Д-р Едуардо Блумвалд (вдясно) и Ахилеш Ядав, Ph.D., и други членове на техния екип в Калифорнийския университет, Дейвис, модифицираха ориза, за да насърчат почвените бактерии да произвеждат повече азот, който растенията могат да използват. [Трина Клайст/UC Davis]
Изследователите са използвали CRISPR, за да създадат ориз, за ​​да насърчат почвените бактерии да фиксират азота, необходим за растежа им. Констатациите могат да намалят количеството азотни торове, необходими за отглеждане на култури, спестявайки на американските фермери милиарди долари всяка година и облагодетелствайки околната среда чрез намаляване на замърсяването с азот.
„Растенията са невероятни химически фабрики“, каза д-р Едуардо Блумуалд, изтъкнат професор по растителни науки в Калифорнийския университет, Дейвис, който ръководи проучването. Неговият екип използва CRISPR, за да подобри разграждането на апигенин в ориза. Те откриха, че апигенинът и други съединения причиняват бактериална азотна фиксация.
Тяхната работа е публикувана в списанието Plant Biotechnology („Генетичната модификация на биосинтезата на оризови флавоноиди подобрява образуването на биофилм и биологичната азотна фиксация от почвени азотфиксиращи бактерии“).
Азотът е от съществено значение за растежа на растенията, но растенията не могат директно да преобразуват азота от въздуха във форма, която могат да използват. Вместо това растенията разчитат на усвояването на неорганичен азот, като амоняк, произведен от бактерии в почвата. Селскостопанското производство се основава на използването на азотсъдържащи торове за повишаване на продуктивността на растенията.
„Ако растенията могат да произвеждат химикали, които позволяват на почвените бактерии да фиксират атмосферния азот, можем да проектираме растенията да произвеждат повече от тези химикали“, каза той. „Тези химикали насърчават почвените бактерии да фиксират азот и растенията използват получения амоний, като по този начин намаляват нуждата от химически торове.“
Екипът на Broomwald използва химичен анализ и геномика, за да идентифицира съединения в оризовите растения – апигенин и други флавоноиди – които засилват азотфиксиращата активност на бактериите.
След това те идентифицираха пътища за производство на химикалите и използваха CRISPR технология за редактиране на гени, за да увеличат производството на съединения, които стимулират образуването на биофилм. Тези биофилми съдържат бактерии, които подобряват трансформацията на азота. В резултат на това се увеличава азотфиксиращата активност на бактериите и се увеличава количеството амоний, достъпно за растението.
„Подобрените оризови растения показват повишен добив на зърно, когато се отглеждат при условия на ограничен азот в почвата“, пишат изследователите в статията. „Нашите резултати подкрепят манипулирането на пътя на биосинтезата на флавоноидите като начин за индуциране на биологична азотна фиксация в зърната и намаляване на съдържанието на неорганичен азот. Използване на тор. Истински стратегии.”
Други растения също могат да използват този маршрут. Университетът на Калифорния е подал молба за патент върху технологията и в момента го очаква. Изследването е финансирано от фондация Will W. Lester. Освен това Bayer CropScience подкрепя по-нататъшни изследвания по тази тема.
„Азотните торове са много, много скъпи“, каза Блумвалд. „Всичко, което може да елиминира тези разходи, е важно. От една страна, това е въпрос на пари, но азотът също има вредно въздействие върху околната среда.
Повечето от внесените торове се губят, просмуквайки се в почвата и подпочвените води. Откритието на Blumwald може да помогне за опазването на околната среда чрез намаляване на замърсяването с азот. „Това може да осигури устойчива алтернативна селскостопанска практика, която ще намали използването на излишък от азотни торове“, каза той.