Eine Eigenschaft, die in Reis häufig so verändert wird, dass die Reispflanzen eine geringere Größe und einen höheren Ertrag haben, wird durch Veränderungen im sogenannten semi-dwarf 1 (SD1) Gen hervorgerufen. Dieses Gen wird in verschiedenen Reis-Elitelinien in der vorliegenden Studie mit CRISPR/Cas9 verändert und in nachfolgenden Generationen nach ungewollten Veränderungen des Erbguts eingehend untersucht. Dabei zeigt sich, dass es in den verschiedenen Elitelinien zu unterschiedlichen, unbeabsichtigten Veränderungen des Erbguts kommt:
- Es treten große Umstrukturierungen wie Deletionen oder Insertionen des Genoms in der Nähe der Zielsequenz auf, ein Effekt, der bereits bei humanen Zellen beobachtet wurde, bei Pflanzen bisher noch nicht beschrieben wurde.
- Außerdem wurden in einigen Genom-editierten Linien sogenannte Off-Target-Effekte gefunden, in denen wahrscheinlich durch die Genschere CRISPR/Cas9 unbeabsichtigt ungewollte Veränderungen im Erbgut bewirkt wurden. Dabei wurden allerdings an nur 5 Bereichen des Genoms, die der eigentlichen Zielsequenz sehr ähnlich sind, nach solchen Off-Target-Effekten gesucht. Eine Genom-weite Analyse des Erbguts mit Whole Genome Sequencing Verfahren könnte noch weitere Off-Target-Effekte in DNA-Bereichen nachweisen, die der Zielsequenz weniger ähnlich sind.
Es kann abschließend nicht genau bestimmt werden, ob die in der Studie gefundenen Off-Target-Effekte eindeutig von der Genschere bewirkt wurden oder während der Arbeiten in der Zellkultur ausgelöst wurden. - Die Komponenten des CRISPR/Cas9 Systems wurden mit Hilfe des Agrobacterium tumefaciens in die Zellen eingebracht, damit die Genanlage der Genschere in das Erbgut der Reispflanzen eingebaut werden kann. Dabei wurden zusätzlich auch Teile des Vektorplasmids in das Erbgut der Reispflanzen eingebaut und waren in der zweiten Generation nach der Genom Editierung nachweisbar. Dieses Ergebnis bekräftigt die Autoren in ihrer Aussage, dass mit Hilfe von frühzeitigen molekularen Untersuchungen auch nach solchen zusätzlich integrierten DNA-Elementen gesucht werden sollte, um diese in nachfolgenden Generationen auszukreuzen.
Zusätzlich zu den Untersuchungen der ungewollten Veränderungen im Erbgut der Genom-editierten Reispflanzen, wurden verschiedene SD-1 Allele (Allele sind verschiedene Varianten eines Gens) untersucht, die durch das Genome Editing entstanden sind. Dabei zeigte sich, dass in nur einer genom-editierten Elitelinie die Veränderungen am SD1 Gen dazu führten, dass sowohl die Größe der Reispflanzen reduziert ist als auch der Ertrag erhöht wurde und somit die gewünschten Eigenschaften besitzen. In dieser Linie waren weder die Genanlage der Genschere als auch andere zusätzliche DNA-Sequenzen im Erbgut vorhanden. Die Studie zeigt, dass ungewollte Veränderungen in Reispflanzen häufig vorkommen und deshalb frühzeitig durch molekulare Untersuchungen nachgewiesen werden können.