Dr. Eduardo Blumvalds (pa labi) un Akhilešs Jadavs, Ph.D., un citi viņu komandas locekļi Kalifornijas Universitātē, Deivisā, modificēja rīsus, lai veicinātu augsnes baktēriju ražošanu vairāk slāpekļa, ko augi var izmantot. [Trina Kleist/UC Davis]
Pētnieki izmantoja CRISPR, lai modificētu rīsus, kas mudinātu augsnes baktērijas piesaistīt to augšanai nepieciešamo slāpekli. Šie atklājumi varētu samazināt slāpekļa mēslojuma daudzumu, kas nepieciešams kultūraugu audzēšanai, ietaupot Amerikas 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 “Augu biotehnoloģija” (“Rīsu flavonoīdu biosintēzes ģenētiskā modifikācija uzlabo bioplēves veidošanos un bioloģisko slāpekļa fiksāciju ar augsnes slāpekli fiksējošām baktērijām”).
Slāpeklis ir būtisks augu augšanai, taču augi nevar tieši pārveidot slāpekli no gaisa izmantojamā formā. Tā vietā augi paļaujas uz neorganiskā slāpekļa, piemēram, amonjaka, absorbēšanu, ko augsnē ražo baktērijas. Lauksaimnieciskā ražošana balstās uz slāpekli saturošu mēslošanas līdzekļu izmantošanu, lai palielinātu augu produktivitāti.
“Ja augi var ražot ķīmiskas vielas, kas ļauj augsnes baktērijām piesaistīt atmosfēras slāpekli, mēs varam modificēt augus, lai tie ražotu vairāk šo ķīmisko vielu,” viņš teica. “Šīs ķīmiskās vielas veicina augsnes baktēriju piesaisti slāpekli, un augi izmanto iegūto amoniju, tādējādi samazinot nepieciešamību pēc ķīmiskajiem mēslošanas līdzekļiem.”
Brūmvalda komanda izmantoja ķīmisko analīzi un genomiku, lai identificētu rīsu augos esošos savienojumus – apigenīnu un citus flavonoīdus –, kas pastiprina baktēriju slāpekļa piesaistes 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 veicina slāpekļa transformāciju. Rezultātā palielinās baktēriju slāpekļa piesaistes aktivitāte un augam pieejamā amonija daudzums.
“Uzlaboti rīsu augi uzrādīja lielāku graudu ražu, ja tos audzēja augsnes slāpekļa ierobežotos apstākļos,” pētnieki rakstīja rakstā. “Mūsu rezultāti apstiprina flavonoīdu biosintēzes ceļa manipulāciju, lai izraisītu bioloģisko slāpekļa fiksāciju graudos un samazinātu neorganiskā slāpekļa saturu. Mēslošanas līdzekļu lietošana. Reālas stratēģijas.”
Arī citi augi var izmantot šo metodi. Kalifornijas Universitāte ir iesniegusi pieteikumu tehnoloģijas patentam un pašlaik to gaida. Pētījumu finansēja Vila V. Lestera fonds. Turklāt Bayer CropScience atbalsta turpmākus pētījumus par šo tēmu.
“Slāpekļa mēslošanas līdzekļi ir ļoti, ļoti dārgi,” 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 izmantotā mēslošanas līdzekļa tiek zaudēta, iesūcoties augsnē un gruntsūdeņos. Blūmvalda atklājums varētu palīdzēt aizsargāt vidi, samazinot slāpekļa piesārņojumu. "Tas varētu nodrošināt ilgtspējīgu alternatīvu lauksaimniecības praksi, kas samazinātu pārmērīga slāpekļa mēslojuma izmantošanu," viņš teica.