Dr Eduardo Blumwald (paremal) ja Akhilesh Yadav, Ph.D., ning teised nende meeskonna liikmed California Ülikoolis Davises modifitseerisid riisi, et ergutada mullabaktereid tootma rohkem lämmastikku, mida taimed saavad kasutada. [Trina Kleist/UC Davis]
Teadlased kasutasid CRISPR-i riisi töötlemiseks, et ergutada mullabaktereid siduma nende kasvuks vajalikku lämmastikku. Need tulemused võivad vähendada põllukultuuride kasvatamiseks vajaliku lämmastikväetise hulka, säästes Ameerika põllumeestele igal aastal miljardeid dollareid ja tuues kasu keskkonnale lämmastikreostuse vähendamise kaudu.
„Taimed on uskumatud keemiatehased,“ ütles uuringut juhtinud California ülikooli Davise taimeteaduste professor dr Eduardo Blumwald. Tema meeskond kasutas CRISPR-i apigeniini lagunemise kiirendamiseks riisis. Nad leidsid, et apigeniin ja teised ühendid põhjustavad bakterite lämmastiku sidumist.
Nende töö avaldati ajakirjas Plant Biotechnology ("Riisi flavonoidide biosünteesi geneetiline modifitseerimine soodustab biokile moodustumist ja bioloogilist lämmastiku sidumist mulla lämmastikku siduvate bakterite poolt").
Lämmastik on taimede kasvuks hädavajalik, kuid taimed ei saa õhust lämmastikku otse kasutatavaks vormiks muuta. Selle asemel toetuvad taimed anorgaanilise lämmastiku, näiteks ammoniaagi, omastamisele, mida toodavad mullas olevad bakterid. Põllumajandustootmine põhineb lämmastikku sisaldavate väetiste kasutamisel taimede produktiivsuse suurendamiseks.
„Kui taimed suudavad toota kemikaale, mis võimaldavad mullabakteritel atmosfääri lämmastikku siduda, saame taimi manipuleerida nii, et need toodaksid rohkem neid kemikaale,“ ütles ta. „Need kemikaalid soodustavad mullabakterite lämmastiku sidumist ja taimed kasutavad saadud ammooniumi, vähendades seeläbi vajadust keemiliste väetiste järele.“
Broomwaldi meeskond kasutas keemilist analüüsi ja genoomikat, et tuvastada riisitaimedes ühendeid – apigeniini ja teisi flavonoide –, mis suurendavad bakterite lämmastikku siduvat aktiivsust.
Seejärel tuvastasid nad kemikaalide tootmise rajad ja kasutasid CRISPR-geeni redigeerimise tehnoloogiat, et suurendada biokile moodustumist stimuleerivate ühendite tootmist. Need biokiled sisaldavad baktereid, mis suurendavad lämmastiku muundumist. Selle tulemusena suureneb bakterite lämmastikku siduv aktiivsus ja taimele kättesaadava ammooniumi hulk.
„Täiustatud riisitaimed näitasid suuremat teraviljasaaki, kui neid kasvatati mulla lämmastikupiiranguga tingimustes,“ kirjutasid teadlased artiklis. „Meie tulemused toetavad flavonoidide biosünteesi raja manipuleerimist, et indutseerida bioloogilist lämmastiku sidumist terades ja vähendada anorgaanilise lämmastiku sisaldust. Väetiste kasutamine. Tegelikud strateegiad.“
Seda meetodit saavad kasutada ka teised taimed. California Ülikool on esitanud tehnoloogiale patenditaotluse ja ootab selle vastuvõtmist. Uuringut rahastas Will W. Lesteri fond. Lisaks toetab Bayer CropScience selle teema edasisi uuringuid.
„Lämmastikväetised on väga-väga kallid,“ ütles Blumwald. „Kõik, mis neid kulusid kaotada suudab, on oluline. Ühelt poolt on see raha küsimus, aga lämmastikul on ka kahjulik mõju keskkonnale.“
Suurem osa kasutatud väetistest läheb kaduma, imbudes pinnasesse ja põhjavette. Blumwaldi avastus võiks aidata keskkonda kaitsta, vähendades lämmastikreostust. „See võiks pakkuda säästvat alternatiivset põllumajandustava, mis vähendaks liigse lämmastikväetise kasutamist,“ ütles ta.