Dr. Eduardo Blumwald (desno) i Akhilesh Yadav, Ph.D., i drugi članovi njihovog tima na Univerzitetu Kalifornije, Davis, modificirali su rižu kako bi podstakli bakterije u tlu da proizvode više dušika koji biljke mogu iskoristiti. [Trina Kleist/UC Davis]
Istraživači su koristili CRISPR za proizvodnju riže kako bi potaknuli bakterije u tlu da poprave dušik potreban za njihov rast. Nalazi bi mogli smanjiti količinu dušičnog gnojiva potrebnog za uzgoj usjeva, uštedajući američkim farmerima milijarde dolara svake godine i doprinoseći okolišu smanjenjem zagađenja dušikom.
“Biljke su nevjerovatne hemijske fabrike,” rekao je dr Eduardo Blumwald, ugledni profesor biljnih nauka na Univerzitetu Kalifornije, Davis, koji je vodio studiju. Njegov tim je koristio CRISPR da poboljša razgradnju apigenina u pirinču. Otkrili su da apigenin i drugi spojevi uzrokuju bakterijsku fiksaciju dušika.
Njihov rad je objavljen u časopisu Plant Biotechnology (“Genetička modifikacija biosinteze pirinčanih flavonoida poboljšava formiranje biofilma i biološku fiksaciju dušika bakterijama koje fiksiraju dušik u tlu”).
Azot je neophodan za rast biljaka, ali biljke ne mogu direktno pretvoriti dušik iz zraka u oblik koji mogu koristiti. Umjesto toga, biljke se oslanjaju na apsorpciju neorganskog dušika, kao što je amonijak, koji proizvode bakterije u tlu. Poljoprivredna proizvodnja se zasniva na upotrebi đubriva koja sadrže azot za povećanje produktivnosti biljaka.
"Ako biljke mogu proizvoditi kemikalije koje omogućavaju bakterijama u tlu da fiksiraju atmosferski dušik, možemo konstruirati biljke da proizvode više ovih kemikalija", rekao je. “Ove kemikalije potiču bakterije u tlu da fiksiraju dušik, a biljke koriste nastali amonijak, smanjujući tako potrebu za kemijskim gnojivima.”
Broomwaldov tim je koristio hemijsku analizu i genomiku da identifikuje spojeve u biljkama riže – apigenin i druge flavonoide – koji pojačavaju aktivnost bakterija na fiksiranju dušika.
Zatim su identifikovali puteve za proizvodnju hemikalija i koristili CRISPR tehnologiju za uređivanje gena kako bi povećali proizvodnju jedinjenja koja stimulišu stvaranje biofilma. Ovi biofilmovi sadrže bakterije koje pospješuju transformaciju dušika. Kao rezultat, povećava se aktivnost bakterija koje fiksiraju dušik i povećava se količina amonijaka dostupnog biljci.
"Poboljšane biljke pirinča pokazale su povećan prinos zrna kada se uzgajaju u uslovima ograničenim azotom u tlu", napisali su istraživači u radu. “Naši rezultati podržavaju manipulaciju putem biosinteze flavonoida kao način induciranja biološke fiksacije dušika u žitaricama i smanjenja sadržaja anorganskog dušika. Upotreba đubriva. Prave strategije.”
Druge biljke također mogu koristiti ovaj put. Univerzitet u Kaliforniji je podnio zahtjev za patent na tehnologiju i trenutno ga čeka. Istraživanje je finansirala fondacija Will W. Lester. Osim toga, Bayer CropScience podržava dalja istraživanja na ovu temu.
„Azotna đubriva su veoma, veoma skupa“, rekao je Blumvald. “Važno je sve što može eliminirati te troškove. S jedne strane, to je pitanje novca, ali i dušik ima štetne posljedice po okoliš.”
Većina primijenjenih gnojiva se gubi, prodire u tlo i podzemne vode. Blumwaldovo otkriće moglo bi pomoći u zaštiti okoliša smanjenjem zagađenja dušikom. „Ovo bi moglo da obezbedi održivu alternativnu poljoprivrednu praksu koja bi smanjila upotrebu viška azotnog đubriva“, rekao je on.