Dr. Eduardo Blumwald (regs) en Akhilesh Yadav, Ph.D., en ander lede van hul span aan die Universiteit van Kalifornië, Davis, het rys aangepas om grondbakterieë aan te moedig om meer stikstof te produseer wat plante kan gebruik. [Trina Kleist/UC Davis]
Navorsers het CRISPR gebruik om rys te ontwerp om grondbakterieë aan te moedig om die stikstof wat nodig is vir hul groei vas te maak. Die bevindinge kan die hoeveelheid stikstofkunsmis wat nodig is om gewasse te verbou verminder, wat Amerikaanse boere elke jaar miljarde dollars bespaar en die omgewing bevoordeel deur stikstofbesoedeling te verminder.
"Plante is ongelooflike chemiese fabrieke," sê dr. Eduardo Blumwald, vooraanstaande professor in plantwetenskappe aan die Universiteit van Kalifornië, Davis, wat die studie gelei het. Sy span het CRISPR gebruik om die afbreek van apigenien in rys te verbeter. Hulle het gevind dat apigenien en ander verbindings bakteriële stikstofbinding veroorsaak.
Hul werk is in die joernaal Plant Biotechnology gepubliseer ("Genetiese modifikasie van rysflavonoïedbiosintese verbeter biofilmvorming en biologiese stikstofbinding deur grondstikstofbindende bakterieë").
Stikstof is noodsaaklik vir plantegroei, maar plante kan nie stikstof direk uit die lug omskakel in 'n vorm wat hulle kan gebruik nie. In plaas daarvan maak plante staat op die opname van anorganiese stikstof, soos ammoniak, wat deur bakterieë in die grond geproduseer word. Landbouproduksie is gebaseer op die gebruik van stikstofbevattende kunsmis om plantproduktiwiteit te verhoog.
"As plante chemikalieë kan produseer wat grondbakterieë toelaat om atmosferiese stikstof te bind, kan ons plante ontwerp om meer van hierdie chemikalieë te produseer," het hy gesê. “Hierdie chemikalieë moedig grondbakterieë aan om stikstof te bind en plante gebruik die gevolglike ammonium, wat die behoefte aan chemiese kunsmis verminder.”
Broomwald se span het chemiese analise en genomika gebruik om verbindings in rysplante – apigenien en ander flavonoïede – te identifiseer wat die bakterieë se stikstofbindende aktiwiteit verbeter.
Hulle het toe roetes vir die vervaardiging van die chemikalieë geïdentifiseer en CRISPR-geenredigeringstegnologie gebruik om die produksie van verbindings wat biofilmvorming stimuleer, te verhoog. Hierdie biofilms bevat bakterieë wat stikstoftransformasie verbeter. As gevolg hiervan neem die stikstofbindende aktiwiteit van bakterieë toe en die hoeveelheid ammonium wat vir die plant beskikbaar is, neem toe.
"Verbeterde rysplante het verhoogde graanopbrengs getoon wanneer dit onder grondstikstofbeperkte toestande gekweek is," het die navorsers in die koerant geskryf. “Ons resultate ondersteun manipulasie van die flavonoïed-biosintese-weg as 'n manier om biologiese stikstofbinding in korrels te veroorsaak en anorganiese stikstofinhoud te verminder. Gebruik van kunsmis. Werklike strategieë.”
Ander plante kan ook hierdie roete gebruik. Die Universiteit van Kalifornië het aansoek gedoen om 'n patent op die tegnologie en wag tans daarop. Die navorsing is deur die Will W. Lester-stigting befonds. Boonop ondersteun Bayer CropScience verdere navorsing oor hierdie onderwerp.
"Stikstofkunsmis is baie, baie duur," het Blumwald gesê. “Enigiets wat daardie koste kan uitskakel, is belangrik. Aan die een kant is dit ’n kwessie van geld, maar stikstof het ook skadelike uitwerking op die omgewing.”
Die meeste van die toegediende kunsmis gaan verlore en sypel in die grond en grondwater in. Blumwald se ontdekking kan help om die omgewing te beskerm deur stikstofbesoedeling te verminder. "Dit kan 'n volhoubare alternatiewe boerderypraktyk bied wat die gebruik van oortollige stikstofkunsmis sal verminder," het hy gesê.