jeho použitelnost pro kulinářské a průmyslové účely. Editace genů CRISPR-Cas9 byla také nápomocna vytvoření pšenice s nízkým obsahem lepku. Tato genetická úprava může pomoci jedincům trpícím celiakií nebo citlivostí na lepek, aby mohli konzumovat pšeničné produkty bez nepříjemných vedlejších účinků. Také pyla publikovaná zpráva o upravené sóji pro lepší aroma sójového mléka.

Zlepšené agronomické znaky: Vědci z Číny použili úpravu genů na  hexaploidní pšenici k prodloužení  délky a zvýšení hmotnosti zrn. Identifikovali také molekulární mechanismy, které ovlivňují vývoj zrn.

Lepší adaptace na životní prostředí: S rostoucími výzvami, které představuje změna klimatu, se stále více zaměřujeme na vývoj plodin, které mohou prosperovat za nepříznivých podmínek prostředí. Vědci používají úpravy genomu k vytvoření plodin se zlepšenou tolerancí vůči suchu, salinitě  a odolnosti vůči extrémním teplotám. Příkladem může být kukuřice, kde genetická úprava zlepšuje schopnost rostlin přežívat období sucha a snižuje ztráty úrody v podmínkách nedostatku vody.

Žhavé novinky začátku roku 2024:

Výzkumníci předložili nové šlechtitelské strategie, které využívají umělou inteligenci a algoritmy strojového učení k předvídání vlastností rostlin a optimalizaci šlechtitelských programů. Tyto přístupy založené na datech mění způsob, jakým šlechtíme plodiny a mohou vést  k vývoji vysoce výnosných odrůd přizpůsobených tak, aby splňovaly požadavky měnícího se klimatu a rostoucí populace.

Kromě toho integrace omických technologií, jako je genomika, transkriptomika a metabolomika, poskytla bezprecedentní pohled na genetickou strukturu a fyziologické procesy rostlin. Odhalením složitých interakcí mezi geny a prostředím mohou vědci identifikovat klíčové regulační cesty a genetické markéry spojené s žádoucími vlastnostmi, čímž dláždí cestu pro efektivnější a cílenější šlechtitelské úsilí zejména s využitím AI.

Co očekávat v dalších letech

Průnik rostlinné biotechnologie a zdraví spotřebitelů je rychle se rozvíjející obor, který je nesmírným příslibem pro zlepšení lidské pohody a výživy. Prostřednictvím vývoje biologicky obohacených plodin obohacených o základní živiny a bioaktivní sloučeniny se výzkumníci zaměřují na řešení globálních zdravotních problémů, jako je podvýživa a nedostatek mikroživin. Tyto plodiny bohaté na živiny nabízejí nejen zvýšenou nutriční hodnotu, ale také přispívají k prevenci chronických onemocnění a podpoře celkového zdraví a pohody.

Při pohledu do budoucna spočívá úloha šlechtění rostlin v přijetí udržitelného přístupu k zemědělství, který upřednostňuje péči o životní prostředí, zachování biologické rozmanitosti a zabezpečení potravin. Díky integraci nových šlechtitelských technik s agroekologickými principy a regenerativními zemědělskými postupy mohou šlechtitelé vyvinout odolné odrůdy plodin, kterým se daří v různých agroklimatických podmínkách, přičemž minimalizují použití syntetických vstupů a snižují dopad na životní prostředí. Navíc přijetím participativních šlechtitelských přístupů, které zapojují farmáře, spotřebitele a další zainteresované strany do šlechtitelského procesu, může zajistit vývoj plodin, které splňují potřeby a preference místních komunit a požadavků na speciální výživu.

Lze říci, že konvergence nových šlechtitelských technik, rostlinné biotechnologie a zdraví spotřebitelů má obrovský potenciál pro transformaci zemědělské krajiny a zlepšení lidské pohody. Využitím síly inovací, spolupráce a udržitelnosti můžeme připravit cestu pro odolnější, výživnější a udržitelnější potravinový systém pro příští generace.

Legislativa a praktická využitelnost produktů GMO a NGT

V USA jsou GMO a rostliny s upraveným genomem regulovány třemi federálními agenturami: Agenturou pro ochranu životního prostředí (EPA), Úřadem pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) a Ministerstvem zemědělství Spojených států amerických (USDA).

USDA reguluje geneticky upravené (GE) plodiny podle zákona o ochraně rostlin (PPA) a určuje, zda podléhají regulaci jako prostředky na ochranu rostlin.  FDA dohlíží na bezpečnost geneticky upravených potravin, včetně plodin s upraveným genomem, a vyhodnocuje jejich potenciální dopad na zdraví lidí a zvířat. EPA reguluje geneticky upravené rostliny s pesticidními vlastnostmi, jako jsou plodiny odolné proti hmyzu, podle federálního zákona o insekticidech, fungicidech a rodenticidech (FIFRA). V USA není problém v plné šíři využívat GMO a rostliny s editovaným genomem.

V Austrálii jsou rostliny upravené genomem regulovány Úřadem pro regulaci genových technologií (OGTR). OGTR posuzuje rizika spojená s geneticky modifikovanými organismy (GMO), včetně rostlin upravených genomem, a určuje, zda představují hrozbu pro lidské zdraví nebo životní prostředí. V závislosti na úrovni rizika mohou rostliny s upraveným genomem vyžadovat povolení pro polní pokusy nebo komerční uvolnění. Pěstování takových rostlin je v Austrálii běžné.

Čína zavedla regulační rámce pro geneticky modifikované organismy (GMO), včetně rostlin s upraveným genomem. Ministerstvo zemědělství a venkova (MARA) dohlíží na hodnocení bezpečnosti a schvalovací proces pro geneticky modifikované plodiny, včetně rostlin s upraveným genomem. Plodiny musí projít přísným hodnocením bezpečnosti, včetně posouzení jejich potenciálního dopadu na životní prostředí a účinků na lidské zdraví.

V Evropské unii (EU) jsou rostliny s upraveným genomem regulovány legislativou EU o GMO, která zahrnuje směrnici 2001/18/ES a nařízení (ES) č. 1829/2003. Plodiny musí projít přísným hodnocením bezpečnosti, včetně posouzení jejich potenciálního dopadu na zdraví člověka a zvířat i environmentu. 

Od r. 2010 probíhá na úrovni EU diskuse o bezpečnosti a pravidlech nakládání a posuzování editovaných rostlin. I když se zdálo, že editované rostliny s malými změnami genomu budou posuzovány podle jiné legislativy, zatím se na tom členské státy  EU neshodli a diskuse dále pokračují.

Očekává  se, že editované rostliny v budoucnu posuzovány podle nového nařízení EU.

Je důležité si uvědomit, že legislativní prostředí pro rostliny s upraveným genomem se neustále vyvíjí a předpisy se mohou v každé zemi nebo regionu lišit. Proto je nezbytné konzultovat s oficiálními vládními agenturami a regulačními orgány nejaktuálnější informace o právním stavu rostlin s upraveným genomem v konkrétních zemích nebo regionech. Doufejme, že i EU je bude moci využívat ve svůj prospěch.

Použité zdroje:

https://crispr-gene-editing-regs-tracker.geneticliteracyproject.org/

https://www.isaaa.org/kc/cropbiotechupdate/newsletter/default.asp

https://www.isaaa.org/kc/cropbiotechupdate/newsletter/default.asp

https://doi.org/10.1038/s41477-023-01505-x

https://www.science.org/content/article/european-parliament-votes-ease-regulation-gene-edited-crops

Abstrakt:

Příspěvek diskutuje  nové šlechtitelské strategie a vývoj nových odrůd rostlin s vylepšenými vlastnostmi jako odolnost vůči environmentálním stresorům. Shrnuje pokrok v loňském roce.  Uvádí příklady nejslibnějších aplikací.  Legislativní prostředí pro rostliny s upraveným genomem je také diskutováno, s důrazem na neustálý vývoj předpisů v různých zemích a regionech. Dále se dokument zabývá praktickou využitelností produktů GMO a NGT v různých zemích, a aplikacemi úpravy genomu v rostlinách, včetně odolnosti vůči chorobám, vylepšeného nutričního obsahu, zlepšených agronomických znaků a adaptace na životní prostředí. Upozorňuje na složitou situaci v zemích EU

Klíčová slova:

šlechtitelské strategie, legislativa GMO, aplikace úpravy genomu v rostlinách, adaptabilita, legislativa NGT

Autor:

Jaroslava Ovesná, doc, RNDr., CSc.

VÚRV, v.v.i., Drnovská 507, 161 06 Praha 6, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript., tel. 731448336