Dr. Eduardo Blumwald (til højre) og Akhilesh Yadav, Ph.D., og andre medlemmer af deres team ved University of California, Davis, modificerede ris for at tilskynde jordbakterier til at producere mere nitrogen, som planter kan bruge. [Trina Kleist/UC Davis]
Forskere brugte CRISPR til at konstruere ris for at tilskynde jordbakterier til at fikse det nitrogen, der er nødvendigt for deres vækst. Resultaterne kan reducere mængden af ​​kvælstofgødning, der er nødvendig for at dyrke afgrøder, spare amerikanske landmænd for milliarder af dollars hvert år og gavne miljøet ved at reducere kvælstofforurening.
"Planter er utrolige kemiske fabrikker," sagde Dr. Eduardo Blumwald, fremtrædende professor i plantevidenskab ved University of California, Davis, som ledede undersøgelsen. Hans team brugte CRISPR til at forbedre nedbrydningen af ​​apigenin i ris. De fandt ud af, at apigenin og andre forbindelser forårsager bakteriel nitrogenfiksering.
Deres arbejde blev publiceret i tidsskriftet Plant Biotechnology ("Genetisk modifikation af risflavonoidbiosyntese øger biofilmdannelse og biologisk nitrogenfiksering af jordens nitrogenfikserende bakterier").
Kvælstof er afgørende for plantevækst, men planter kan ikke direkte omdanne nitrogen fra luften til en form, de kan bruge. I stedet er planter afhængige af at absorbere uorganisk nitrogen, såsom ammoniak, produceret af bakterier i jorden. Landbrugsproduktionen er baseret på brugen af ​​kvælstofholdig gødning for at øge planternes produktivitet.
"Hvis planter kan producere kemikalier, der tillader jordbakterier at fiksere atmosfærisk nitrogen, kan vi konstruere planter til at producere flere af disse kemikalier," sagde han. "Disse kemikalier tilskynder jordbakterier til at fiksere nitrogen, og planter bruger den resulterende ammonium og reducerer derved behovet for kunstgødning."
Broomwalds team brugte kemisk analyse og genomik til at identificere forbindelser i risplanter – apigenin og andre flavonoider – der forbedrer bakteriernes nitrogenfikserende aktivitet.
De identificerede derefter veje til fremstilling af kemikalierne og brugte CRISPR-genredigeringsteknologi til at øge produktionen af ​​forbindelser, der stimulerer biofilmdannelse. Disse biofilm indeholder bakterier, der forbedrer nitrogenomdannelsen. Som følge heraf øges bakteriernes nitrogenfikserende aktivitet, og mængden af ​​ammonium, der er tilgængelig for planten, øges.
"Forbedrede risplanter viste øget kornudbytte, når de blev dyrket under jordens nitrogenbegrænsede forhold," skrev forskerne i papiret. "Vores resultater understøtter manipulation af flavonoidbiosyntesevejen som en måde at inducere biologisk nitrogenfiksering i korn og reducere indholdet af uorganisk nitrogen. Brug af gødning. Virkelige strategier."
Andre planter kan også bruge denne rute. University of California har ansøgt om patent på teknologien og afventer det i øjeblikket. Forskningen blev finansieret af Will W. Lester Foundation. Derudover understøtter Bayer CropScience yderligere forskning om dette emne.
"Nitrogengødning er meget, meget dyre," sagde Blumwald. "Alt, der kan eliminere disse omkostninger, er vigtigt. På den ene side er det et spørgsmål om penge, men kvælstof har også skadelige effekter på miljøet.”
Det meste af den anvendte gødning går tabt og siver ned i jorden og grundvandet. Blumwalds opdagelse kan hjælpe med at beskytte miljøet ved at reducere kvælstofforurening. "Dette kunne give en bæredygtig alternativ landbrugspraksis, der ville reducere brugen af ​​overskydende nitrogengødning," sagde han.