D-ro Eduardo Blumwald (dekstre) kaj Akhilesh Yadav, Ph.D., kaj aliaj membroj de sia teamo ĉe la Universitato de Kalifornio, Davis, modifis rizon por instigi grundajn bakteriojn produkti pli da nitrogeno kiun plantoj povas uzi. [Trina Kleist/UC Davis]
Esploristoj uzis CRISPR por realigi rizon por instigi grundajn bakteriojn ripari la nitrogenon necesan por ilia kresko. La trovoj povus redukti la kvanton de nitrogena sterko necesa por kreskigi kultivaĵojn, ŝparante al usonaj farmistoj miliardojn da dolaroj ĉiujare kaj profitigante la medion reduktante nitrogenan poluadon.
"Plantoj estas nekredeblaj kemiaj fabrikoj," diris D-ro Eduardo Blumwald, eminenta profesoro pri plantaj sciencoj ĉe la Universitato de Kalifornio, Davis, kiu gvidis la studon. Lia teamo uzis CRISPR por plibonigi la rompon de apigenino en rizo. Ili trovis ke apigenino kaj aliaj kunmetaĵoj kaŭzas bakterian nitrogenfiksadon.
Ilia laboro estis publikigita en la revuo Plant Biotechnology ("Genetika modifo de rizflavonoida biosintezo plibonigas biofilmformadon kaj biologian nitrogenfiksadon per grundaj nitrogenfiksantaj bakterioj").
Nitrogeno estas esenca por plantokresko, sed plantoj ne povas rekte konverti nitrogenon de la aero en formo kiun ili povas uzi. Anstataŭe, plantoj dependas de absorbado de neorganika nitrogeno, kiel ekzemple amoniako, produktita de bakterioj en la grundo. Agrikultura produktado baziĝas sur la uzo de nitrogen-enhavantaj sterkoj por pliigi plantproduktivecon.
"Se plantoj povas produkti kemiaĵojn kiuj permesas al grundaj bakterioj fiksi atmosferan nitrogenon, ni povas realigi plantojn por produkti pli da ĉi tiuj kemiaĵoj," li diris. "Ĉi tiuj kemiaĵoj instigas grundajn bakteriojn fiksi nitrogenon kaj plantoj uzas la rezultan amonion, tiel reduktante la bezonon de kemiaj sterkoj."
La teamo de Broomwald uzis kemian analizon kaj genomikon por identigi kunmetaĵojn en rizplantoj - apigenino kaj aliaj flavonoidoj - kiuj plibonigas la nitrogenfiksan agadon de la bakterioj.
Ili tiam identigis vojojn por produkti la kemiaĵojn kaj uzis CRISPR-gen-redaktan teknologion por pliigi la produktadon de kunmetaĵoj kiuj stimulas biofilmformadon. Tiuj biofilmoj enhavas bakteriojn kiuj plifortigas nitrogenan transformon. Kiel rezulto, la nitrogenfiksiga aktiveco de bakterioj pliiĝas kaj la kvanto de amonio disponebla al la planto pliiĝas.
"Plibonigitaj rizplantoj montris pliigitan grenan rendimenton kiam ili kreskis sub grundaj nitrogen-limigitaj kondiĉoj," la esploristoj skribis en la papero. "Niaj rezultoj subtenas manipuladon de la flavonoida biosinteza vojo kiel maniero stimuli biologian nitrogenan fiksadon en grajnoj kaj redukti neorganikan nitrogenenhavon. Uzado de sterko. Realaj Strategioj."
Aliaj plantoj ankaŭ povas uzi ĉi tiun vojon. La Universitato de Kalifornio petis patenton pri la teknologio kaj nuntempe atendas ĝin. La esplorado estis financita fare de la Will W. Lester Foundation. Krome, Bayer CropScience subtenas pliajn esplorojn pri ĉi tiu temo.
"Nitrogenaj sterkoj estas tre, tre multekostaj," diris Blumwald. "Ĉio, kio povas forigi tiujn kostojn, estas grava. Unuflanke temas pri mono, sed nitrogeno ankaŭ havas malutilajn efikojn al la medio.”
La plej multaj el la aplikataj sterkoj estas perditaj, tralikiĝante en la grundon kaj subteran akvon. La eltrovaĵo de Blumwald povus helpi protekti la medion reduktante nitrogenan poluon. "Ĉi tio povus provizi daŭrigeblan alternativan agrikulturan praktikon, kiu reduktus la uzon de troa nitrogena sterko," li diris.