Д-р Едуардо Блумвалд (вдясно) и д-р Ахилеш Ядав, и други членове на екипа им в Калифорнийския университет, Дейвис, модифицираха ориз, за ​​да насърчат почвените бактерии да произвеждат повече азот, който растенията могат да използват. [Трина Клайст/UC Davis]
Изследователи са използвали CRISPR, за да модифицират ориз, за ​​да насърчат почвените бактерии да фиксират азота, необходим за растежа им. Констатациите биха могли 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 Блумвалд, изтъкнат професор по растителни науки в Калифорнийския университет в Дейвис, който ръководеше изследването. Неговият екип използва CRISPR, за да подобри разграждането на апигенина в ориза. Те откриха, че апигенинът и други съединения причиняват бактериална азотна фиксация.
Тяхната работа е публикувана в списанието Plant Biotechnology („Генетична модификация на биосинтеза на оризови флавоноиди подобрява образуването на биофилм и биологичната фиксация на азот от почвените 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 абсорбиране на неорганичен азот, като амоняк, произведен от бактерии в почвата. Селскостопанското производство се основава на използването на азотсъдържащи торове за повишаване на производителността на растенията.
„Ако растенията могат да произвеждат химикали, които позволяват на почвените бактерии да фиксират атмосферния азот, можем да проектираме растения да произвеждат повече от тези химикали“, каза той. „Тези химикали насърчават почвените бактерии да фиксират азот, а растенията използват получения амоний, като по този начин намаляват нуждата от химически торове.“
Екипът на Брумвалд 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 технологията за генно редактиране CRISPR, за да увеличат производството на съединения, които стимулират образуването на биофилми. Тези биофилми съдържат бактерии, които усилват трансформацията на азота. В резултат на това азотфиксиращата активност на бактериите се увеличава и количеството амоний, достъпно за растението, се увеличава.
„Подобрените оризови растения показват повишен добив на зърно, когато се отглеждат в условия на ограничено съдържание на азот в почвата“, пишат изследователите в статията. „Нашите резултати подкрепят манипулирането на пътя на биосинтеза на флавоноидите като начин за индуциране на биологична фиксация на азот в зърната и намаляване на съдържанието на неорганичен азот. Използване на торове. Реални стратегии.“
Други растения също могат да използват този път. Калифорнийският университет е кандидатствал за патент за технологията и в момента го очаква. Изследването е финансирано от фондация „Уил У. Лестър“. 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 има и вредно въздействие върху околната среда.“
Повечето от прилаганите торове се губят, просмуквайки се в почвата и подпочвените води. Откритието на Блумвалд може да помогне за опазването на околната среда чрез намаляване на замърсяването с азот. „Това би могло да осигури устойчива алтернативна земеделска практика, която би намалила употребата на излишни азотни торове“, каза той.