Dr. Eduardo Blumwald (dreapta) și Akhilesh Yadav, Ph.D., și alți membri ai echipei lor de la Universitatea din California, Davis, au modificat orezul pentru a încuraja bacteriile din sol să producă mai mult azot pe care îl pot folosi plantele. [Trina Kleist/UC Davis]
Cercetătorii au folosit CRISPR pentru a proiecta orezul pentru a încuraja bacteriile din sol să fixeze azotul necesar creșterii lor. Descoperirile ar putea reduce cantitatea de îngrășământ cu azot necesară pentru cultivarea culturilor, economisind fermierilor americani miliarde de dolari în fiecare an și beneficiind mediul prin reducerea poluării cu azot.
„Plantele sunt fabrici chimice incredibile”, a spus dr. Eduardo Blumwald, profesor distins de științe a plantelor la Universitatea din California, Davis, care a condus studiul. Echipa sa a folosit CRISPR pentru a îmbunătăți descompunerea apigeninei din orez. Ei au descoperit că apigenina și alți compuși cauzează fixarea azotului bacterian.
Lucrarea lor a fost publicată în revista Plant Biotechnology („Modificarea genetică a biosintezei flavonoidelor de orez îmbunătățește formarea biofilmului și fixarea biologică a azotului de către bacteriile fixatoare de azot din sol”).
Azotul este esențial pentru creșterea plantelor, dar plantele nu pot transforma direct azotul din aer într-o formă pe care o pot folosi. În schimb, plantele se bazează pe absorbția azotului anorganic, cum ar fi amoniacul, produs de bacteriile din sol. Producția agricolă se bazează pe utilizarea îngrășămintelor care conțin azot pentru a crește productivitatea plantelor.
„Dacă plantele pot produce substanțe chimice care permit bacteriilor din sol să fixeze azotul atmosferic, putem proiecta plantele pentru a produce mai multe dintre aceste substanțe chimice”, a spus el. „Aceste substanțe chimice încurajează bacteriile din sol să fixeze azotul, iar plantele folosesc amoniul rezultat, reducând astfel nevoia de îngrășăminte chimice.”
Echipa lui Broomwald a folosit analiza chimică și genomica pentru a identifica compușii din plantele de orez - apigenina și alte flavonoide - care sporesc activitatea bacteriilor de fixare a azotului.
Apoi au identificat căi pentru producerea substanțelor chimice și au folosit tehnologia de editare a genelor CRISPR pentru a crește producția de compuși care stimulează formarea biofilmului. Aceste biofilme conțin bacterii care îmbunătățesc transformarea azotului. Ca urmare, activitatea de fixare a azotului a bacteriilor crește, iar cantitatea de amoniu disponibilă plantei crește.
„Plantele de orez îmbunătățite au arătat un randament crescut de cereale atunci când au fost cultivate în condiții limitate de azot din sol”, au scris cercetătorii în lucrare. „Rezultatele noastre sprijină manipularea căii de biosinteză a flavonoidelor ca o modalitate de a induce fixarea biologică a azotului în cereale și de a reduce conținutul de azot anorganic. Utilizarea îngrășămintelor. Strategii reale.”
Și alte plante pot folosi acest traseu. Universitatea din California a solicitat un brevet pentru această tehnologie și îl așteaptă în prezent. Cercetarea a fost finanțată de Fundația Will W. Lester. În plus, Bayer CropScience sprijină cercetări suplimentare pe acest subiect.
„Îngrășămintele cu azot sunt foarte, foarte scumpe”, a spus Blumwald. „Orice lucru care poate elimina aceste costuri este important. Pe de o parte, este o chestiune de bani, dar azotul are și efecte nocive asupra mediului.”
Majoritatea îngrășămintelor aplicate se pierd, infiltrandu-se în sol și în apele subterane. Descoperirea lui Blumwald ar putea ajuta la protejarea mediului prin reducerea poluării cu azot. „Acest lucru ar putea oferi o practică agricolă alternativă durabilă, care ar reduce utilizarea îngrășămintelor cu azot în exces”, a spus el.