https://bezpecnostpotravin.cz/files/2026/02/kakaovnik_Pixabay_orez-300x160.jpg 300w, https://bezpecnostpotravin.cz/files/2026/02/kakaovnik_Pixabay_orez-768x410.jpg 768w" alt="" width="881" height="470" class="wp-image-91053" style="box-sizing: border-box; height: auto; max-width: 100%; border: 0px; display: inline-block; vertical-align: bottom; contain-intrinsic-size: 3000px 1500px;" loading="lazy" decoding="async" />
Globální trh s čokoládou dosahuje hodnoty přes 135 miliard dolarů ročně, avšak dlouhodobou produkci kakaa významně ohrožují závažná onemocnění rostlin. K nejničivějším patří houbová choroba kakaovníků známá jako černá hniloba lusků (black pod disease), kterou způsobují patogeny rodu Phytophthora. Jde o eukaryotní oomycety, organismy podobné plísním, jež napadají nejen kakaové lusky s plody, ale u některých druhů také listy, stonky a kořeny. V některých pěstitelských oblastech vede tato choroba ke ztrátám úrody dosahujícím až 30 %. Pro miliony drobných farmářů, zejména v západní Africe, jsou náklady na chemickou ochranu a další fytosanitární opatření často neúnosné, což zvyšuje zájem o alternativní řešení, i o geneticky podmíněnou odolnost rostlin. Vědecký tým z Pensylvánské státní univerzity (Penn State University) vedený Markem Guiltinanem proto vyvinul nové linie kakaovníků se zvýšenou odolností vůči chorobám, a to pomocí genové editace CRISPR/Cas9 v kombinaci s klasickým šlechtěním.
Rostliny disponují sofistikovaným imunitním systémem, jehož aktivace je pečlivě regulována, aby nedocházelo k nadměrnému energetickému zatížení. V této regulaci hraje důležitou roli genová rodina NPR (Non-expressor of Pathogenesis-Related (PR) genes). Zatímco gen NPR1 funguje po rozpoznání patogenu jako hlavní aktivátor obranných reakcí, geny typu NPR3 plní opačnou funkci a imunitní odpověď tlumí. U kakaovníku tuto úlohu zastává gen TcNPR3, který vědci přirovnávají k „molekulární brzdě“ imunitního systému. Výzkum amerických vědců vycházel z předpokladu, že narušením funkce tohoto genu lze zvýšit základní úroveň obranyschopnosti rostliny. Předchozí experimenty využívající regulační RNA ke snížení aktivity TcNPR3 ukázaly, že tento zásah vede k výraznému potlačení rozvoje infekce.
Pro přesnou úpravu genomu využil tým technologii CRISPR/Cas9. Do buněk kakaovníku byly vneseny genetické konstrukty obsahující enzym Cas9 a dvě vodicí gRNA, které nasměrovaly zásah do specifických oblastí genu TcNPR3. Výsledkem byly rostliny s narušenou funkcí tohoto genu, a to buď v důsledku rozsáhlejší delece části genetické informace, nebo drobné mutace vedoucí k posunu čtecího rámce a vzniku nefunkčního proteinu. V obou případech došlo k funkčnímu knockoutu genu, jenž za normálních okolností tlumí imunitní reakce rostliny.
Za účelem eliminace přítomnosti cizí DNA v konečných rostlinách byl biotechnologický zásah kombinován s klasickým šlechtěním. CRISPR editované rostliny byly zkříženy s běžnými kakaovníky a v následující generaci došlo k přirozené genetické segregaci. Část potomstva si zachovala žádoucí mutaci v TcNPR3, avšak současně již neobsahovala žádné transgenní sekvence, například gen pro nukleasu Cas9. Tyto rostliny byly nejprve identifikovány pomocí fluorescenčních markerů a následně byla primární sekvence DNA ověřena celogenomovým sekvenováním. Pečlivý výběr vedl k získání linií, které jsou geneticky editované, nikoli však transgenní, což je klíčové jak z hlediska jejich budoucí regulace, tak společenské akceptace.
Analýza genové exprese ukázala, že mutace v TcNPR3 vede k trvalé aktivaci několika obranných mechanismů. Došlo ke zvýšené produkci reaktivních forem kyslíku, například peroxidu vodíku, které mohou patogeny poškozovat přímo a zároveň přispívají k zesílení buněčných stěn. Současně se změnila regulace metabolismu železa, což vedlo k jeho vyšší dostupnosti v buňkách, a tím i k tvorbě toxických radikálů znesnadňujících přežívání patogenů. Významně se rovněž zvýšila exprese genů pro enzymy, které narušují buněčné stěny patogenu nebo se podílejí na dalších obranných reakcích rostliny. Klíčovým zjištěním přitom je, že ani trvale aktivovaný obranný systém nevedl k růstovým retardacím, takže se editované rostliny fenotypově nelišily od běžných kakaovníků.
Zvýšená odolnost byla ověřena laboratorními testy, při nichž byly listy infikovány patogenem Phytophthora palmivora. U neupravených rostlin se vytvářely rozsáhlé nekrotické léze, zatímco u editovaných linií byly poškozené plochy výrazně omezené. Celkově se náchylnost k infekci snížila přibližně o 42 %, a to i u netransgenních potomků získaných následným křížením.
Americké ministerstvo zemědělství následně potvrdilo, že tyto linie nepodléhají v USA regulaci GMO, protože neobsahují žádnou cizí DNA. To výrazně zkracuje cestu od laboratorního výzkumu k praktickému využití v zemědělství. Zatímco tradiční šlechtění kakaovníků může trvat i několik desetiletí, genová editace umožňuje dosáhnout srovnatelných výsledků během několika let. Pro regiony, kde jsou výnosy kakaa silně ovlivňovány chorobami i klimatickými extrémy, to představuje reálnou možnost stabilizace produkce, snížení potřeby chemických zásahů a omezení dalšího odlesňování.
Vědecký tým nyní připravuje polní testy v tropických oblastech, které umožní posoudit chování editovaných kakaovníků v přirozených podmínkách a při dlouhodobém tlaku různých patogenů. Současně probíhá výzkum ovlivnění dalších genetických cílů, jejichž úpravou by bylo možné vytvořit rostliny s ještě širší a trvalejší odolností. Studie tak názorně ukazuje, že moderní biotechnologie může, v souladu s platnými regulačními rámci pro netransgenní editované organismy, nabídnout konkrétní řešení problémů ohrožujících globální zemědělství.
Zdroje:
- https://www.isaaa.org/kc/cropbiotechupdate/article/default.asp?ID=21528
- Guiltinan, M.J., Landherr, L., Maximova, S.N., DelVecchio, D., Sebastian, A., and Albert, I., 2025. Reduced Susceptibility to Phytophthora in Non‐Transgenic Cacao Progeny Through CRISPR–Cas9 Mediated TcNPR3 Mutagenesis. Plant Biotechnology Journal, 24(1). doi: 10.1111/pbi.70365
Zdroj článku: BIOTRIN