Доктар Эдуарда Блюмвальд (справа) і Ахілеш Ядаў, доктар філасофіі, і іншыя члены іх каманды з Каліфарнійскага ўніверсітэта ў Дэвісе змянілі рыс, каб заахвоціць глебавыя бактэрыі вырабляць больш азоту, які могуць выкарыстоўваць расліны. [Трына Клейст/UC Davis]
Даследчыкі выкарыстоўвалі CRISPR для распрацоўкі рысу, каб стымуляваць глебавыя бактэрыі фіксаваць азот, неабходны для іх росту. Высновы могуць паменшыць колькасць азотных угнаенняў, неабходных для вырошчвання сельскагаспадарчых культур, штогод зэканомячы амерыканскім фермерам мільярды долараў і прыносячы карысць навакольнаму асяроддзю за кошт зніжэння забруджвання азотам.
«Расліны - гэта неверагодныя хімічныя фабрыкі», - сказаў д-р Эдуарда Блюмвальд, выбітны прафесар расліназнаўства Каліфарнійскага ўніверсітэта ў Дэвісе, які кіраваў даследаваннем. Яго каманда выкарыстала CRISPR для ўзмацнення расшчаплення апігеніну ў рысе. Яны выявілі, што апігенін і іншыя злучэнні выклікаюць бактэрыяльную фіксацыю азоту.
Іх праца была апублікаваная ў часопісе Plant Biotechnology («Генетычная мадыфікацыя біясінтэзу флаваноідаў рысу ўзмацняе адукацыю біяплёнкі і біялагічную фіксацыю азоту бактэрыямі, якія фіксуюць азот глебы»).
Азот неабходны для росту раслін, але расліны не могуць непасрэдна ператвараць азот з паветра ў форму, якую яны могуць выкарыстоўваць. Замест гэтага расліны залежаць ад паглынання неарганічнага азоту, напрыклад аміяку, які выпрацоўваецца бактэрыямі ў глебе. Сельскагаспадарчая вытворчасць заснавана на выкарыстанні азотазмяшчальных угнаенняў для павышэння прадуктыўнасці раслін.
«Калі расліны могуць вырабляць хімічныя рэчывы, якія дазваляюць глебавым бактэрыям фіксаваць атмасферны азот, мы можам сканструяваць расліны для вытворчасці большай колькасці гэтых хімічных рэчываў», — сказаў ён. «Гэтыя хімікаты заахвочваюць глебавыя бактэрыі фіксаваць азот, і расліны выкарыстоўваюць атрыманы амоній, тым самым зніжаючы патрэбу ў хімічных угнаеннях».
Каманда Брумвальда выкарыстала хімічны аналіз і геноміку, каб вызначыць злучэнні ў раслінах рысу - апігенін і іншыя флавоноіды - якія ўзмацняюць азотфіксацыйную актыўнасць бактэрый.
Затым яны вызначылі шляхі вытворчасці хімічных рэчываў і выкарысталі тэхналогію рэдагавання генаў CRISPR, каб павялічыць вытворчасць злучэнняў, якія стымулююць адукацыю біяплёнкі. Гэтыя біяплёнкі ўтрымліваюць бактэрыі, якія ўзмацняюць трансфармацыю азоту. У выніку ўзмацняецца азотфіксуючая актыўнасць бактэрый і павялічваецца колькасць даступнага расліне амонія.
«Палепшаныя расліны рысу паказалі павышаную ўраджайнасць збожжа пры вырошчванні ва ўмовах абмежаванага ўтрымання азоту ў глебе», - пішуць даследчыкі ў артыкуле. «Нашы вынікі пацвярджаюць маніпуляцыю шляхам біясінтэзу флаваноідаў як спосаб індукцыі біялагічнай фіксацыі азоту ў зернях і зніжэння ўтрымання неарганічнага азоту. Выкарыстанне угнаенняў. Сапраўдныя стратэгіі».
Іншыя расліны таксама могуць выкарыстоўваць гэты шлях. Універсітэт Каліфорніі падаў заяўку на патэнт на тэхналогію і ў цяперашні час чакае яго. Даследаванне фінансавалася Фондам Уіла Лестэра. Акрамя таго, Bayer CropScience падтрымлівае далейшыя даследаванні па гэтай тэме.
«Азотныя ўгнаенні каштуюць вельмі і вельмі дорага», — сказаў Блюмвальд. «Усё, што можа ліквідаваць гэтыя выдаткі, важна. З аднаго боку, гэта пытанне грошай, але азот таксама шкодна ўплывае на навакольнае асяроддзе».
Большая частка унесеных угнаенняў губляецца, прасочваючыся ў глебу і грунтавыя воды. Адкрыццё Блюмвальда можа дапамагчы абараніць навакольнае асяроддзе, скараціўшы забруджванне азотам. «Гэта магло б забяспечыць устойлівую альтэрнатыўную практыку земляробства, якая б скараціла выкарыстанне лішку азотных угнаенняў», - сказаў ён.