Dr. Eduardo Blumwald (desno) in dr. Akhilesh Yadav ter drugi člani njune ekipe na Univerzi v Kaliforniji v Davisu so modificirali riž, da bi spodbudili bakterije v tleh k proizvodnji več dušika, ki ga lahko rastline uporabijo. [Trina Kleist/UC Davis]
Raziskovalci so s tehnologijo CRISPR gensko spremenili riž, da bi spodbudili bakterije v tleh, da vežejo dušik, potreben za njihovo rast. Ugotovitve bi lahko zmanjšale količino dušikovih gnojil, potrebnih za gojenje poljščin, kar bi ameriškim kmetom vsako leto prihranilo milijarde dolarjev in koristilo okolju z zmanjšanjem onesnaženja z dušikom.
»Rastline so neverjetne kemične tovarne,« je dejal dr. Eduardo Blumwald, ugledni profesor rastlinskih znanosti na Univerzi v Kaliforniji v Davisu, ki je vodil študijo. Njegova ekipa je uporabila CRISPR za izboljšanje razgradnje apigenina v rižu. Ugotovili so, da apigenin in druge spojine povzročajo bakterijsko fiksacijo dušika.
Njihovo delo je bilo objavljeno v reviji Plant Biotechnology (»Genetska modifikacija biosinteze riževih flavonoidov izboljša nastanek biofilma in biološko fiksacijo dušika s strani bakterij, ki fiksirajo dušik v tleh«).
Dušik je bistvenega pomena za rast rastlin, vendar rastline ne morejo neposredno pretvoriti dušika iz zraka v obliko, ki jo lahko uporabijo. Namesto tega se rastline zanašajo na absorpcijo anorganskega dušika, kot je amonijak, ki ga proizvajajo bakterije v tleh. Kmetijska pridelava temelji na uporabi gnojil, ki vsebujejo dušik, za povečanje produktivnosti rastlin.
»Če lahko rastline proizvajajo kemikalije, ki omogočajo bakterijam v tleh, da fiksirajo atmosferski dušik, lahko rastline spremenimo tako, da proizvajajo več teh kemikalij,« je dejal. »Te kemikalije spodbujajo bakterije v tleh, da fiksirajo dušik, rastline pa uporabljajo nastali amonij, s čimer se zmanjša potreba po kemičnih gnojilih.«
Broomwaldova ekipa je s kemijsko analizo in genomiko identificirala spojine v rastlinah riža – apigenin in druge flavonoide – ki krepijo aktivnost bakterij pri vezavi dušika.
Nato so identificirali poti za proizvodnjo kemikalij in uporabili tehnologijo urejanja genov CRISPR za povečanje proizvodnje spojin, ki spodbujajo nastanek biofilmov. Ti biofilmi vsebujejo bakterije, ki pospešujejo transformacijo dušika. Posledično se poveča aktivnost bakterij pri fiksiranju dušika in poveča količina amonija, ki je na voljo rastlini.
»Izboljšane rastline riža so pokazale povečan pridelek zrn, če so jih gojili v pogojih z omejeno vsebnostjo dušika v tleh,« so raziskovalci zapisali v članku. »Naši rezultati podpirajo manipulacijo poti biosinteze flavonoidov kot način za spodbujanje biološke fiksacije dušika v zrnih in zmanjšanje vsebnosti anorganskega dušika. Uporaba gnojil. Prave strategije.«
Tudi druge rastline lahko uporabljajo to pot. Univerza v Kaliforniji je zaprosila za patent za tehnologijo in ga trenutno čaka. Raziskavo je financirala fundacija Will W. Lester. Poleg tega Bayer CropScience podpira nadaljnje raziskave na to temo.
»Dušikova gnojila so zelo, zelo draga,« je dejal Blumwald. »Vse, kar lahko odpravi te stroške, je pomembno. Po eni strani gre za vprašanje denarja, vendar ima dušik tudi škodljive učinke na okolje.«
Večina uporabljenih gnojil se izgubi, pronica v zemljo in podtalnico. Blumwaldovo odkritje bi lahko pomagalo zaščititi okolje z zmanjšanjem onesnaženja z dušikom. »To bi lahko zagotovilo trajnostno alternativno kmetijsko prakso, ki bi zmanjšala uporabo presežnih dušikovih gnojil,« je dejal.