Dr. Eduardo Blumwald (dešinėje) ir Akhilesh Yadav, Ph.D., bei kiti jų komandos nariai Kalifornijos universitete Davise modifikavo ryžius, kad paskatintų dirvožemio bakterijas gaminti daugiau azoto, kurį galėtų panaudoti augalai. [Trina Kleist / UC Davis]
Tyrėjai panaudojo CRISPR ryžiams modifikuoti, kad paskatintų dirvožemio bakterijas fiksuoti jų augimui reikalingą azotą. Šie rezultatai galėtų sumažinti azoto trąšų kiekį, reikalingą pasėliams auginti, kasmet sutaupydami Amerikos ūkininkams milijardus dolerių ir pagerindami aplinką, sumažindami azoto taršą.
„Augalai yra neįtikėtinos chemijos gamyklos“, – teigė tyrimui vadovavęs dr. Eduardo Blumwaldas, žymus Kalifornijos universiteto Davise augalų mokslų profesorius. Jo komanda naudojo CRISPR, kad pagerintų apigenino skaidymą ryžiuose. Jie nustatė, kad apigeninas ir kiti junginiai sukelia bakterijų azoto fiksaciją.
Jų darbas buvo paskelbtas žurnale „Augalų biotechnologija“ („Genetinė ryžių flavonoidų biosintezės modifikacija pagerina bioplėvelės formavimąsi ir biologinį azoto fiksavimą dirvožemio azotą fiksuojančiomis bakterijomis“).
Azotas yra būtinas augalų augimui, tačiau augalai negali tiesiogiai paversti azoto iš oro į formą, kurią galėtų naudoti. Vietoj to, augalai pasikliauja neorganinio azoto, pavyzdžiui, amoniako, kurį gamina dirvožemyje esančios bakterijos, absorbcija. Žemės ūkio gamyba grindžiama azoto turinčių trąšų naudojimu augalų produktyvumui didinti.
„Jei augalai gali gaminti chemines medžiagas, kurios leidžia dirvožemio bakterijoms fiksuoti atmosferos azotą, galime modifikuoti augalus, kad jie gamintų daugiau šių cheminių medžiagų“, – sakė jis. „Šios cheminės medžiagos skatina dirvožemio bakterijas fiksuoti azotą, o augalai naudoja susidariusį amonį, taip sumažindami cheminių trąšų poreikį.“
Broomwaldo komanda, naudodama cheminę analizę ir genomiką, nustatė ryžių augaluose esančius junginius – apigeniną ir kitus flavonoidus – kurie sustiprina bakterijų azoto fiksavimo aktyvumą.
Tada jie nustatė cheminių medžiagų gamybos būdus ir panaudojo CRISPR genų redagavimo technologiją, kad padidintų junginių, skatinančių bioplėvelės formavimąsi, gamybą. Šiose bioplėvelėse yra bakterijų, kurios skatina azoto transformaciją. Dėl to padidėja bakterijų azoto fiksavimo aktyvumas ir augalui prieinamo amonio kiekis.
„Pagerinti ryžių augalai parodė didesnį grūdų derlių, kai buvo auginami dirvožemio azoto ribotomis sąlygomis“, – rašė tyrėjai straipsnyje. „Mūsų rezultatai patvirtina flavonoidų biosintezės kelio manipuliavimą kaip būdą skatinti biologinę azoto fiksaciją grūduose ir sumažinti neorganinio azoto kiekį. Trąšų naudojimas. Tikros strategijos.“
Kiti augalai taip pat gali naudoti šį būdą. Kalifornijos universitetas pateikė paraišką dėl šios technologijos patento ir šiuo metu jo laukia. Tyrimą finansavo Will W. Lesterio fondas. Be to, „Bayer CropScience“ remia tolesnius šios temos tyrimus.
„Azoto trąšos yra labai, labai brangios“, – sakė Blumwaldas. „Viskas, kas gali panaikinti šias išlaidas, yra svarbu. Viena vertus, tai pinigų klausimas, bet azotas taip pat daro žalingą poveikį aplinkai.“
Didžioji dalis panaudotų trąšų prarandamos, prasiskverbdamos į dirvožemį ir gruntinius vandenis. Blumwaldo atradimas galėtų padėti apsaugoti aplinką, sumažinant azoto taršą. „Tai galėtų padėti sukurti tvarią alternatyvią ūkininkavimo praktiką, kuri sumažintų azoto trąšų pertekliaus naudojimą“, – teigė jis.