Դոկտոր Էդուարդո Բլումվալդը (աջից) և Ախիլեշ Յադավը, բ.գ.թ., և Կալիֆորնիայի Դևիսի համալսարանի իրենց թիմի մյուս անդամները փոփոխել են բրինձը, որպեսզի հողի բակտերիաները խրախուսեն ավելի շատ ազոտ արտադրել, որը բույսերը կարող են օգտագործել: [Trina Kleist/UC Davis]
Հետազոտողները օգտագործել են CRISPR-ը՝ բրինձը մշակելու համար, որպեսզի խրախուսեն հողի բակտերիաները ամրացնել իրենց աճի համար անհրաժեշտ ազոտը: Գտածոները կարող են նվազեցնել ազոտային պարարտանյութի քանակը, որն անհրաժեշտ է մշակաբույսերի աճեցման համար՝ խնայելով ամերիկացի ֆերմերներին տարեկան միլիարդավոր դոլարներ և օգուտ բերելով շրջակա միջավայրին՝ նվազեցնելով ազոտի աղտոտումը:
«Բույսերը անհավանական քիմիական գործարաններ են», - ասում է դոկտոր Էդուարդո Բլումվալդը, Կալիֆորնիայի Դևիսի համալսարանի բույսերի գիտությունների վաստակավոր պրոֆեսոր, ով ղեկավարել է հետազոտությունը: Նրա թիմն օգտագործեց CRISPR-ը՝ բրնձի մեջ ապիգենինի քայքայումը ուժեղացնելու համար: Նրանք պարզել են, որ ապիգենինը և այլ միացություններ առաջացնում են բակտերիալ ազոտի ֆիքսացիա:
Նրանց աշխատանքը հրապարակվել է Plant Biotechnology ամսագրում («Բրինձի ֆլավոնոիդների կենսասինթեզի գենետիկ մոդիֆիկացիան ուժեղացնում է բիոֆիլմի ձևավորումը և ազոտի կենսաբանական ֆիքսումը հողի ազոտի ամրագրող բակտերիաների կողմից»):
Ազոտը անհրաժեշտ է բույսերի աճի համար, սակայն բույսերը չեն կարող ուղղակիորեն օդից ազոտը վերածել այն ձևի, որը կարող են օգտագործել: Փոխարենը, բույսերը հենվում են հողի բակտերիաների կողմից արտադրվող անօրգանական ազոտի, օրինակ՝ ամոնիակի կլանման վրա: Գյուղատնտեսական արտադրությունը հիմնված է ազոտ պարունակող պարարտանյութերի օգտագործման վրա՝ բույսերի արտադրողականությունը բարձրացնելու համար։
«Եթե բույսերը կարողանան քիմիական նյութեր արտադրել, որոնք հողի բակտերիաներին թույլ են տալիս ամրացնել մթնոլորտային ազոտը, մենք կարող ենք ինժեներներ պատրաստել բույսերին, որպեսզի արտադրեն ավելի շատ այդ քիմիական նյութեր», - ասաց նա: «Այս քիմիական նյութերը խրախուսում են հողի բակտերիաներին ամրացնել ազոտը, և բույսերը օգտագործում են ստացված ամոնիումը, դրանով իսկ նվազեցնելով քիմիական պարարտանյութերի կարիքը»:
Բրումվալդի թիմն օգտագործել է քիմիական անալիզ և գենոմիկա՝ բացահայտելու բրնձի բույսերի միացությունները՝ ապիգենինը և այլ ֆլավոնոիդները, որոնք ուժեղացնում են բակտերիաների ազոտի ամրագրման ակտիվությունը:
Այնուհետև նրանք հայտնաբերեցին քիմիական նյութերի արտադրության ուղիները և օգտագործեցին CRISPR գեների խմբագրման տեխնոլոգիան՝ մեծացնելու միացությունների արտադրությունը, որոնք խթանում են կենսաթաղանթի ձևավորումը: Այս բիոֆիլմերը պարունակում են բակտերիաներ, որոնք ուժեղացնում են ազոտի փոխակերպումը: Արդյունքում մեծանում է բակտերիաների ազոտի ամրագրման ակտիվությունը, և աճում է բույսին հասանելի ամոնիումի քանակը։
«Բրնձի բարելավված բույսերը ցույց են տվել հացահատիկի բարձր բերքատվություն, երբ աճեցվում են հողի ազոտով սահմանափակ պայմաններում», - գրում են հետազոտողները թղթում: «Մեր արդյունքները աջակցում են ֆլավոնոիդների կենսասինթեզի ուղու մանիպուլյացիաներին՝ որպես հացահատիկների մեջ ազոտի կենսաբանական ֆիքսացիա հրահրելու և անօրգանական ազոտի պարունակությունը նվազեցնելու միջոց: Պարարտանյութի օգտագործումը. Իրական ռազմավարություններ»:
Այլ բույսեր նույնպես կարող են օգտվել այս ճանապարհից: Կալիֆորնիայի համալսարանը դիմել է տեխնոլոգիայի արտոնագրի համար և այժմ սպասում է դրան: Հետազոտությունը ֆինանսավորվել է Will W. Lester հիմնադրամի կողմից: Բացի այդ, Bayer CropScience-ն աջակցում է այս թեմայի վերաբերյալ հետագա հետազոտություններին:
«Ազոտային պարարտանյութերը շատ, շատ թանկ են», - ասաց Բլումվալդը: «Կարևոր է այն ամենը, ինչ կարող է վերացնել այդ ծախսերը: Մի կողմից փողի հարց է, բայց ազոտն էլ է վնասակար ազդեցություն ունենում շրջակա միջավայրի վրա»:
Կիրառվող պարարտանյութերի մեծ մասը կորչում է՝ ներթափանցելով հողի և ստորերկրյա ջրերի մեջ։ Բլումվալդի հայտնագործությունը կարող է օգնել պաշտպանել շրջակա միջավայրը՝ նվազեցնելով ազոտի աղտոտումը: «Սա կարող է ապահովել կայուն այլընտրանքային գյուղատնտեսական պրակտիկա, որը կնվազեցնի ավելորդ ազոտային պարարտանյութի օգտագործումը», - ասաց նա: