دکتر ادواردو بلوم‌والد (راست) و دکتر آخیلش یاداو، و دیگر اعضای تیمشان در دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، برنج را اصلاح کردند تا باکتری‌های خاک را به تولید نیتروژن بیشتری که گیاهان می‌توانند از آن استفاده کنند، تشویق کنند. [ترینا کلیست/دانشگاه کالیفرنیا، دیویس]
محققان از CRISPR برای مهندسی برنج استفاده کردند تا باکتری‌های خاک را به تثبیت نیتروژن مورد نیاز برای رشد خود ترغیب کنند. این یافته‌ها می‌تواند میزان کود نیتروژن مورد نیاز برای رشد محصولات را کاهش دهد، سالانه میلیاردها دلار برای کشاورزان آمریکایی صرفه‌جویی کند و با کاهش آلودگی نیتروژن به محیط زیست سود برساند.
دکتر ادواردو بلوم‌والد، استاد برجسته علوم گیاهی در دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، که رهبری این مطالعه را بر عهده داشت، گفت: «گیاهان کارخانه‌های شیمیایی فوق‌العاده‌ای هستند.» تیم او از CRISPR برای افزایش تجزیه آپیژنین در برنج استفاده کرد. آنها دریافتند که آپیژنین و سایر ترکیبات باعث تثبیت نیتروژن باکتریایی می‌شوند.
کار آنها در مجله Plant Biotechnology منتشر شد ("اصلاح ژنتیکی بیوسنتز فلاونوئید برنج، تشکیل بیوفیلم و تثبیت بیولوژیکی نیتروژن توسط باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن خاک را افزایش می‌دهد").
نیتروژن برای رشد گیاه ضروری است، اما گیاهان نمی‌توانند مستقیماً نیتروژن هوا را به شکلی که بتوانند از آن استفاده کنند تبدیل کنند. در عوض، گیاهان به جذب نیتروژن معدنی مانند آمونیاک که توسط باکتری‌های موجود در خاک تولید می‌شود، متکی هستند. تولید کشاورزی بر اساس استفاده از کودهای حاوی نیتروژن برای افزایش بهره‌وری گیاه است.
او گفت: «اگر گیاهان بتوانند مواد شیمیایی تولید کنند که به باکتری‌های خاک اجازه دهد نیتروژن اتمسفر را تثبیت کنند، می‌توانیم گیاهان را طوری مهندسی کنیم که مقدار بیشتری از این مواد شیمیایی تولید کنند. این مواد شیمیایی باکتری‌های خاک را به تثبیت نیتروژن تشویق می‌کنند و گیاهان از آمونیوم حاصل استفاده می‌کنند و در نتیجه نیاز به کودهای شیمیایی کاهش می‌یابد.»
تیم بروموالد از تجزیه و تحلیل شیمیایی و ژنومیک برای شناسایی ترکیباتی در گیاه برنج - آپیژنین و سایر فلاونوئیدها - که فعالیت تثبیت نیتروژن باکتری‌ها را افزایش می‌دهند، استفاده کرد.
سپس آنها مسیرهای تولید مواد شیمیایی را شناسایی کردند و از فناوری ویرایش ژن CRISPR برای افزایش تولید ترکیباتی که تشکیل بیوفیلم را تحریک می‌کنند، استفاده کردند. این بیوفیلم‌ها حاوی باکتری‌هایی هستند که تبدیل نیتروژن را افزایش می‌دهند. در نتیجه، فعالیت تثبیت نیتروژن باکتری‌ها افزایش می‌یابد و مقدار آمونیوم موجود برای گیاه افزایش می‌یابد.
محققان در این مقاله نوشتند: «گیاهان برنج اصلاح‌شده، هنگامی که در شرایط محدود نیتروژن خاک رشد می‌کنند، عملکرد دانه بیشتری نشان می‌دهند. نتایج ما از دستکاری مسیر بیوسنتز فلاونوئید به عنوان راهی برای القای تثبیت بیولوژیکی نیتروژن در غلات و کاهش محتوای نیتروژن معدنی پشتیبانی می‌کند. استفاده از کود. استراتژی‌های واقعی.»
گیاهان دیگر نیز می‌توانند از این مسیر استفاده کنند. دانشگاه کالیفرنیا برای ثبت اختراع این فناوری درخواست داده است و در حال حاضر منتظر آن است. این تحقیق توسط بنیاد ویل دبلیو. لستر تأمین مالی شده است. علاوه بر این، شرکت Bayer CropScience از تحقیقات بیشتر در این زمینه حمایت می‌کند.
بلوم‌والد گفت: «کودهای نیتروژنی بسیار بسیار گران هستند. هر چیزی که بتواند این هزینه‌ها را از بین ببرد، مهم است. از یک طرف، مسئله پول مطرح است، اما نیتروژن اثرات مضری نیز بر محیط زیست دارد.»
بیشتر کودهای استفاده شده از بین می‌روند و به خاک و آب‌های زیرزمینی نفوذ می‌کنند. کشف بلوم‌والد می‌تواند با کاهش آلودگی نیتروژن به حفاظت از محیط زیست کمک کند. او گفت: «این می‌تواند یک روش کشاورزی جایگزین پایدار فراهم کند که استفاده از کود نیتروژن اضافی را کاهش دهد.»