Dr. Eduardo Blumwald (desno) i Akhilesh Yadav, Ph.D., i drugi članovi njihovog tima sa Sveučilišta u Kaliforniji, Davis, modificirali su rižu kako bi potaknuli bakterije u tlu da proizvode više dušika koji biljke mogu iskoristiti. [Trina Kleist/UC Davis]
Istraživači su koristili CRISPR za izradu riže kako bi potaknuli bakterije u tlu da fiksiraju dušik potreban za njihov rast. Nalazi bi mogli smanjiti količinu dušičnog gnojiva potrebnog za uzgoj usjeva, štedeći američke poljoprivrednike milijarde dolara svake godine i doprinoseći okolišu smanjenjem onečišćenja dušikom.
“Biljke su nevjerojatne kemijske tvornice,” rekao je dr. Eduardo Blumwald, istaknuti profesor znanosti o biljkama na Sveučilištu California, Davis, 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 je rad objavljen u časopisu Plant Biotechnology (“Genetska modifikacija biosinteze flavonoida riže poboljšava stvaranje biofilma i biološku fiksaciju dušika pomoću bakterija koje fiksiraju dušik u tlu”).
Dušik je bitan 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 za povećanje produktivnosti biljaka.
"Ako biljke mogu proizvesti kemikalije koje omogućuju bakterijama u tlu da vežu atmosferski dušik, možemo projektirati biljke da proizvode više tih kemikalija", rekao je. "Ove kemikalije potiču bakterije u tlu da fiksiraju dušik, a biljke koriste dobiveni amonij, čime se smanjuje potreba za kemijskim gnojivima."
Broomwaldov tim upotrijebio je kemijsku analizu i genomiku kako bi identificirao spojeve u biljkama riže – apigenin i druge flavonoide – koji pojačavaju aktivnost vezanja dušika kod bakterija.
Zatim su identificirali putove za proizvodnju kemikalija i upotrijebili CRISPR tehnologiju za uređivanje gena kako bi povećali proizvodnju spojeva koji stimuliraju stvaranje biofilma. Ovi biofilmovi sadrže bakterije koje pospješuju transformaciju dušika. Kao rezultat toga, povećava se aktivnost vezanja dušika kod bakterija i povećava se količina amonijaka dostupna biljci.
"Poboljšane biljke riže pokazale su povećani prinos zrna kada su uzgajane u uvjetima s ograničenim dušikom u tlu", napisali su istraživači u radu. „Naši rezultati podupiru manipulaciju puta biosinteze flavonoida kao načina za induciranje biološke fiksacije dušika u žitaricama i smanjenje sadržaja anorganskog dušika. Upotreba gnojiva. Prave strategije.”
I druge biljke mogu koristiti ovaj put. Kalifornijsko sveučilište podnijelo je zahtjev za patentiranje tehnologije i trenutno ga čeka. Istraživanje je financirala Zaklada Will W. Lester. Osim toga, Bayer CropScience podupire daljnja istraživanja na ovu temu.
"Dušična gnojiva su vrlo, vrlo skupa", rekao je Blumwald. “Važno je sve što može eliminirati te troškove. S jedne strane, to je pitanje novca, ali i dušik 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. "Ovo bi moglo osigurati održivu alternativnu poljoprivrednu praksu koja bi smanjila upotrebu viška dušikovih gnojiva", rekao je.