Dr. Eduardo Blumwald (regs) en Akhilesh Yadav, PhD, en ander lede van hul span aan die Universiteit van Kalifornië, Davis, het rys gemodifiseer 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 manipuleer om grondbakterieë aan te moedig om die stikstof wat vir hul groei benodig word, vas te lê. Die bevindinge kan die hoeveelheid stikstofkunsmis wat nodig is om gewasse te kweek, verminder, wat Amerikaanse boere miljarde dollars per jaar bespaar en die omgewing bevoordeel deur stikstofbesoedeling te verminder.
“Plante is ongelooflike chemiese fabrieke,” het dr. Eduardo Blumwald, vooraanstaande professor in plantwetenskappe aan die Universiteit van Kalifornië, Davis, wat die studie gelei het, gesê. Sy span het CRISPR gebruik om die afbreek van apigenien in rys te verbeter. Hulle het bevind dat apigenien en ander verbindings bakteriese stikstofbinding veroorsaak.
Hul werk is gepubliseer in die tydskrif Plant Biotechnology (“Genetiese modifikasie van rysflavonoïedbiosintese verbeter biofilmvorming en biologiese stikstoffiksering deur grondstikstofbindende bakterieë”).
Stikstof is noodsaaklik vir plantgroei, 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 absorpsie van anorganiese stikstof, soos ammoniak, wat deur bakterieë in die grond geproduseer word. Landbouproduksie is gebaseer op die gebruik van stikstofbevattende kunsmisstowwe om plantproduktiwiteit te verhoog.
“As plante chemikalieë kan produseer wat grondbakterieë toelaat om atmosferiese stikstof vas te lê, kan ons plante manipuleer om meer van hierdie chemikalieë te produseer,” het hy gesê. “Hierdie chemikalieë moedig grondbakterieë aan om stikstof vas te lê 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 weë geïdentifiseer vir die vervaardiging van die chemikalieë en CRISPR-geenredigeringstegnologie gebruik om die produksie van verbindings wat biofilmvorming stimuleer, te verhoog. Hierdie biofilms bevat bakterieë wat stikstoftransformasie verbeter. Gevolglik 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 stikstofbeperkte grondtoestande gekweek is,” het die navorsers in die artikel geskryf. “Ons resultate ondersteun manipulasie van die flavonoïedbiosintese-roete as 'n manier om biologiese stikstofbinding in graan te veroorsaak en anorganiese stikstofinhoud te verminder. Kunsmisgebruik. Ware strategieë.”
Ander plante kan ook hierdie roete gebruik. Die Universiteit van Kalifornië het aansoek gedoen vir 'n patent op die tegnologie en wag tans daarvoor. Die navorsing is befonds deur die Will W. Lester-stigting. Daarbenewens 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 gevolge vir die omgewing.”
Die meeste van die toegediende kunsmisstowwe 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.