قام الدكتور إدواردو بلوموالد (على اليمين) وأخيليش ياداف، دكتوراه، وأعضاء آخرون في فريقهم في جامعة كاليفورنيا، ديفيس، بتعديل الأرز لتشجيع بكتيريا التربة على إنتاج المزيد من النيتروجين الذي يمكن للنباتات استخدامه. [ترينا كلايست/جامعة كاليفورنيا في ديفيس]
استخدم الباحثون تقنية كريسبر لهندسة الأرز لتشجيع بكتيريا التربة على تثبيت النيتروجين اللازم لنموها. يمكن أن تقلل النتائج من كمية الأسمدة النيتروجينية اللازمة لزراعة المحاصيل، مما يوفر للمزارعين الأمريكيين مليارات الدولارات كل عام ويفيد البيئة من خلال الحد من تلوث النيتروجين.
وقال الدكتور إدواردو بلوموالد، أستاذ علوم النبات المتميز بجامعة كاليفورنيا في ديفيس، والذي قاد الدراسة: "النباتات عبارة عن مصانع كيميائية مذهلة". استخدم فريقه تقنية كريسبر لتعزيز تحلل الأبيجينين في الأرز. ووجدوا أن الأبيجينين والمركبات الأخرى تسبب تثبيت النيتروجين البكتيري.
نُشرت أعمالهم في مجلة التكنولوجيا الحيوية النباتية ("التعديل الوراثي للتخليق الحيوي لفلافونويد الأرز يعزز تكوين الأغشية الحيوية وتثبيت النيتروجين البيولوجي بواسطة بكتيريا تثبيت النيتروجين في التربة").
يعتبر النيتروجين ضروريًا لنمو النبات، لكن النباتات لا تستطيع تحويل النيتروجين من الهواء مباشرة إلى شكل يمكنها استخدامه. وبدلا من ذلك، تعتمد النباتات على امتصاص النيتروجين غير العضوي، مثل الأمونيا، الذي تنتجه البكتيريا الموجودة في التربة. يعتمد الإنتاج الزراعي على استخدام الأسمدة المحتوية على النيتروجين لزيادة إنتاجية النبات.
وقال: "إذا تمكنت النباتات من إنتاج مواد كيميائية تسمح لبكتيريا التربة بتثبيت النيتروجين في الغلاف الجوي، فيمكننا هندسة النباتات لإنتاج المزيد من هذه المواد الكيميائية". "هذه المواد الكيميائية تشجع بكتيريا التربة على تثبيت النيتروجين وتستخدم النباتات الأمونيوم الناتج، مما يقلل الحاجة إلى الأسمدة الكيماوية."
استخدم فريق بروموالد التحليل الكيميائي وعلم الجينوم لتحديد المركبات الموجودة في نباتات الأرز - الأبيجينين والفلافونويدات الأخرى - التي تعزز نشاط تثبيت النيتروجين في البكتيريا.
ثم حددوا مسارات لإنتاج المواد الكيميائية واستخدموا تقنية تحرير الجينات كريسبر لزيادة إنتاج المركبات التي تحفز تكوين الأغشية الحيوية. تحتوي هذه الأغشية الحيوية على بكتيريا تعمل على تعزيز تحول النيتروجين. ونتيجة لذلك، يزداد نشاط تثبيت النيتروجين في البكتيريا وتزداد كمية الأمونيوم المتاحة للنبات.
وكتب الباحثون في الورقة البحثية: "أظهرت نباتات الأرز المحسنة زيادة في إنتاجية الحبوب عندما نمت تحت ظروف محدودة من النيتروجين في التربة". "تدعم نتائجنا معالجة مسار التخليق الحيوي للفلافونويد كوسيلة للحث على تثبيت النيتروجين البيولوجي في الحبوب وتقليل محتوى النيتروجين غير العضوي. استخدام الأسمدة. استراتيجيات حقيقية.
يمكن للنباتات الأخرى أيضًا استخدام هذا الطريق. وقد تقدمت جامعة كاليفورنيا بطلب للحصول على براءة اختراع لهذه التكنولوجيا وهي في انتظارها حاليًا. تم تمويل البحث من قبل مؤسسة ويل دبليو ليستر. بالإضافة إلى ذلك، تدعم Bayer CropScience إجراء المزيد من الأبحاث حول هذا الموضوع.
وقال بلوموالد: "إن الأسمدة النيتروجينية باهظة الثمن للغاية". "أي شيء يمكن أن يلغي هذه التكاليف هو المهم. من ناحية، إنها مسألة مال، لكن النيتروجين له أيضًا آثار ضارة على البيئة.
يتم فقدان معظم الأسمدة المستخدمة، وتتسرب إلى التربة والمياه الجوفية. يمكن أن يساعد اكتشاف بلوموالد في حماية البيئة عن طريق الحد من التلوث بالنيتروجين. وقال "هذا يمكن أن يوفر ممارسة زراعية بديلة مستدامة من شأنها أن تقلل من استخدام الأسمدة النيتروجينية الزائدة".