ד"ר אדוארדו בלומוולד (מימין) וד"ר אכילש יאדב, וחברים נוספים בצוות שלהם באוניברסיטת קליפורניה, דייוויס, שינו אורז כדי לעודד חיידקי קרקע לייצר יותר חנקן שצמחים יכולים להשתמש בו. [טרינה קלייסט/UC Davis]
חוקרים השתמשו ב-CRISPR כדי להנדס אורז כך שיעודד חיידקי קרקע לקבע את החנקן הדרוש לגדילתם. הממצאים יכולים להפחית את כמות דשן החנקן הדרוש 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 בלומוולד, פרופסור מכובד למדעי הצמח באוניברסיטת קליפורניה, דייוויס, שעמד בראש המחקר. צוותו השתמש ב-CRISPR כדי לשפר את פירוק האפיגנין באורז. הם גילו שאפיגנין ותרכובות אחרות גורמים לקיבוע חנקן חיידקי.
עבודתם פורסמה בכתב העת Plant Biotechnology ("שינוי גנטי של ביוסינתזה של פלבנואידים באורז משפר את היווצרות הביופילם וקיבוע חנקן ביולוגי על ידי חיידקים מקבעי חנקן בקרקע").
חנקן חיוני לגדילת צמחים, אך צמחים אינם יכולים להמיר ישירות חנקן מהאוויר לצורה שהם יכולים להשתמש בה. במקום זאת, צמחים מסתמכים על ספיגת חנקן אנאורגני, כגון אמוניה, המיוצר על ידי חיידקים בקרקע. ייצור חקלאי מבוסס על שימוש בדשנים המכילים חנקן כדי להגביר את תפוקת הצמחים.
"אם צמחים יוכלו לייצר כימיקלים המאפשרים לחיידקי קרקע לקבע חנקן אטמוספרי, נוכל להנדס צמחים לייצר יותר מהכימיקלים הללו", הוא אמר. "כימיקלים אלה מעודדים חיידקי קרקע לקבע חנקן וצמחים משתמשים באמוניום שנוצר, ובכך מפחיתים את הצורך בדשנים כימיים."
צוותו של ברומוולד השתמש בניתוח כימי ובגנומיקה כדי לזהות תרכובות בצמחי אורז - אפיגנין ופלבנואידים אחרים - המגבירות את פעילות קיבוע החנקן של החיידקים.
לאחר מכן הם זיהו מסלולים לייצור הכימיקלים והשתמשו בטכנולוגיית עריכת גנים CRISPR כדי להגביר את ייצור התרכובות המגרות היווצרות ביופילם. ביופילם זה מכיל חיידקים המשפרים את תהליך הטרנספורמציה של חנקן. כתוצאה מכך, פעילות קיבוע החנקן של החיידקים עולה וכמות האמוניום הזמינה לצמח עולה.
"צמחי אורז משופרים הראו תפוקת גרעינים מוגברת כאשר גודלו בתנאים מוגבלים בחנקן בקרקע", כתבו החוקרים במאמר. "התוצאות שלנו תומכות במניפולציה של מסלול הביוסינתזה של פלבנואידים כדרך לגרום לקיבוע ביולוגי של חנקן בדגנים ולהפחתת תכולת החנקן האנאורגני. שימוש בדשנים. אסטרטגיות אמיתיות."
גם צמחים אחרים יכולים להשתמש בדרך זו. אוניברסיטת קליפורניה הגישה בקשה לפטנט על הטכנולוגיה וכעת ממתינה לו. המחקר מומן על ידי קרן וויל וו. לסטר. בנוסף, Bayer CropScience תומכת במחקר נוסף בנושא זה.
"דשני חנקן יקרים מאוד מאוד", אמר בלומוולד. "כל דבר שיכול לבטל את העלויות הללו הוא חשוב. מצד אחד, זו שאלה של כסף, אבל לחנקן יש גם השפעות מזיקות על הסביבה."
רוב הדשנים המיושמים הולכים לאיבוד, מחלחלים לקרקע ולמי התהום. התגלית של בלומוולד עשויה לסייע בהגנה על הסביבה על ידי הפחתת זיהום החנקן. "זה יכול לספק שיטת חקלאות חלופית בת קיימא שתפחית את השימוש בדשן חנקן עודף", אמר.