Dr. Eduardo Blumwald (vpravo) a Akhilesh Yadav, Ph.D., a další členové jejich týmu na Kalifornské univerzitě v Davisu modifikovali rýži tak, aby povzbudili půdní bakterie k produkci více dusíku, který mohou rostliny využít. [Trina Kleist/UC Davis]
Výzkumníci použili technologii CRISPR k modifikaci rýže, která by povzbudila půdní bakterie k fixaci dusíku potřebného pro jejich růst. Zjištění by mohla snížit množství dusíkatých hnojiv potřebných k pěstování plodin, což by americkým farmářům ušetřilo miliardy dolarů ročně a prospělo by životnímu prostředí snížením znečištění dusíkem.
„Rostliny jsou neuvěřitelné chemické továrny,“ řekl Dr. Eduardo Blumwald, významný profesor rostlinných věd na Kalifornské univerzitě v Davisu, který studii vedl. Jeho tým použil technologii CRISPR k vylepšení rozkladu apigeninu v rýži. Zjistili, že apigenin a další sloučeniny způsobují bakteriální fixaci dusíku.
Jejich práce byla publikována v časopise Plant Biotechnology („Genetická modifikace biosyntézy flavonoidů v rýži zlepšuje tvorbu biofilmu a biologickou fixaci dusíku bakteriemi fixujícími dusík v půdě“).
Dusík je nezbytný pro růst rostlin, ale rostliny nemohou přímo přeměňovat dusík ze vzduchu do formy, kterou mohou využít. Místo toho se rostliny spoléhají na absorpci anorganického dusíku, jako je amoniak, produkovaný bakteriemi v půdě. Zemědělská produkce je založena na používání dusíkatých hnojiv ke zvýšení produktivity rostlin.
„Pokud rostliny dokážou produkovat chemikálie, které umožňují půdním bakteriím fixovat atmosférický dusík, můžeme rostliny upravit tak, aby produkovaly více těchto chemikálií,“ řekl. „Tyto chemikálie povzbuzují půdní bakterie k fixaci dusíku a rostliny využívají výsledný amonný iont, čímž snižují potřebu chemických hnojiv.“
Broomwaldův tým použil chemickou analýzu a genomiku k identifikaci sloučenin v rostlinách rýže – apigeninu a dalších flavonoidů – které zvyšují aktivitu bakterií vázat dusík.
Poté identifikovali dráhy pro produkci chemikálií a pomocí technologie genové editace CRISPR zvýšili produkci sloučenin, které stimulují tvorbu biofilmů. Tyto biofilmy obsahují bakterie, které zvyšují transformaci dusíku. V důsledku toho se zvyšuje aktivita bakterií vázajících dusík a zvyšuje se množství amoniaku dostupného pro rostlinu.
„Vylepšené rostliny rýže vykazovaly zvýšený výnos zrna, když pěstovaly v podmínkách omezeného obsahu dusíku v půdě,“ napsali vědci v článku. „Naše výsledky podporují manipulaci s dráhou biosyntézy flavonoidů jako způsob, jak vyvolat biologickou fixaci dusíku v zrnech a snížit obsah anorganického dusíku. Použití hnojiv. Skutečné strategie.“
Tuto cestu mohou využít i jiné rostliny. Kalifornská univerzita požádala o patent na tuto technologii a v současné době na něj čeká. Výzkum byl financován Nadací Willa W. Lestera. Společnost Bayer CropScience navíc podporuje další výzkum na toto téma.
„Dusíkatá hnojiva jsou velmi, velmi drahá,“ řekl Blumwald. „Všechno, co může tyto náklady eliminovat, je důležité. Na jedné straně je to otázka peněz, ale dusík má také škodlivé účinky na životní prostředí.“
Většina aplikovaných hnojiv se ztrácí a prosakuje do půdy a podzemních vod. Blumwaldův objev by mohl pomoci chránit životní prostředí snížením znečištění dusíkem. „To by mohlo poskytnout udržitelný alternativní zemědělský postup, který by omezil používání nadměrného množství dusíkatých hnojiv,“ řekl.