Dr Eduardo Blumwald (paremal) ja Ph.D. Akhilesh Yadav ning teised nende meeskonnaliikmed California ülikoolis Davis modifitseerisid riisi, et julgustada mullabaktereid tootma rohkem lämmastikku, mida taimed saaksid kasutada. [Trina Kleist / UC Davis]
Teadlased kasutasid CRISPR-i riisi konstrueerimiseks, et julgustada mullabaktereid fikseerima nende kasvuks vajalikku lämmastikku. Tulemused võivad vähendada põllukultuuride kasvatamiseks vajamineva lämmastikväetise kogust, säästes Ameerika farmeritele igal aastal miljardeid dollareid ja andes keskkonnale kasu, vähendades lämmastikureostust.
"Taimed on uskumatud keemiatehased," ütles uuringut juhtinud California Davise ülikooli taimeteaduste professor dr Eduardo Blumwald. Tema meeskond kasutas CRISPR-i, et kiirendada apigeniini lagunemist riisis. Nad leidsid, et apigeniin ja teised ühendid põhjustavad bakteriaalse lämmastiku sidumist.
Nende töö avaldati ajakirjas Plant Biotechnology (“Riisi flavonoidide biosünteesi geneetiline modifitseerimine suurendab biokile moodustumist ja bioloogilist lämmastiku sidumist mulla lämmastikku siduvate bakterite poolt”).
Lämmastik on taimede kasvuks hädavajalik, kuid taimed ei saa õhust saadavat lämmastikku otse kasutatavasse vormi muundada. Selle asemel sõltuvad taimed anorgaanilise lämmastiku, näiteks ammoniaagi absorbeerimisest, mida toodavad pinnases olevad bakterid. Põllumajanduslik tootmine põhineb lämmastikku sisaldavate väetiste kasutamisel taimede produktiivsuse suurendamiseks.
"Kui taimed suudavad toota kemikaale, mis võimaldavad mullabakteritel õhulämmastikku siduda, saame konstrueerida taimi, et toota rohkem neid kemikaale," ütles ta. "Need kemikaalid julgustavad mullabaktereid siduma lämmastikku ja taimed kasutavad saadud ammooniumi, vähendades seeläbi vajadust keemiliste väetiste järele."
Broomwaldi meeskond kasutas keemilist analüüsi ja genoomikat, et tuvastada riisitaimedes olevaid ühendeid – apigeniini ja muid flavonoide –, mis suurendavad bakterite lämmastikku siduvat aktiivsust.
Seejärel tuvastasid nad kemikaalide tootmise viisid ja kasutasid CRISPR-i geenitöötlustehnoloogiat, et suurendada biokile moodustumist stimuleerivate ühendite tootmist. Need biokiled sisaldavad baktereid, mis suurendavad lämmastiku transformatsiooni. Selle tulemusena suureneb bakterite lämmastikku siduv aktiivsus ja suureneb taimele saadava ammooniumi hulk.
"Parem riisitaimede teraviljasaak suurenes, kui neid kasvatati piiratud lämmastikusisaldusega pinnases," kirjutasid teadlased. "Meie tulemused toetavad flavonoidide biosünteesi raja manipuleerimist kui viisi, kuidas indutseerida terades lämmastiku bioloogilist sidumist ja vähendada anorgaanilise lämmastiku sisaldust. Väetise kasutamine. Tõelised strateegiad."
Seda teed võivad kasutada ka teised taimed. California Ülikool on taotlenud tehnoloogiale patenti ja ootab seda praegu. Uurimist rahastas Will W. Lesteri fond. Lisaks toetab Bayer CropScience selleteemalisi edasisi uuringuid.
"Lämmastikväetised on väga-väga kallid," ütles Blumwald. "Kõik, mis võib need kulud kõrvaldada, on oluline. Ühest küljest on see raha küsimus, kuid lämmastik avaldab ka kahjulikke mõjusid keskkonnale.»
Enamik kasutatud väetisi läheb kaduma, imbudes pinnasesse ja põhjavette. Blumwaldi avastus võib aidata kaitsta keskkonda, vähendades lämmastikureostust. "See võib pakkuda jätkusuutlikku alternatiivset põllumajandustava, mis vähendaks liigse lämmastikväetise kasutamist," ütles ta.