Dr. Eduardo Blumwald (dreapta) și Akhilesh Yadav, doctor în filosofie, împreună cu 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 plantele îl pot utiliza. [Trina Kleist/UC Davis]
Cercetătorii au folosit CRISPR pentru a modifica tehnologia de orez, astfel încât bacteriile din sol să fixeze azotul necesar creșterii lor. Rezultatele ar putea reduce cantitatea de îngrășământ cu azot necesară pentru cultivarea culturilor, economisind fermierilor americani miliarde de dolari în fiecare an și aducând beneficii mediului prin reducerea poluării cu azot.
„Plantele sunt niște fabrici chimice incredibile”, a declarat Dr. Eduardo Blumwald, distins profesor de științe ale plantelor la Universitatea din California, Davis, care a condus studiul. Echipa sa a folosit CRISPR pentru a îmbunătăți descompunerea apigeninei în orez. Ei au descoperit că apigenina și alți compuși provoacă 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 utiliza. 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 modifica 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 amoniacul 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 alți flavonoizi – care sporesc activitatea de fixare a azotului a bacteriilor.
Apoi au identificat căi de producere a substanțelor chimice și au folosit tehnologia de editare genetică CRISPR pentru a crește producția de compuși care stimulează formarea biofilmului. Aceste biofilme conțin bacterii care amplifică transformarea azotului. Drept urmare, activitatea de fixare a azotului de către bacterii crește, iar cantitatea de amoniu disponibilă plantei crește.
„Plantele de orez îmbunătățite au arătat un randament crescut în boabe atunci când au fost cultivate în condiții limitate de azot din sol”, au scris cercetătorii în lucrare. „Rezultatele noastre susțin manipularea căii de biosinteză a flavonoidelor ca modalitate de a induce fixarea biologică a azotului în boabe și de a reduce conținutul de azot anorganic. Utilizarea îngrășămintelor. Strategii reale.”
Și alte plante pot folosi această cale. Universitatea din California a depus o cerere de brevet pentru această tehnologie și o așteaptă în prezent. Cercetarea a fost finanțată de Fundația Will W. Lester. În plus, Bayer CropScience sprijină cercetări suplimentare pe această temă.
„Îngrășămintele cu azot sunt foarte, foarte scumpe”, a spus Blumwald. „Orice poate elimina aceste costuri este important. Pe de o parte, este o chestiune de bani, dar azotul are și efecte dăunătoare asupra mediului.”
Majoritatea îngrășămintelor aplicate se pierd, infiltrându-se în sol și în apele subterane. Descoperirea lui Blumwald ar putea ajuta la protejarea mediului prin reducerea poluării cu azot. „Aceasta ar putea oferi o practică agricolă alternativă durabilă care ar reduce utilizarea excesului de îngrășăminte cu azot”, a spus el.