Доктар Эдуарда Блюмвальд (справа) і доктар філасофіі Ахілеш Ядаў, а таксама іншыя члены іх каманды з Каліфарнійскага ўніверсітэта ў Дэвісе, мадыфікавалі рыс, каб стымуляваць глебавыя бактэрыі выпрацоўваць больш азоту, які могуць выкарыстоўваць расліны. [Трына Кляйст/UC Davis]
Даследчыкі выкарысталі CRISPR для стварэння рысу, каб стымуляваць глебавыя бактэрыі фіксаваць азот, неабходны для іх росту. Вынікі даследавання могуць скараціць колькасць азотных угнаенняў, неабходных для вырошчвання сельскагаспадарчых культур, штогод эканомячы амерыканскім фермерам мільярды долараў і прыносячы карысць навакольнаму асяроддзю за кошт зніжэння забруджвання азотам.
«Расліны — гэта неверагодныя хімічныя фабрыкі», — сказаў доктар Эдуарда Блюмвальд, заслужаны прафесар раслінных навук 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 фіксацыю азоту бактэрыямі.
Іх праца была апублікаваная ў часопісе Plant Biotechnology («Генетычная мадыфікацыя біясінтэзу флаваноідаў рысу паляпшае ўтварэнне біяплёнкі і біялагічную фіксацыю азоту глебавымі азотфіксуючымі бактэрыямі»).
Азот неабходны для росту раслін, але расліны не могуць непасрэдна пераўтвараць азот з паветра ў форму, якую яны могуць выкарыстоўваць. Замест гэтага расліны абапіраюцца на паглынанне неарганічнага азоту, напрыклад, аміяку, які выпрацоўваецца бактэрыямі ў глебе. Сельскагаспадарчая вытворчасць заснавана на выкарыстанні азотазмяшчальных угнаенняў для павышэння прадукцыйнасці раслін.
«Калі расліны могуць выпрацоўваць хімічныя рэчывы, якія дазваляюць глебавым бактэрыям фіксаваць атмасферны азот, мы можам стварыць расліны, якія будуць выпрацоўваць больш гэтых хімічных рэчываў», — сказаў ён. «Гэтыя хімічныя рэчывы стымулююць глебавыя бактэрыі фіксаваць азот, а расліны выкарыстоўваюць атрыманы амоній, тым самым змяншаючы патрэбу ў хімічных угнаеннях».
Каманда Брумвальда выкарыстала хімічны аналіз і геноміку, каб вызначыць злучэнні ў раслінах рысу — апігенін і іншыя флаваноіды, — якія ўзмацняюць азотфіксуючую актыўнасць бактэрый.
Затым яны вызначылі шляхі атрымання хімічных рэчываў і выкарысталі тэхналогію рэдагавання генаў CRISPR, каб павялічыць выпрацоўку злучэнняў, якія стымулююць утварэнне біяплёнкі. Гэтыя біяплёнкі ўтрымліваюць бактэрыі, якія ўзмацняюць трансфармацыю азоту. У выніку азотфіксуючая актыўнасць бактэрый павялічваецца, а колькасць амонія, даступнага расліне, павялічваецца.
«Палепшаныя расліны рысу паказалі павышаны ўраджай зерня пры вырошчванні ў глебе з абмежаваным утрыманнем азоту», — пішуць даследчыкі ў артыкуле. «Нашы вынікі пацвярджаюць маніпуляцыю шляхам біясінтэзу флаваноідаў як спосаб стымуляцыі біялагічнай фіксацыі азоту ў зернях і зніжэння ўтрымання неарганічнага азоту. Выкарыстанне ўгнаенняў. Рэальныя стратэгіі».
Іншыя расліны таксама могуць выкарыстоўваць гэты шлях. Каліфарнійскі ўніверсітэт падаў заяўку на патэнт на гэтую тэхналогію і ў цяперашні час чакае яе атрымання. Даследаванне было прафінансавана Фондам Уіла У. Лестэра. Акрамя таго, Bayer CropScience падтрымлівае далейшыя даследаванні па гэтай тэме.
«Азотныя ўгнаенні вельмі і вельмі дарагія», — сказаў Блюмвальд. «Усё, што можа ліквідаваць гэтыя выдаткі, важна. З аднаго боку, гэта пытанне грошай, але азот таксама мае шкодны ўплыў на навакольнае асяроддзе».
Большая частка ўнесеных угнаенняў губляецца, прасочваючыся ў глебу і грунтавыя воды. Адкрыццё Блюмвальда можа дапамагчы абараніць навакольнае асяроддзе, знізіўшы забруджванне азотам. «Гэта можа забяспечыць устойлівую альтэрнатыўную сельскагаспадарчую практыку, якая дазволіць скараціць выкарыстанне лішку азотных угнаенняў», — сказаў ён.