Doktor Eduardo Blumwald (vpravo) a Akhilesh Yadav, Ph.D., a ďalší členovia ich tímu na Kalifornskej univerzite v Davise upravili ryžu, aby podporili pôdne baktérie, aby produkovali viac dusíka, ktorý môžu rastliny využiť. [Trina Kleist/UC Davis]
Výskumníci použili CRISPR na prípravu ryže, aby povzbudili pôdne baktérie, aby fixovali dusík potrebný na ich rast. Zistenia by mohli znížiť množstvo dusíkatých hnojív potrebných na pestovanie plodín, čím by americkým farmárom ušetrili miliardy dolárov ročne a prospeli životnému prostrediu znížením znečistenia dusíkom.
„Rastliny sú neuveriteľné chemické továrne,“ povedal Dr. Eduardo Blumwald, uznávaný profesor rastlinných vied na Kalifornskej univerzite v Davise, ktorý viedol štúdiu. Jeho tím použil 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 z ryže zvyšuje tvorbu biofilmu a biologickú fixáciu dusíka pôdnymi baktériami viažucimi dusík“).
Dusík je nevyhnutný pre rast rastlín, ale rastliny nemôžu priamo premieňať dusík zo vzduchu na formu, ktorú môžu použiť. Namiesto toho sa rastliny spoliehajú na absorbovanie anorganického dusíka, ako je amoniak, produkovaný baktériami v pôde. Poľnohospodárska výroba je založená na používaní hnojív s obsahom dusíka na zvýšenie produktivity rastlín.
"Ak rastliny dokážu produkovať chemikálie, ktoré umožňujú pôdnym baktériám fixovať atmosférický dusík, môžeme skonštruovať rastliny tak, aby produkovali viac týchto chemikálií," povedal. "Tieto chemikálie podporujú pôdne baktérie, aby fixovali dusík 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.
Potom identifikovali cesty na výrobu chemikálií a použili technológiu úpravy génov CRISPR na zvýšenie produkcie zlúčenín, ktoré stimulujú tvorbu biofilmu. Tieto biofilmy obsahujú baktérie, ktoré zlepšujú transformáciu dusíka. V dôsledku toho sa zvyšuje aktivita baktérií viazať dusík a zvyšuje sa množstvo amónia, ktoré má rastlina k dispozícii.
"Vylepšené rastliny ryže vykazovali zvýšený výnos zrna, keď sa pestovali v podmienkach s obmedzeným obsahom dusíka v pôde," napísali vedci v článku. „Naše výsledky podporujú manipuláciu s cestou biosyntézy flavonoidov ako spôsob, ako vyvolať biologickú fixáciu dusíka v zrnách a znížiť obsah anorganického dusíka. Použitie hnojív. Skutočné stratégie."
Túto cestu môžu použiť aj iné rastliny. Kalifornská univerzita požiadala o patent na technológiu a momentálne naň čaká. Výskum bol financovaný nadáciou Willa W. Lestera. Okrem toho Bayer CropScience podporuje ďalší výskum na túto tému.
"Dusíkaté hnojivá sú veľmi, veľmi drahé," povedal Blumwald. „Všetko, čo dokáže tieto náklady eliminovať, je dôležité. Na jednej strane je to otázka peňazí, ale aj dusík má škodlivé účinky na životné prostredie.“
Väčšina aplikovaných hnojív sa stráca, presakuje do pôdy a podzemných vôd. Blumwaldov objav by mohol pomôcť chrániť životné prostredie znížením znečistenia dusíkom. "To by mohlo poskytnúť udržateľnú alternatívnu poľnohospodársku prax, ktorá by znížila používanie prebytočného dusíkatého hnojiva," povedal.