Dr. Eduardo Blumwald (desno) i Akhilesh Yadav, doktor nauka, i drugi članovi njihovog tima na Univerzitetu Kalifornija, Davis, modificirali su rižu kako bi potaknuli bakterije u tlu da proizvode više dušika koji biljke mogu koristiti. [Trina Kleist/UC Davis]
Istraživači su koristili CRISPR za modifikaciju riže kako bi potaknuli bakterije u tlu da fiksiraju dušik potreban za njihov rast. Nalazi bi mogli smanjiti količinu dušičnih gnojiva potrebnih za uzgoj usjeva, štedeći američkim poljoprivrednicima milijarde dolara svake godine i koristeći okoliš smanjenjem zagađenja dušikom.
„Biljke su nevjerovatne hemijske fabrike“, rekao je dr. Eduardo Blumwald, ugledni profesor biljnih nauka na Univerzitetu Kalifornija, Davis, koji je vodio studiju. Njegov tim je koristio CRISPR kako bi poboljšao razgradnju apigenina u riži. Otkrili su da apigenin i drugi spojevi uzrokuju bakterijsku fiksaciju dušika.
Njihov rad je objavljen u časopisu Plant Biotechnology („Genetska modifikacija biosinteze flavonoida riže poboljšava formiranje biofilma i biološku fiksaciju dušika bakterijama koje fiksiraju dušik u tlu“).
Dušik 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, poput amonijaka, koji proizvode bakterije u tlu. Poljoprivredna proizvodnja zasniva se na upotrebi gnojiva koja sadrže dušik kako bi se povećala produktivnost biljaka.
„Ako biljke mogu proizvoditi hemikalije koje omogućavaju bakterijama u tlu da fiksiraju atmosferski azot, možemo modifikovati biljke da proizvode više ovih hemikalija“, rekao je. „Ove hemikalije podstiču bakterije u tlu da fiksiraju azot, a biljke koriste nastali amonijak, čime se smanjuje potreba za hemijskim đubrivima.“
Broomwaldov tim je koristio hemijsku analizu i genomiku kako bi identifikovao jedinjenja u biljkama riže - apigenin i druge flavonoide - koja pojačavaju aktivnost bakterija u vezivanju azota.
Zatim su identificirali puteve za proizvodnju hemikalija i koristili CRISPR tehnologiju uređivanja gena kako bi povećali proizvodnju spojeva koji stimuliraju stvaranje biofilma. Ovi biofilmovi sadrže bakterije koje poboljšavaju transformaciju dušika. Kao rezultat toga, aktivnost bakterija u fiksiranju dušika povećava se, a količina amonijaka dostupna biljci povećava se.
„Poboljšane biljke riže pokazale su povećan prinos zrna kada su uzgajane u uslovima ograničenog sadržaja dušika u tlu“, napisali su istraživači u radu. „Naši rezultati podržavaju manipulaciju putem biosinteze flavonoida kao način indukovanja biološke fiksacije dušika u zrnima i smanjenja sadržaja neorganskog dušika. Upotreba gnojiva. Prave strategije.“
I druge biljke mogu koristiti ovaj put. Univerzitet u Kaliforniji je podnio zahtjev za patent za tehnologiju i trenutno ga čeka. Istraživanje je finansirala Fondacija Will W. Lester. Osim toga, Bayer CropScience podržava daljnja istraživanja na ovu temu.
„Azotna gnojiva su veoma, veoma skupa“, rekao je Blumwald. „Sve što može eliminisati te troškove je važno. S jedne strane, to je pitanje novca, ali azot takođe ima štetne efekte na okolinu.“
Većina primijenjenih gnojiva se gubi, prodirući u tlo i podzemne vode. Blumwaldovo otkriće moglo bi pomoći u zaštiti okoliša smanjenjem zagađenja dušikom. „Ovo bi moglo pružiti održivu alternativnu poljoprivrednu praksu koja bi smanjila upotrebu viška dušičnih gnojiva“, rekao je.