D-ro Eduardo Blumwald (dekstre) kaj Akhilesh Yadav, Ph.D., kaj aliaj membroj de ilia teamo ĉe la Universitato de Kalifornio, Davis, modifis rizon por instigi grundbakteriojn produkti pli da nitrogeno ol plantoj povas uzi. [Trina Kleist/UC Davis]
Esploristoj uzis CRISPR por modifi rizon por instigi grundbakteriojn fiksi la nitrogenon bezonatan por sia kresko. La rezultoj povus redukti la kvanton de nitrogena sterko bezonata por kultivi kultivaĵojn, ŝparante al usonaj farmistoj miliardojn da dolaroj ĉiujare kaj profitigante la medion per redukto de nitrogena poluado.
“Plantoj estas nekredeblaj kemiaj fabrikoj,” diris D-ro Eduardo Blumwald, eminenta profesoro pri plantsciencoj ĉe la Universitato de Kalifornio, Davis, kiu gvidis la studon. Lia teamo uzis CRISPR por plibonigi la malkomponadon de apigenino en rizo. Ili trovis, ke apigenino kaj aliaj kombinaĵoj kaŭzas bakterian nitrogenan fiksadon.
Ilia laboro estis publikigita en la revuo Plant Biotechnology (“Genetika modifo de la biosintezo de rizflavonoidoj plibonigas la formadon de biofilmoj kaj la biologian nitrogenan fiksadon fare de grundaj nitrogenfiksantaj bakterioj”).
Nitrogeno estas esenca por plantkresko, sed plantoj ne povas rekte konverti nitrogenon el la aero en formon, kiun ili povas uzi. Anstataŭe, plantoj dependas de la sorbado de neorganika nitrogeno, kiel ekzemple amoniako, produktita de bakterioj en la grundo. Agrikultura produktado baziĝas sur la uzo de nitrogen-entenantaj sterkoj por pliigi plantproduktivecon.
“Se plantoj povas produkti kemiaĵojn, kiuj permesas al grundbakterioj fiksi atmosferan nitrogenon, ni povas modifi plantojn por produkti pli da ĉi tiuj kemiaĵoj,” li diris. “Ĉi tiuj kemiaĵoj instigas grundbakteriojn 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 komponaĵojn en rizplantoj - apigeninon kaj aliajn flavonoidojn - kiuj plifortigas la nitrogenfiksantan agadon de la bakterioj.
Ili poste identigis vojojn por produkti la kemiaĵojn kaj uzis CRISPR-gen-redaktadan teknologion por pliigi la produktadon de kombinaĵoj, kiuj stimulas la formadon de biofilmoj. Ĉi tiuj biofilmoj enhavas bakteriojn, kiuj plibonigas nitrogenan transformon. Rezulte, la nitrogenfiksanta aktiveco de bakterioj pliiĝas kaj la kvanto de amonio havebla al la planto pliiĝas.
“Plibonigitaj rizplantoj montris pliigitan grenrikolton kiam kultivitaj sub grundnitrogen-limigitaj kondiĉoj,” la esploristoj skribis en la artikolo. “Niaj rezultoj subtenas manipuladon de la flavonoida biosinteza vojo kiel maniero stimuli biologian nitrogenfiksadon en grenoj kaj redukti neorganikan nitrogenenhavon. Sterkuzo. Realaj strategioj.”
Aliaj plantoj ankaŭ povas uzi ĉi tiun vojon. La Universitato de Kalifornio petis patenton pri la teknologio kaj nuntempe atendas ĝin. La esploradon financis la Fondaĵo Will W. Lester. Krome, Bayer CropScience subtenas plian esploradon 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 sur la medion.“
La plejparto de la aplikitaj sterkoj perdiĝas, enfiltriĝante en la grundon kaj grundakvon. La malkovro de Blumwald povus helpi protekti la medion per redukto de nitrogena poluado. “Ĉi tio povus provizi daŭrigeblan alternativan terkulturan praktikon, kiu reduktus la uzon de troa nitrogena sterko,” li diris.