Dr. Eduardo Blumwald (vpravo) a Akhilesh Yadav, PhD., a ďalší členovia ich tímu na Kalifornskej univerzite v Davise modifikovali ryžu, aby povzbudili pôdne baktérie k produkcii väčšieho množstva dusíka, ktorý môžu rastliny využiť. [Trina Kleist/UC Davis]
Výskumníci použili technológiu CRISPR na modifikáciu ryže, ktorá by povzbudila pôdne baktérie k fixácii dusíka potrebného pre ich rast. Zistenia by mohli znížiť množstvo dusíkatých hnojív potrebných na pestovanie plodín, čo by americkým farmárom ročne ušetrilo miliardy dolárov a prospelo by životnému prostrediu znížením znečistenia dusíkom.
„Rastliny sú neuveriteľné chemické továrne,“ povedal Dr. Eduardo Blumwald, významný profesor rastlinných vied na Kalifornskej univerzite v Davise, ktorý viedol štúdiu. Jeho tím použil technológiu CRISPR na zlepšenie rozkladu apigenínu v ryži. Zistili, že apigenín a ďalšie zlúčeniny spôsobujú bakteriálnu fixáciu dusíka.
Ich práca bola publikovaná v časopise Plant Biotechnology („Genetická modifikácia biosyntézy flavonoidov v ryži zlepšuje tvorbu biofilmu a biologickú fixáciu dusíka baktériami fixujúcimi dusík v pôde“).
Dusík je nevyhnutný pre rast rastlín, ale rastliny nedokážu priamo premeniť dusík zo vzduchu na formu, ktorú môžu využiť. Namiesto toho sa rastliny spoliehajú na absorpciu anorganického dusíka, ako je amoniak, ktorý produkujú baktérie v pôde. Poľnohospodárska výroba je založená na používaní hnojív obsahujúcich dusík na zvýšenie produktivity rastlín.
„Ak rastliny dokážu produkovať chemikálie, ktoré umožňujú pôdnym baktériám fixovať atmosférický dusík, môžeme rastliny skonštruovať tak, aby produkovali viac týchto chemikálií,“ povedal. „Tieto chemikálie povzbudzujú pôdne baktérie k fixácii dusíka a rastliny využívajú výsledný amónium, čím sa znižuje potreba chemických hnojív.“
Broomwaldov tím použil chemickú analýzu a genomiku na identifikáciu zlúčenín v rastlinách ryže – apigenínu a iných flavonoidov – ktoré zvyšujú aktivitu baktérií pri fixácii dusíka.
Následne identifikovali dráhy produkcie chemikálií a pomocou technológie génovej úpravy CRISPR zvýšili produkciu zlúčenín, ktoré stimulujú tvorbu biofilmov. Tieto biofilmy obsahujú baktérie, ktoré zvyšujú transformáciu dusíka. V dôsledku toho sa zvyšuje aktivita baktérií fixujúcich dusík a zvyšuje sa množstvo amoniaku dostupného pre rastlinu.
„Vylepšené rastliny ryže vykazovali zvýšený výnos zrna pri pestovaní v podmienkach s obmedzeným obsahom dusíka v pôde,“ napísali výskumníci v článku. „Naše výsledky podporujú manipuláciu s dráhou biosyntézy flavonoidov ako spôsob indukcie biologickej fixácie dusíka v zrnách a zníženia obsahu anorganického dusíka. Použitie hnojív. Skutočné stratégie.“
Túto cestu môžu využiť aj iné rastliny. Kalifornská univerzita požiadala o patent na túto technológiu a v súčasnosti naň čaká. Výskum financovala Nadácia Willa W. Lestera. Okrem toho spoločnosť Bayer CropScience podporuje ďalší výskum na túto tému.
„Dusíkaté hnojivá sú veľmi, veľmi drahé,“ povedal Blumwald. „Všetko, čo môže tieto náklady eliminovať, je dôležité. Na jednej strane je to otázka peňazí, ale dusík má aj škodlivé účinky na životné prostredie.“
Väčšina aplikovaných hnojív sa stráca a presakuje do pôdy a podzemných vôd. Blumwaldov objav by mohol pomôcť chrániť životné prostredie znížením znečistenia dusíkom. „Toto by mohlo poskytnúť udržateľný alternatívny poľnohospodársky postup, ktorý by znížil používanie nadmerného množstva dusíkatých hnojív,“ povedal.