Glutathione transferases provide resistance to chemical stress in rice (Oryza sativa) Glutationtransferaser ger resistens mot kemisk stress i ris (Oryza sativa) Ris är en stapelföda i stora delar av världen. I Egypten, där 15% av odlingsarealen planteras med ris, producerades 2015/2016 >5 miljoner ton, men skörden per hektar var 22% mindre än årsmedelvärdet för den tidigare femårsperioden. Förklaringen till detta låga utbyte, som är bottennoteringen för 25 år, ligger till stor del i höga temperaturer som i Nildeltat överskred normala nivåer från mitten av juli t.o.m. september. Deltat kring Nilen är det huvudsakliga odlingsområdetför ris i Egypten och förhöjda temperaturer och ökande salthalter i risodlingarnas vatten utgör ett hot. Vattnet kommer till största delen från omgivande jordbruksområden och kan vara kontaminerat med pesticider och andra bekämpningsmedel. Ett annat hot är ogräs, som i risodlingar bekämpas med herbicider såsom butachlor.Glutationtransferaser (GST) är enzymer som är centrala i högre organismers avgiftning av skadliga ämnen. Modellförsök har visat att GST kan skydda växter mot ökad salthalt i odlingsmediet och mot olika former av kemisk stress inklusive herbicider. Ris är utrustat med minst 79 olika gener som kodar för GST-enzymer fördelade på olika men strukturellt besläktade klasser. Enzymerna har olika funktionella egenskaper och somliga bryter ned herbicider och skyddar därmed risplantor vid bekämpning av ogräs. Två av dessa enzymer i ris, GSTL2 och GSTU4, från olika klasser har visats skydda mot torka, salt, arsenik och vissa herbicider, och enzymernas koncentration i celler ökar då växten exponeras för vissaherbicider som chlorsulfuron och glyphosat.Det omedelbara målet för detta projekt är att karakterisera enzymerna GSTL2 och GSTU4 för att ge ledning för utvecklandet av risvarieteter med ökad tolerans mot toxiska ämnen och miljöpåverkan i form av torka, salt, och metaller. Valet av dessa GST grundas på tidigare rapporter där de i levande växter visats ge resistens av efterfrågat slag. Vi har utvecklat metodik för att framställa skräddarsydda enzymer i syfte att optimera önskade egenskaper. Genom att bygga på biokemisk karakterisering av GST-enzymer och deras mutanter kan mer effektiva enzymer framställas för att erhålla resistens i ris. De fördelaktiga mutationerna kan sedan införas i GST-genen i risceller med hjälp av genetiska verktyg, såsom gen-editering via CRISPR/Cas9 eller via transgenes med en viral vektor. I en senare fas, efter avslutandet av detta projekt, kan växtförädling påbörjas för att utveckla nya riskultivarer med förbättrad förmåga att möta de nya utmaningar som ändrat klimat och kemisk exponering, inklusive herbicider i risodlingen, som begränsar produktionen av ris i Egypten och i många andra länder. The immediate goal is to characterize two enzymes from rice, GSTL2 and GSTU4, both implicated in protection of rice plants from different kinds of environmental stress including drought, salt, metals and other pollutants. The enzymes could also provide tolerance to herbicides use in rice fields to combat weeds. The enzymes will be obtained from synthetic genes and produced in the laboratory for biochemical experiments with commonly used herbicides. We want to enhance the activity of the enzymes by engineered mutations such that their protective effect is augmented. By elucidating mutations necessary for generating more resistant varieties, rice can be modified via gene editing, which will follow the present project.The work will be done in close collaboration between groups in Stockholm and Cairo. The principal investigator in Stockholm will direct the work and be responsible for the multivariate analysis underlying the molecular engineering. Screening of sets of mutants for enhanced activities will also be done in Stockholm. The purification of enzymes and activity measurements will be made in Cairo. Regular reciprocal visits as well as workshops between the two sites will make all participants engaged in all aspects of the work.The ultimate goal is to obtain new rice cultivars in which designed GST enzymes afford increased resistance to herbicides and other forms of environmental stress. Such varieties could better withstand climate change and increase the rice production.