Dr. Eduardo Blumwald (vpravo) a Akhilesh Yadav, Ph.D. a další členové jejich týmu z Kalifornské univerzity v Davisu upravili rýži, aby povzbudili půdní bakterie k produkci více dusíku, který mohou rostliny využít. [Trina Kleist/UC Davis]
Výzkumníci použili CRISPR k přípravě rýže, aby povzbudili půdní bakterie k fixaci dusíku potřebného pro jejich růst. Zjištění by mohla snížit množství dusíkatých hnojiv potřebných k pěstování plodin, ušetřit americkým farmářům miliardy dolarů ročně a prospět životnímu prostředí snížením znečištění dusíkem.
"Rostliny jsou neuvěřitelné chemické továrny," řekl Dr. Eduardo Blumwald, významný profesor rostlinných věd na University of California, Davis, který studii vedl. Jeho tým použil CRISPR ke zlepšení 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 rýže zvyšuje tvorbu biofilmu a biologickou fixaci dusíku půdními bakteriemi fixujícími dusík“).
Dusík je nezbytný pro růst rostlin, ale rostliny nemohou přímo přeměnit dusík ze vzduchu na formu, kterou mohou využít. Místo toho se rostliny spoléhají na absorpci anorganického dusíku, jako je amoniak, produkovaný bakteriemi v půdě. Zemědělská výroba je založena na používání hnojiv obsahujících dusík pro zvýšení produktivity rostlin.
"Pokud rostliny dokážou produkovat chemikálie, které umožňují půdním bakteriím fixovat atmosférický dusík, můžeme připravit rostliny tak, aby produkovaly více těchto chemikálií," řekl. "Tyto chemikálie povzbuzují půdní bakterie k fixaci dusíku a rostliny využívají výsledné amonium, 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 cesty pro produkci chemikálií a použili technologii úpravy genů CRISPR ke zvýšení produkce sloučenin, které stimulují tvorbu biofilmu. Tyto biofilmy obsahují bakterie, které zvyšují přeměnu dusíku. V důsledku toho se zvyšuje aktivita bakterií vázající dusík a zvyšuje se množství amonia dostupného pro rostlinu.
„Vylepšené rostliny rýže vykazovaly zvýšený výnos zrna, když byly pěstovány v půdě s omezeným množstvím dusíku,“ napsali vědci v článku. „Naše výsledky podporují manipulaci s cestou biosyntézy flavonoidů jako způsob, jak vyvolat biologickou fixaci dusíku v zrnech a snížit obsah anorganického dusíku. Použití hnojiva. Skutečné strategie."
Tuto cestu mohou využít i jiné rostliny. Kalifornská univerzita požádala o patent na technologii a v současné době na něj čeká. Výzkum byl financován nadací Willa W. Lestera. Bayer CropScience navíc podporuje další výzkum na toto téma.
"Dusíkatá hnojiva jsou velmi, velmi drahá," řekl Blumwald. „Důležité je cokoli, co může tyto náklady eliminovat. Na jednu stranu je to otázka peněz, ale i dusík má škodlivé účinky na životní prostředí.“
Většina aplikovaných hnojiv se ztrácí, prosakuje do půdy a podzemních vod. Blumwaldův objev by mohl pomoci chránit životní prostředí snížením znečištění dusíkem. "To by mohlo poskytnout udržitelnou alternativní zemědělskou praxi, která by snížila používání přebytečných dusíkatých hnojiv," řekl.