Дэвис қаласындағы Калифорния университетіндегі доктор Эдуардо Блумвальд (оң жақта) және философия ғылымдарының докторы Ахилеш Ядав және олардың командасының басқа мүшелері топырақ бактерияларының өсімдіктер пайдалана алатын азотты көбірек өндіруіне ықпал ету үшін күрішті өзгертті. [Трина Клейст/UC Дэвис]
Зерттеушілер CRISPR технологиясын күрішті топырақ бактерияларының өсуіне қажетті азотты бекітуіне ықпал ету үшін қолданды. Зерттеу нәтижелері дақылдарды өсіру үшін қажетті азот тыңайтқышының мөлшерін азайтуға, американдық фермерлерге жыл сайын миллиардтаған доллар үнемдеуге және азот ластануын азайту арқылы қоршаған ортаға пайда әкелуге мүмкіндік береді.
«Өсімдіктер – керемет химиялық зауыттар», - деді зерттеуді басқарған Дэвис қаласындағы Калифорния университетінің өсімдік ғылымдарының беделді профессоры доктор Эдуардо Блумвальд. Оның командасы күріштегі апигениннің ыдырауын күшейту үшін CRISPR қолданды. Олар апигенин мен басқа қосылыстардың бактериялық азотты бекітуді тудыратынын анықтады.
Олардың жұмысы Plant Biotechnology журналында жарияланды («Күріш флавоноидтарының биосинтезінің генетикалық модификациясы топырақтағы азотты бекітетін бактериялардың биоқабат түзілуін және биологиялық азотты бекітуін күшейтеді»).
Азот өсімдіктердің өсуі үшін өте маңызды, бірақ өсімдіктер ауадағы азотты тікелей пайдалана алатын түрге айналдыра алмайды. Оның орнына, өсімдіктер топырақтағы бактериялар шығаратын аммиак сияқты бейорганикалық азотты сіңіруге сүйенеді. Ауыл шаруашылығы өндірісі өсімдіктердің өнімділігін арттыру үшін азот құрамдас тыңайтқыштарды пайдалануға негізделген.
«Егер өсімдіктер топырақ бактерияларының атмосфералық азотты бекітуіне мүмкіндік беретін химиялық заттарды өндіре алса, біз өсімдіктерді осы химиялық заттарды көбірек өндіруге итермелей аламыз», - деді ол. «Бұл химиялық заттар топырақ бактерияларының азотты бекітуіне ықпал етеді, ал өсімдіктер алынған аммонийді пайдаланады, осылайша химиялық тыңайтқыштарға деген қажеттілікті азайтады».
Брумвальдтың командасы күріш өсімдіктеріндегі бактериялардың азотты бекіту белсенділігін арттыратын қосылыстарды – апигенин мен басқа да флавоноидтарды – анықтау үшін химиялық талдау мен геномиканы пайдаланды.
Содан кейін олар химиялық заттарды өндіру жолдарын анықтады және биоүлбір түзілуін ынталандыратын қосылыстардың өндірісін арттыру үшін CRISPR гендік редакциялау технологиясын қолданды. Бұл биоүлбірлерде азоттың трансформациясын күшейтетін бактериялар бар. Нәтижесінде бактериялардың азотты бекіту белсенділігі артады және өсімдікке қолжетімді аммоний мөлшері артады.
«Жақсартылған күріш өсімдіктері топырақтағы азотпен шектелген жағдайларда өсірілгенде дән өнімділігінің артқанын көрсетті», - деп жазды зерттеушілер мақалада. «Біздің нәтижелеріміз дәндердегі биологиялық азотты бекітуді индукциялау және бейорганикалық азот мөлшерін азайту тәсілі ретінде флавоноид биосинтезі жолын манипуляциялауды қолдайды. Тыңайтқышты пайдалану. Нақты стратегиялар».
Басқа өсімдіктер де бұл бағытты пайдалана алады. Калифорния университеті технологияға патент алуға өтініш берді және қазіргі уақытта оны күтуде. Зерттеуді Уилл В. Лестер қоры қаржыландырды. Сонымен қатар, Bayer CropScience осы тақырып бойынша одан әрі зерттеулерді қолдайды.
«Азот тыңайтқыштары өте, өте қымбат», - деді Блумвальд. «Бұл шығындарды жоятын кез келген нәрсе маңызды. Бір жағынан, бұл ақша мәселесі, бірақ азоттың қоршаған ортаға зиянды әсері де бар».
Қолданылған тыңайтқыштардың көпшілігі жоғалып, топыраққа және жер асты суларына сіңіп кетеді. Блумвальдтың жаңалығы азот ластануын азайту арқылы қоршаған ортаны қорғауға көмектесе алады. «Бұл артық азот тыңайтқышын пайдалануды азайтатын тұрақты балама егіншілік тәжірибесін қамтамасыз ете алады», - деді ол.