Daktaras Eduardo Blumwaldas (dešinėje) ir mokslų daktaras Akhileshas Yadavas bei kiti savo komandos nariai iš Kalifornijos universiteto Deivis modifikavo ryžius, kad paskatintų dirvožemio bakterijas gaminti daugiau azoto, kurį gali panaudoti augalai. [Trina Kleist / UC Davis]
Tyrėjai naudojo CRISPR, kad sukurtų ryžius, kad paskatintų dirvožemio bakterijas fiksuoti azotą, reikalingą jų augimui. Išvados gali sumažinti azoto trąšų kiekį, reikalingą javams auginti, kasmet Amerikos ūkininkams sutaupyti milijardus dolerių ir būti naudinga aplinkai, nes sumažėja azoto tarša.
„Augalai yra neįtikėtinos chemijos gamyklos“, – sakė tyrimui vadovavęs Kalifornijos universiteto Deiviso žymus augalų mokslų profesorius daktaras Eduardo Blumwaldas. Jo komanda naudojo CRISPR, kad sustiprintų apigenino skaidymą ryžiuose. Jie nustatė, kad apigeninas ir kiti junginiai sukelia bakterijų azoto fiksaciją.
Jų darbas buvo paskelbtas žurnale „Plant Biotechnology“ („Genetinis ryžių flavonoidų biosintezės modifikavimas pagerina biofilmų susidarymą ir biologinį azoto fiksavimą dirvožemyje azotą fiksuojančiomis bakterijomis“).
Azotas yra būtinas augalų augimui, tačiau augalai negali tiesiogiai paversti azoto iš oro į formą, kurią galėtų panaudoti. Vietoj to, augalai pasikliauja neorganiniu azotu, pvz., amoniaku, kurį gamina dirvoje esančios bakterijos. Žemės ūkio gamyba grindžiama azoto turinčių trąšų naudojimu, siekiant padidinti augalų produktyvumą.
„Jei augalai gali gaminti chemines medžiagas, leidžiančias dirvožemio bakterijoms fiksuoti atmosferos azotą, galime pritaikyti augalus gaminti daugiau šių cheminių medžiagų“, – sakė jis. „Šios cheminės medžiagos skatina dirvožemio bakterijas fiksuoti azotą, o augalai naudoja susidariusį amonį ir taip sumažina cheminių trąšų poreikį.
Broomwaldo komanda naudojo cheminę analizę ir genomiką, kad nustatytų junginius ryžių augaluose – apigeniną ir kitus flavonoidus – kurie sustiprina bakterijų azotą fiksuojančią veiklą.
Tada jie nustatė cheminių medžiagų gamybos būdus ir panaudojo CRISPR genų redagavimo technologiją, kad padidintų junginių, skatinančių biofilmų susidarymą, gamybą. Šiose bioplėvelėse yra bakterijų, kurios pagerina azoto transformaciją. Dėl to padidėja bakterijų azotą fiksuojantis aktyvumas, didėja augalui prieinamo amonio kiekis.
„Pagerėję ryžių augalai padidino grūdų derlių, kai jie buvo auginami dirvožemio sąlygomis, kuriose yra ribotas azoto kiekis“, - rašė mokslininkai. „Mūsų rezultatai palaiko manipuliavimą flavonoidų biosintezės keliu, kaip būdą paskatinti biologinį azoto fiksavimą grūduose ir sumažinti neorganinio azoto kiekį. Trąšų naudojimas. Tikros strategijos“.
Kiti augalai taip pat gali pasinaudoti šiuo maršrutu. Kalifornijos universitetas pateikė paraišką dėl šios technologijos patento ir šiuo metu jo laukia. Tyrimą finansavo Willo W. Lesterio fondas. Be to, „Bayer CropScience“ remia tolesnius šios temos tyrimus.
"Azoto trąšos yra labai, labai brangios", - sakė Blumwaldas. „Svarbu viskas, kas gali panaikinti tas išlaidas. Viena vertus, tai pinigų klausimas, bet azotas taip pat turi žalingą poveikį aplinkai.“
Didžioji dalis įterptų trąšų prarandama, prasiskverbia į dirvą ir gruntinius vandenis. Blumwaldo atradimas gali padėti apsaugoti aplinką sumažindamas azoto taršą. "Tai galėtų būti tvari alternatyvi ūkininkavimo praktika, kuri sumažintų azoto trąšų pertekliaus naudojimą", - sakė jis.