دکتر ادواردو بلوموالد (راست) و آخیلش یاداو، دکترا، و دیگر اعضای تیمشان در دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، برنج را اصلاح کردند تا باکتری‌های خاک را تشویق کنند تا نیتروژن بیشتری تولید کنند که گیاهان بتوانند از آن استفاده کنند. [ترینا کلایست/ یو سی دیویس]
محققان از CRISPR برای مهندسی برنج برای تشویق باکتری‌های خاک برای تثبیت نیتروژن مورد نیاز برای رشد خود استفاده کردند. این یافته‌ها می‌تواند مقدار کود نیتروژن مورد نیاز برای رشد محصولات را کاهش دهد و سالانه میلیاردها دلار برای کشاورزان آمریکایی صرفه‌جویی کند و با کاهش آلودگی نیتروژن به محیط زیست کمک کند.
دکتر ادواردو بلوموالد، استاد برجسته علوم گیاهی در دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، که این مطالعه را رهبری کرد، گفت: "گیاهان کارخانه های شیمیایی باورنکردنی هستند." تیم او از CRISPR برای تقویت تجزیه آپیژنین در برنج استفاده کرد. آنها دریافتند که آپیژنین و سایر ترکیبات باعث تثبیت نیتروژن باکتریایی می شوند.
کار آنها در مجله Plant Biotechnology منتشر شد ("اصلاح ژنتیکی بیوسنتز فلاونوئید برنج باعث افزایش تشکیل بیوفیلم و تثبیت بیولوژیکی نیتروژن توسط باکتری های تثبیت کننده نیتروژن خاک می شود").
نیتروژن برای رشد گیاه ضروری است، اما گیاهان نمی توانند مستقیماً نیتروژن هوا را به شکلی که می توانند استفاده کنند تبدیل کنند. در عوض، گیاهان به جذب نیتروژن معدنی مانند آمونیاک که توسط باکتری های موجود در خاک تولید می شود، متکی هستند. تولیدات کشاورزی مبتنی بر استفاده از کودهای حاوی نیتروژن برای افزایش بهره وری گیاه است.
او گفت: «اگر گیاهان بتوانند مواد شیمیایی تولید کنند که به باکتری‌های خاک اجازه می‌دهد نیتروژن اتمسفر را تثبیت کنند، ما می‌توانیم گیاهان را برای تولید بیشتر این مواد شیمیایی مهندسی کنیم.» این مواد شیمیایی باکتری‌های خاک را تشویق می‌کنند تا نیتروژن را تثبیت کنند و گیاهان از آمونیوم حاصل استفاده می‌کنند و در نتیجه نیاز به کودهای شیمیایی را کاهش می‌دهند.
تیم بروموالد از تجزیه و تحلیل شیمیایی و ژنومیک برای شناسایی ترکیباتی در گیاهان برنج – آپیژنین و سایر فلاونوئیدها – استفاده کردند که فعالیت تثبیت نیتروژن باکتری را افزایش می دهد.
آنها سپس مسیرهایی را برای تولید مواد شیمیایی شناسایی کردند و از فناوری ویرایش ژن CRISPR برای افزایش تولید ترکیباتی که تشکیل بیوفیلم را تحریک می کنند، استفاده کردند. این بیوفیلم ها حاوی باکتری هایی هستند که تبدیل نیتروژن را افزایش می دهند. در نتیجه فعالیت تثبیت نیتروژن باکتری ها افزایش می یابد و میزان آمونیوم موجود در گیاه افزایش می یابد.
محققان در این مقاله نوشتند: «گیاهان برنج بهبود یافته عملکرد دانه را در شرایطی که در شرایط محدود نیتروژن خاک رشد می‌کنند، نشان دادند.» نتایج ما از دستکاری مسیر بیوسنتز فلاونوئید به عنوان راهی برای القای تثبیت بیولوژیکی نیتروژن در دانه ها و کاهش محتوای نیتروژن معدنی پشتیبانی می کند. استفاده از کود. استراتژی های واقعی.”
سایر گیاهان نیز می توانند از این مسیر استفاده کنند. دانشگاه کالیفرنیا برای ثبت اختراع این فناوری درخواست داده است و در حال حاضر در انتظار آن است. این تحقیق توسط بنیاد Will W. Lester تامین مالی شد. علاوه بر این، Bayer CropScience از تحقیقات بیشتر در مورد این موضوع پشتیبانی می کند.
بلوموالد گفت: کودهای نیتروژن بسیار بسیار گران هستند. هر چیزی که بتواند این هزینه ها را حذف کند، مهم است. از یک طرف بحث پول است، اما نیتروژن اثرات مضری بر محیط زیست نیز دارد.»
بیشتر کودهای مصرفی از بین می روند و به خاک و آب های زیرزمینی نفوذ می کنند. کشف بلوموالد می تواند با کاهش آلودگی نیتروژن به حفاظت از محیط زیست کمک کند. او گفت: "این می تواند یک روش کشاورزی جایگزین پایدار را ارائه دهد که استفاده از کود نیتروژن اضافی را کاهش می دهد."