დოქტორმა ედუარდო ბლუმვალდმა (მარჯვნივ) და ახილეშ იადავმა, დოქტორმა, და მათი გუნდის სხვა წევრებმა კალიფორნიის უნივერსიტეტში, დევისში, შეცვალეს ბრინჯი, რათა წაახალისონ ნიადაგის ბაქტერიები მეტი აზოტის გამომუშავებაში, რაც მცენარეებს შეუძლიათ. [ტრინა კლაისტი/UC Davis]
მკვლევარებმა გამოიყენეს CRISPR ბრინჯის ინჟინერიისთვის, რათა წაახალისონ ნიადაგის ბაქტერიები, დაეფიქსირებინათ მათი ზრდისთვის საჭირო აზოტი. აღმოჩენებმა შეიძლება შეამციროს აზოტის სასუქის რაოდენობა, რომელიც საჭიროა კულტურების გასაზრდელად, დაზოგავს ამერიკელ ფერმერებს ყოველწლიურად მილიარდობით დოლარს და სარგებელს მოუტანს გარემოს აზოტით დაბინძურების შემცირებით.
„მცენარეები წარმოუდგენელი ქიმიური ქარხნებია“, - თქვა დოქტორმა ედუარდო ბლუმვალდმა, კალიფორნიის უნივერსიტეტის მცენარეთა მეცნიერებათა გამორჩეულმა პროფესორმა, დევისში, რომელიც ხელმძღვანელობდა კვლევას. მისმა გუნდმა გამოიყენა CRISPR ბრინჯში აპიგენინის დაშლის გასაძლიერებლად. მათ აღმოაჩინეს, რომ აპიგენინი და სხვა ნაერთები იწვევენ ბაქტერიული აზოტის ფიქსაციას.
მათი ნამუშევარი გამოქვეყნდა ჟურნალში Plant Biotechnology („ბრინჯის ფლავონოიდების ბიოსინთეზის გენეტიკური მოდიფიკაცია აძლიერებს ბიოფილმის ფორმირებას და ბიოლოგიურ აზოტის ფიქსაციას ნიადაგის აზოტის ფიქსაციის ბაქტერიებით“).
აზოტი აუცილებელია მცენარის ზრდისთვის, მაგრამ მცენარეებს პირდაპირ არ შეუძლიათ ჰაერიდან აზოტის გადაქცევა მათ გამოსაყენებლად. ამის ნაცვლად, მცენარეები ეყრდნობიან ნიადაგში ბაქტერიების მიერ წარმოქმნილ არაორგანულ აზოტს, როგორიცაა ამიაკი. სასოფლო-სამეურნეო წარმოება ეფუძნება აზოტის შემცველი სასუქების გამოყენებას მცენარის პროდუქტიულობის გაზრდის მიზნით.
„თუკი მცენარეებს შეუძლიათ ქიმიკატების წარმოება, რომლებიც ნიადაგის ბაქტერიებს საშუალებას აძლევს დააფიქსირონ ატმოსფერული აზოტი, ჩვენ შეგვიძლია დავამზადოთ მცენარეები, რათა ამ ქიმიკატების მეტი წარმოება მოხდეს“, - თქვა მან. „ეს ქიმიკატები ხელს უწყობს ნიადაგის ბაქტერიებს აზოტის დაფიქსირებაში და მცენარეები გამოიყენებენ მიღებულ ამონიუმს, რითაც ამცირებს ქიმიური სასუქების საჭიროებას“.
ბრუმვალდის გუნდმა გამოიყენა ქიმიური ანალიზი და გენომიკა ბრინჯის მცენარეებში არსებული ნაერთების - აპიგენინისა და სხვა ფლავონოიდების იდენტიფიცირებისთვის, რომლებიც აძლიერებენ ბაქტერიების აზოტის დამაგრების აქტივობას.
შემდეგ მათ დაადგინეს ქიმიკატების წარმოების გზები და გამოიყენეს CRISPR გენის რედაქტირების ტექნოლოგია, რათა გაზარდონ ნაერთების წარმოება, რომლებიც ასტიმულირებენ ბიოფილმის ფორმირებას. ეს ბიოფილები შეიცავს ბაქტერიებს, რომლებიც აძლიერებენ აზოტის ტრანსფორმაციას. შედეგად, იზრდება ბაქტერიების აზოტმამაგრებელი აქტივობა და იზრდება მცენარისთვის ხელმისაწვდომი ამონიუმის რაოდენობა.
„ბრინჯის გაუმჯობესებულმა მცენარეებმა აჩვენეს მარცვლეულის მოსავლიანობა ნიადაგის აზოტით შეზღუდულ პირობებში გაშენებისას“, - წერენ მკვლევარები ნაშრომში. „ჩვენი შედეგები მხარს უჭერს ფლავონოიდების ბიოსინთეზის გზის მანიპულირებას, როგორც მარცვლებში აზოტის ბიოლოგიური ფიქსაციის გამოწვევის და არაორგანული აზოტის შემცველობის შესამცირებლად. სასუქის გამოყენება. რეალური სტრატეგიები. ”
სხვა მცენარეებსაც შეუძლიათ ამ მარშრუტის გამოყენება. კალიფორნიის უნივერსიტეტმა შეიტანა განაცხადი ტექნოლოგიაზე პატენტის მისაღებად და ამჟამად ელოდება მას. კვლევა დააფინანსა Will W. Lester Foundation-მა. გარდა ამისა, Bayer CropScience მხარს უჭერს შემდგომ კვლევებს ამ თემაზე.
”აზოტის სასუქები ძალიან, ძალიან ძვირია”, - თქვა ბლუმვალდმა. „მნიშვნელოვანია ყველაფერი, რაც ამ ხარჯების აღმოფხვრას შეძლებს. ერთის მხრივ, ფულის საკითხია, მაგრამ აზოტს გარემოზე მავნე ზემოქმედებაც აქვს“.
გამოყენებული სასუქების უმეტესი ნაწილი იკარგება, ჩაედინება ნიადაგში და მიწისქვეშა წყლებში. ბლუმვალდის აღმოჩენამ შესაძლოა ხელი შეუწყოს გარემოს დაცვას აზოტით დაბინძურების შემცირებით. ”ეს შეიძლება უზრუნველყოს მდგრადი ალტერნატიული მეურნეობის პრაქტიკა, რომელიც შეამცირებს ჭარბი აზოტის სასუქის გამოყენებას,” - თქვა მან.