ד"ר אדוארדו בלומוואלד (מימין) ואקהילש ידב, Ph.D., וחברים נוספים בצוות שלהם באוניברסיטת קליפורניה, דייויס, שינו אורז כדי לעודד חיידקי אדמה לייצר יותר חנקן שצמחים יכולים להשתמש בו. [טרינה קלייסט/UC דייוויס]
חוקרים השתמשו ב-CRISPR כדי להנדס אורז כדי לעודד חיידקי אדמה לתקן את החנקן הדרוש לצמיחתם. הממצאים עשויים להפחית את כמות הדשן החנקן הדרושה לגידול יבולים, לחסוך לחקלאים אמריקאים מיליארדי דולרים מדי שנה ולהועיל לסביבה על ידי הפחתת זיהום החנקן.
"צמחים הם מפעלים כימיים מדהימים", אמר ד"ר אדוארדו בלומוואלד, פרופסור מכובד למדעי הצמח באוניברסיטת קליפורניה, דייויס, שהוביל את המחקר. הצוות שלו השתמש ב-CRISPR כדי לשפר את פירוק האפיגנין באורז. הם גילו שאפיג'נין ותרכובות אחרות גורמות לקיבוע חנקן חיידקי.
עבודתם פורסמה בכתב העת Plant Biotechnology ("שינוי גנטי של ביוסינתזה של פלבנואידים אורז משפר את היווצרות ביופילם וקיבוע חנקן ביולוגי על ידי חיידקים מקבעי חנקן בקרקע").
חנקן חיוני לצמיחת צמחים, אך צמחים אינם יכולים להמיר ישירות חנקן מהאוויר לצורה שבה הם יכולים להשתמש. במקום זאת, צמחים מסתמכים על ספיגת חנקן אנאורגני, כמו אמוניה, המיוצרת על ידי חיידקים באדמה. הייצור החקלאי מבוסס על שימוש בדשנים המכילים חנקן להגדלת תפוקת הצמח.
"אם צמחים יכולים לייצר כימיקלים המאפשרים לחיידקי הקרקע לתקן חנקן אטמוספרי, נוכל להנדס צמחים לייצר יותר מהכימיקלים האלה", אמר. "כימיקלים אלו מעודדים את חיידקי הקרקע לתקן חנקן וצמחים משתמשים באמוניום שנוצר, ובכך מפחיתים את הצורך בדשנים כימיים."
הצוות של ברומוולד השתמש בניתוח כימי ובגנומיקה כדי לזהות תרכובות בצמחי אורז - אפיגנין ופלבונואידים אחרים - המשפרות את פעילות קיבוע החנקן של החיידקים.
לאחר מכן הם זיהו מסלולים לייצור הכימיקלים והשתמשו בטכנולוגיית עריכת גנים של CRISPR כדי להגביר את הייצור של תרכובות הממריצות יצירת ביופילם. סרטי ביו-פילמים אלה מכילים חיידקים המשפרים את התמרת החנקן. כתוצאה מכך עולה פעילות קיבוע החנקן של חיידקים וכמות האמוניום הזמינה לצמח עולה.
"צמחי אורז משופרים הראו יבול תבואה מוגברת כאשר גדלו בתנאים מוגבלים בחנקן בקרקע", כתבו החוקרים במאמר. "התוצאות שלנו תומכות במניפולציה של מסלול הביוסינתזה של הפלבנואידים כדרך לגרום לקיבוע חנקן ביולוגי בדגנים ולהפחית את תכולת החנקן האנאורגני. שימוש בדשן. אסטרטגיות אמיתיות."
גם צמחים אחרים יכולים להשתמש במסלול זה. אוניברסיטת קליפורניה הגישה בקשה לפטנט על הטכנולוגיה וכרגע היא ממתינה לו. המחקר מומן על ידי קרן וויל ו. לסטר. בנוסף, Bayer CropScience תומכת במחקר נוסף בנושא זה.
"דשני חנקן הם מאוד מאוד יקרים", אמר בלומולד. "כל דבר שיכול לחסל את העלויות הללו הוא חשוב. מצד אחד, זו שאלה של כסף, אבל לחנקן יש גם השפעות מזיקות על הסביבה”.
רוב הדשנים המיושמים הולכים לאיבוד, ומחלחלים אל הקרקע ומי התהום. התגלית של בלומולד יכולה לסייע בהגנה על הסביבה על ידי הפחתת זיהום החנקן. "זה יכול לספק פרקטיקת חקלאות חלופית בת קיימא שתפחית את השימוש בעודף דשן חנקן", אמר.