Dr. Eduardo Blumvalds (pa labi) un Ph.D. Akhilešs Jadavs un citi viņu komandas locekļi Kalifornijas Universitātē Deivisā modificēja rīsus, lai mudinātu augsnes baktērijas ražot vairāk slāpekļa, ko var izmantot augi. [Trīna Kleista/UC Deivisa]
Pētnieki izmantoja CRISPR, lai izstrādātu rīsus, lai mudinātu augsnes baktērijas fiksēt to augšanai nepieciešamo slāpekli. Rezultāti varētu samazināt slāpekļa mēslojuma daudzumu, kas nepieciešams labības audzēšanai, ietaupot amerikāņu lauksaimniekiem miljardus dolāru katru gadu un dodot labumu videi, samazinot slāpekļa piesārņojumu.
"Augi ir neticamas ķīmiskās rūpnīcas," sacīja Dr. Eduardo Blumvalds, izcilais augu zinātņu profesors Kalifornijas Universitātē Deivisā, kurš vadīja pētījumu. Viņa komanda izmantoja CRISPR, lai uzlabotu apigenīna sadalīšanos rīsos. Viņi atklāja, ka apigenīns un citi savienojumi izraisa baktēriju slāpekļa fiksāciju.
Viņu darbs tika publicēts žurnālā Plant Biotechnology (“Rīsu flavonoīdu biosintēzes ģenētiskā modifikācija uzlabo bioplēves veidošanos un bioloģisko slāpekļa fiksāciju ar augsnes slāpekļa fiksācijas baktērijām”).
Slāpeklis ir būtisks augu augšanai, taču augi nevar tieši pārvērst slāpekli no gaisa formā, ko var izmantot. Tā vietā augi paļaujas uz neorganiskā slāpekļa, piemēram, amonjaka, absorbciju, ko rada baktērijas augsnē. Lauksaimniecības ražošana balstās uz slāpekli saturošu mēslošanas līdzekļu izmantošanu, lai palielinātu augu produktivitāti.
"Ja augi var ražot ķīmiskas vielas, kas ļauj augsnes baktērijām fiksēt atmosfēras slāpekli, mēs varam konstruēt augus, lai ražotu vairāk šo ķīmisko vielu," viņš teica. "Šīs ķīmiskās vielas mudina augsnes baktērijas piesaistīt slāpekli, un augi izmanto iegūto amoniju, tādējādi samazinot nepieciešamību pēc ķīmiskā mēslojuma."
Broomwald komanda izmantoja ķīmisko analīzi un genomiku, lai identificētu savienojumus rīsu augos - apigenīnu un citus flavonoīdus -, kas uzlabo baktēriju slāpekļa fiksācijas aktivitāti.
Pēc tam viņi identificēja ķīmisko vielu ražošanas ceļus un izmantoja CRISPR gēnu rediģēšanas tehnoloģiju, lai palielinātu tādu savienojumu ražošanu, kas stimulē bioplēves veidošanos. Šīs bioplēves satur baktērijas, kas uzlabo slāpekļa transformāciju. Tā rezultātā palielinās baktēriju slāpekļa piesaistes aktivitāte un palielinās augam pieejamā amonija daudzums.
"Uzlabotie rīsu augi uzrādīja lielāku graudu ražu, ja tos audzēja augsnes slāpekļa apstākļos," raksta pētnieki. "Mūsu rezultāti atbalsta manipulācijas ar flavonoīdu biosintēzes ceļu kā veidu, kā izraisīt bioloģisko slāpekļa fiksāciju graudos un samazināt neorganiskā slāpekļa saturu. Mēslojuma lietošana. Reālas stratēģijas.”
Šo maršrutu var izmantot arī citi augi. Kalifornijas Universitāte ir pieteikusi patentu šai tehnoloģijai un pašlaik to gaida. Pētījumu finansēja Vila V. Lestera fonds. Turklāt Bayer CropScience atbalsta turpmākus pētījumus par šo tēmu.
"Slāpekļa mēslojums ir ļoti, ļoti dārgs," sacīja Blumvalds. “Jebkas, kas var novērst šīs izmaksas, ir svarīgs. No vienas puses, tas ir naudas jautājums, bet slāpeklim ir arī kaitīga ietekme uz vidi.”
Lielākā daļa izlietotā mēslojuma tiek zaudēti, nokļūstot augsnē un gruntsūdeņos. Blumvalda atklājums varētu palīdzēt aizsargāt vidi, samazinot slāpekļa piesārņojumu. "Tas varētu nodrošināt ilgtspējīgu alternatīvu lauksaimniecības praksi, kas samazinātu liekā slāpekļa mēslojuma izmantošanu," viņš teica.