კალიფორნიის უნივერსიტეტის (დევისი) დოქტორმა ედუარდო ბლუმვალდმა (მარჯვნივ) და ახილეშ იადავმა, ფილოსოფიის დოქტორმა, და მათი გუნდის სხვა წევრებმა ბრინჯი მოდიფიცირეს, რათა ნიადაგის ბაქტერიებმა მცენარეებისთვის უფრო მეტი აზოტის გამომუშავება წაახალისონ. [ტრინა კლეისტი/UC Davis]
მკვლევრებმა CRISPR გამოიყენეს ბრინჯის ინჟინერიისთვის, რათა ნიადაგის ბაქტერიებმა წაახალისონ მათი ზრდისთვის საჭირო აზოტის შეწოვაში. ამ აღმოჩენებმა შეიძლება შეამციროს კულტურების მოსაყვანად საჭირო აზოტოვანი სასუქის რაოდენობა, რაც ამერიკელ ფერმერებს ყოველწლიურად მილიარდობით დოლარს დაუზოგავს და გარემოსთვის სასარგებლო იქნება აზოტით დაბინძურების შემცირებით.
„მცენარეები წარმოუდგენელი ქიმიური ქარხნებია“, - განაცხადა დოქტორმა ედუარდო ბლუმვალდმა, კალიფორნიის უნივერსიტეტის (დევისი) მცენარეთა მეცნიერებათა გამორჩეულმა პროფესორმა, რომელიც ხელმძღვანელობდა კვლევას. მისმა გუნდმა გამოიყენა CRISPR ტექნოლოგია ბრინჯში აპიგენინის დაშლის გასაძლიერებლად. მათ აღმოაჩინეს, რომ აპიგენინი და სხვა ნაერთები იწვევენ ბაქტერიულ აზოტის ფიქსაციას.
მათი ნაშრომი გამოქვეყნდა ჟურნალ „Plant Biotechnology“-ში („ბრინჯის ფლავონოიდების ბიოსინთეზის გენეტიკური მოდიფიკაცია აძლიერებს ბიოაპკის ფორმირებას და ბიოლოგიურ აზოტის ფიქსაციას ნიადაგის აზოტის დამფიქსირებელი ბაქტერიების მიერ“).
აზოტი აუცილებელია მცენარის ზრდისთვის, თუმცა მცენარეებს არ შეუძლიათ ჰაერიდან აზოტის პირდაპირ გარდაქმნა მათთვის გამოსაყენებელ ფორმად. ამის ნაცვლად, მცენარეები ეყრდნობიან არაორგანული აზოტის, მაგალითად, ამიაკის, შთანთქმას, რომელსაც ნიადაგში არსებული ბაქტერიები წარმოქმნიან. სოფლის მეურნეობის წარმოება ეფუძნება აზოტის შემცველი სასუქების გამოყენებას მცენარეთა პროდუქტიულობის გაზრდის მიზნით.
„თუ მცენარეებს შეუძლიათ ისეთი ქიმიკატების წარმოება, რომლებიც ნიადაგის ბაქტერიებს საშუალებას მისცემს ატმოსფერული აზოტის შეწებებას, ჩვენ შეგვიძლია მცენარეების ინჟინერია ისე მოვახდინოთ, რომ მეტი ასეთი ქიმიკატი გამოიმუშაონ“, - თქვა მან. „ეს ქიმიკატები ნიადაგის ბაქტერიებს აზოტის შეწოვისკენ უბიძგებს და მცენარეები ამონიუმის გამოყენებას უწყობენ ხელს, რითაც მცირდება ქიმიური სასუქების საჭიროება“.
ბრუმვალდის გუნდმა ქიმიური ანალიზი და გენომიკა გამოიყენა ბრინჯის მცენარეებში არსებული ნაერთების - აპიგენინისა და სხვა ფლავონოიდების - დასადგენად, რომლებიც აძლიერებენ ბაქტერიების აზოტის დაფიქსირების აქტივობას.
შემდეგ მათ დაადგინეს ქიმიკატების წარმოების გზები და გამოიყენეს CRISPR გენის რედაქტირების ტექნოლოგია, რათა გაეზარდათ ბიოაპკის ფორმირებაზე მოქმედი ნაერთების წარმოება. ეს ბიოაპკები შეიცავს ბაქტერიებს, რომლებიც აძლიერებენ აზოტის ტრანსფორმაციას. შედეგად, იზრდება ბაქტერიების აზოტის დაფიქსირების აქტივობა და მცენარისთვის ხელმისაწვდომი ამონიუმის რაოდენობა.
„გაუმჯობესებულმა ბრინჯის მცენარეებმა ნიადაგში აზოტით შეზღუდული პირობების პირობებში ზრდისას მარცვლეულის მოსავლიანობა გაზარდეს“, - წერენ მკვლევარები ნაშრომში. „ჩვენი შედეგები ადასტურებს ფლავონოიდების ბიოსინთეზის გზის მანიპულირებას, როგორც მარცვლეულში ბიოლოგიური აზოტის ფიქსაციის ინდუცირებისა და არაორგანული აზოტის შემცველობის შემცირების გზას. სასუქის გამოყენება. რეალური სტრატეგიები.“
სხვა მცენარეებსაც შეუძლიათ ამ გზის გამოყენება. კალიფორნიის უნივერსიტეტმა ტექნოლოგიაზე პატენტის მისაღებად განაცხადი შეიტანა და ამჟამად მის მიღებას ელოდება. კვლევა დააფინანსა უილ ვ. ლესტერის ფონდმა. გარდა ამისა, Bayer CropScience მხარს უჭერს ამ თემაზე შემდგომ კვლევებს.
„აზოტის შემცველი სასუქები ძალიან, ძალიან ძვირია“, - თქვა ბლუმვალდმა. „ყველაფერი, რაც ამ ხარჯების აღმოფხვრას შეძლებს, მნიშვნელოვანია. ერთი მხრივ, ეს ფულის საკითხია, მაგრამ აზოტს ასევე აქვს მავნე ზეგავლენა გარემოზე“.
გამოყენებული სასუქების უმეტესობა იკარგება და ნიადაგსა და მიწისქვეშა წყლებში იჟონება. ბლუმვალდის აღმოჩენამ შესაძლოა გარემოს დაცვაში დაგვეხმაროს აზოტით დაბინძურების შემცირებით. „ამან შეიძლება უზრუნველყოს მდგრადი ალტერნატიული სასოფლო-სამეურნეო პრაქტიკა, რომელიც შეამცირებს აზოტოვანი სასუქის ჭარბი რაოდენობით გამოყენებას“, - თქვა მან.