Dr. Eduardo Blumwald (desno) i Akhilesh Yadav, dr. sc., te drugi članovi njihovog tima na Sveučilištu Kalifornija u Davisu, modificirali su rižu kako bi potaknuli bakterije u tlu na proizvodnju 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 okolišu smanjenjem onečišćenja dušikom.
„Biljke su nevjerojatne kemijske tvornice“, rekao je dr. Eduardo Blumwald, ugledni profesor biljnih znanosti na Sveučilištu Kalifornija u Davisu, koji je vodio studiju. Njegov tim koristio je CRISPR kako bi poboljšao razgradnju apigenina u riži. Otkrili su da apigenin i drugi spojevi uzrokuju bakterijsku fiksaciju dušika.
Njihov rad objavljen je u časopisu Plant Biotechnology („Genetska modifikacija biosinteze flavonoida riže poboljšava stvaranje biofilma i biološku fiksaciju dušika bakterijama koje fiksiraju dušik u tlu“).
Dušik je neophodan za rast biljaka, ali biljke ne mogu izravno pretvoriti dušik iz zraka u oblik koji mogu koristiti. Umjesto toga, biljke se oslanjaju na apsorpciju anorganskog dušika, poput amonijaka, koji proizvode bakterije u tlu. Poljoprivredna proizvodnja temelji se na korištenju gnojiva koja sadrže dušik kako bi se povećala produktivnost biljaka.
„Ako biljke mogu proizvoditi kemikalije koje omogućuju bakterijama u tlu da fiksiraju atmosferski dušik, možemo ih inženjerski prilagoditi da proizvode više tih kemikalija“, rekao je. „Te kemikalije potiču bakterije u tlu da fiksiraju dušik, a biljke koriste nastali amonij, čime se smanjuje potreba za kemijskim gnojivima.“
Broomwaldov tim koristio je kemijsku analizu i genomiku kako bi identificirao spojeve u biljkama riže - apigenin i druge flavonoide - koji pojačavaju aktivnost bakterija u fiksiranju dušika.
Zatim su identificirali putove za proizvodnju kemikalija i koristili CRISPR tehnologiju uređivanja gena kako bi povećali proizvodnju spojeva koji stimuliraju stvaranje biofilma. Ovi biofilmovi sadrže bakterije koje pojačavaju transformaciju dušika. Kao rezultat toga, povećava se aktivnost bakterija u fiksiranju dušika i povećava se količina amonijaka dostupnog biljci.
„Poboljšane biljke riže pokazale su povećani prinos zrna kada su uzgajane u uvjetima ograničenog dušika u tlu“, napisali su istraživači u radu. „Naši rezultati podržavaju manipulaciju putem biosinteze flavonoida kao način induciranja biološke fiksacije dušika u zrnima i smanjenja sadržaja anorganskog dušika. Upotreba gnojiva. Prave strategije.“
I druge biljke mogu koristiti ovaj put. Sveučilište u Kaliforniji podnijelo je zahtjev za patent za tehnologiju i trenutno ga čeka. Istraživanje je financirala Zaklada Will W. Lester. Osim toga, Bayer CropScience podržava daljnja istraživanja na ovu temu.
„Dušična gnojiva su vrlo, vrlo skupa“, rekao je Blumwald. „Sve što može eliminirati te troškove je važno. S jedne strane, to je pitanje novca, ali dušik također ima štetne učinke na okoliš.“
Većina primijenjenih gnojiva se gubi, prodire u tlo i podzemne vode. Blumwaldovo otkriće moglo bi pomoći u zaštiti okoliša smanjenjem onečišćenja dušikom. „To bi moglo pružiti održivu alternativnu poljoprivrednu praksu koja bi smanjila upotrebu viška dušičnih gnojiva“, rekao je.