Դոկտոր Էդուարդո Բլումվալդը (աջից) և Ախիլեշ Յադավը, փիլիսոփայության դոկտոր, ինչպես նաև նրանց թիմի այլ անդամներ Կալիֆոռնիայի Դեյվիսի համալսարանում, փոփոխել են բրինձը՝ խրախուսելով հողի մանրէներին արտադրել ավելի շատ ազոտ, քան բույսերը կարող են օգտագործել: [Տրինա Քլեյստ/UC Davis]
Հետազոտողները CRISPR-ի միջոցով բրնձի մշակման համար խրախուսել են հողի մանրէներին կլանել իրենց աճի համար անհրաժեշտ ազոտը: Այս արդյունքները կարող են նվազեցնել մշակաբույսերի աճեցման համար անհրաժեշտ ազոտական ​​պարարտանյութի քանակը, ամերիկացի ֆերմերներին տարեկան խնայելով միլիարդավոր դոլարներ և օգուտ բերելով շրջակա միջավայրին՝ նվազեցնելով ազոտի աղտոտումը:
«Բույսերը անհավանական քիմիական գործարաններ են», - ասաց Կալիֆոռնիայի Դեյվիսի համալսարանի բույսերի գիտությունների վաստակավոր պրոֆեսոր, դոկտոր Էդուարդո Բլումվալդը, որը ղեկավարում էր ուսումնասիրությունը: Նրա թիմը օգտագործեց CRISPR-ը՝ բրնձի մեջ ապիգենինի քայքայումը բարելավելու համար: Նրանք պարզեցին, որ ապիգենինը և այլ միացություններ առաջացնում են մանրէային ազոտի ֆիքսացիա:
Նրանց աշխատանքը հրապարակվել է «Plant Biotechnology» ամսագրում («Բրնձի ֆլավոնոիդների կենսասինթեզի գենետիկական մոդիֆիկացիան ուժեղացնում է կենսաթաղանթի ձևավորումը և կենսաբանական ազոտի ֆիքսացիան հողի ազոտ ֆիքսող բակտերիաների կողմից»):
Ազոտը կարևոր է բույսերի աճի համար, սակայն բույսերը չեն կարող օդից ազոտը անմիջապես վերածել իրենց համար օգտագործելի ձևի։ Դրա փոխարեն, բույսերը ապավինում են հողում մանրէների կողմից արտադրվող անօրգանական ազոտի, օրինակ՝ ամոնիակի, կլանմանը։ Գյուղատնտեսական արտադրությունը հիմնված է ազոտ պարունակող պարարտանյութերի օգտագործման վրա՝ բույսերի արտադրողականությունը բարձրացնելու համար։
«Եթե բույսերը կարողանան արտադրել քիմիական նյութեր, որոնք թույլ կտան հողի մանրէներին կլանել մթնոլորտային ազոտը, մենք կարող ենք բույսերը մշակել այնպես, որ արտադրեն ավելի շատ այդ քիմիական նյութեր», - ասաց նա: «Այս քիմիական նյութերը խրախուսում են հողի մանրէներին կլանել ազոտը, և բույսերը օգտագործում են ստացված ամոնիումը, այդպիսով նվազեցնելով քիմիական պարարտանյութերի անհրաժեշտությունը»:
Բրումվալդի թիմը քիմիական վերլուծության և գենոմիկայի միջոցով բացահայտել է բրնձի բույսերում առկա միացությունները՝ ապիգենինը և այլ ֆլավոնոիդներ, որոնք ուժեղացնում են բակտերիաների ազոտը ֆիքսող ակտիվությունը։
Այնուհետև նրանք նույնականացրին քիմիական նյութերի արտադրության ուղիները և օգտագործեցին CRISPR գեների խմբագրման տեխնոլոգիան՝ կենսաթաղանթի ձևավորումը խթանող միացությունների արտադրությունը մեծացնելու համար: Այս կենսաթաղանթները պարունակում են ազոտի փոխակերպումը խթանող մանրէներ: Արդյունքում, մանրէների ազոտը ֆիքսող ակտիվությունը մեծանում է, և բույսի համար հասանելի ամոնիումի քանակը մեծանում է:
«Բարելավված բրնձի բույսերը ցույց տվեցին հացահատիկի բերքատվության աճ, երբ աճեցվում էին հողի ազոտի սահմանափակ պայմաններում», - գրել են հետազոտողները հոդվածում: «Մեր արդյունքները հաստատում են ֆլավոնոիդների կենսասինթեզի ուղու մանիպուլյացիան՝ որպես հացահատիկներում կենսաբանական ազոտի ֆիքսացիա առաջացնելու և անօրգանական ազոտի պարունակությունը նվազեցնելու միջոց: Պարարտանյութերի օգտագործումը: Իրական ռազմավարություններ»:
Այլ բույսեր նույնպես կարող են օգտագործել այս ուղին: Կալիֆոռնիայի համալսարանը դիմել է տեխնոլոգիայի արտոնագրի համար և այժմ սպասում է դրան: Հետազոտությունը ֆինանսավորվել է Ուիլ Վ. Լեսթեր հիմնադրամի կողմից: Բացի այդ, Bayer CropScience-ը աջակցում է այս թեմայի վերաբերյալ հետագա հետազոտություններին:
«Ազոտական ​​պարարտանյութերը շատ, շատ թանկ են», - ասաց Բլումվալդը: «Կարևոր է այն ամենը, ինչը կարող է վերացնել այդ ծախսերը: Մի կողմից, դա փողի հարց է, բայց ազոտը նաև վնասակար ազդեցություն ունի շրջակա միջավայրի վրա»:
Կիրառվող պարարտանյութերի մեծ մասը կորչում է՝ ներթափանցելով հողի և ստորգետնյա ջրերի մեջ: Բլումվալդի հայտնագործությունը կարող է օգնել պաշտպանել շրջակա միջավայրը՝ նվազեցնելով ազոտի աղտոտումը: «Սա կարող է ապահովել կայուն այլընտրանքային գյուղատնտեսական գործելակերպ, որը կնվազեցնի ազոտական ​​պարարտանյութի ավելցուկի օգտագործումը», - ասաց նա: