A segurança alimentar no futuro dependerá do aumento da produção de três cereais: trigo (Triticum aestivum L.), arroz (Oryza sativa L.) e milho (Zea mays L.). O Brasil é o nono maior produtor de arroz do mundo e o maior produtor fora da Ásia, sendo que mais de 70% da produção nacional está concentrada no estado do Rio Grande do Sul. De 1972 a 2016, o programa de melhoramento de arroz irrigado da Embrapa desenvolveu cultivares superiores quanto ao rendimento de grãos, à altura de plantas e à precocidade. Dentre essas cultivares destaca-se a BRS Pampeira, lançada em 2016, que tem elevada qualidade de grãos e potencial de rendimento superior a 10 t ha-1, além de caracteres agronômicos e industriais adequados. No entanto, apesar dos avanços obtidos pelos programas de melhoramento genético, é provável que o uso isolado de técnicas convencionais não seja suficiente para contornar os principais desafios que ainda afetam a produção, incluindo os principais problemas fitossanitários da cultura.
O arroz vermelho (Oryza sativa f. spontanea) é uma das plantas daninhas mais difíceis de controlar nas lavouras de arroz. A infestação severa pode causar perdas no rendimento de até 90%, além de aumentar os custos de produção e depreciar o produto colhido, reduzindo a lucratividade. A introdução do arroz não-transgênico resistente à imidazolinona (arroz-IMI resistente), obtido por uma mutação espontânea, facilitou o controle seletivo do arroz vermelho, o que, juntamente com outras práticas de manejo, aumentou o rendimento de grãos de arroz no Sul do Brasil, em aproximadamente 50%. Os benefícios do arroz IMI-resistente indicam que esta é uma das tecnologias mais importantes para a cultura do arroz desde a introdução das variedades anãs nos anos 1970. Este projeto tem como objetivo produzir linhagens de arroz derivadas da BRS Pampeira com resistência a herbicidas imidazolinonas, utilizando mutações direcionadas mediadas por CRISPR-Cas9 integradas aos sistemas tradicionais de melhoramento. A edição genômica é uma técnica inovadora de melhoramento de precisão (TIMP) altamente promissora devido à sua simplicidade e baixo custo. Já existem protocolos publicados em que se obteve a resistência às imidazolinonas por meio de edição genômica via CRISPR-Cas9 em variedades de arroz “japônica”. Neste projeto, estes protocolos serão ajustados para a criação de linhagens de arroz “indica” (que é o germoplasma básico das cultivares brasileiras), portando a característica desejada. Desde a sua recente descoberta, a edição genômica mediada por CRISPR-Cas9 vem constantemente evoluindo, sendo que existem protocolos para a edição multiplex em arroz e outras plantas, tendo sido reportada a edição de até 46 sítios no genoma do arroz na mesma reação. Diante dessa perspectiva, esta proposta aproveita a potencialidade da ferramenta para buscar a mitigação de um segundo desafio fitossanitário da cultura do arroz: a brusone. Há mais de 40 anos, a brusone é a principal doença que ataca a lavoura orizícola no Rio Grande do Sul, reduzindo a produtividade e o aumento do custo de produção devido à aplicação de fungicidas. Existem dificuldades adicionais como as poucas opções de produtos químicos eficientes e a consequente resistência que pode ser desenvolvida pelo patógeno. Na safra 2015/2016, das 10 cultivares mais plantadas no Rio Grande do Sul, 60% delas são suscetíveis à brusone e, mesmo as cultivares resistentes, não mantêm a característica ao longo do tempo. Considerando que também existem protocolos publicados para a edição genômica em arroz “japônica” que proporcionaram ampliação da resistência à brusone, com reduções significativas na área foliar afetada e no tamanho das lesões, esta estratégia atingirá dois dos maiores problemas fitossanitários da cultura do arroz, otimizando o uso de infraestrutura e dos esforços de mão de obra para o melhoramento de precisão dos dois caracteres alvo. O projeto está estruturado em três fases: na fase 1 será realizada a edição genômica da cultivar BRS Pampeira e genotipagem para detecção das mutações nos dois genes alvo. Na fase 2 as linhagens portadoras das mutações desejadas serão fenotipadas para os caracteres alvo. Na fase 3 serão fenotipados os caracteres agronômicos não alvo e os indicadores de qualidade tecnológica. O projeto prevê o envolvimento das equipes da Embrapa Clima Temperado, da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia e da Universidade Federal de Pelotas. Ainda, haverá a colaboração de equipes de pesquisadores chineses, japoneses e franceses, que têm vasta experiência em engenharia genética vegetal e transformação genética de plantas, tendo sido pioneiros no uso da tecnologia CRISPR-Cas9 em arroz e outras culturas de importância agrícola. Os resultados previstos neste projeto contribuirão para o alcance dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável da Agenda 2030 das Nações Unidas, como por exemplo: Fome zero (ODS 2), Fomento à inovação (ODS 9) e Consumo e produção responsável (ODS 12).