ดร. Eduardo Blumwald (ขวา) และ Ph.D. Akhilesh Yadav และสมาชิกคนอื่นๆ ในทีมที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เดวิส ดัดแปลงข้าวเพื่อกระตุ้นให้แบคทีเรียในดินผลิตไนโตรเจนมากขึ้นซึ่งพืชสามารถใช้ได้ [ทรินา ไคลสต์/UC Davis]
นักวิจัยใช้ CRISPR ในการออกแบบข้าวเพื่อกระตุ้นแบคทีเรียในดินเพื่อตรึงไนโตรเจนที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโต การค้นพบนี้สามารถลดปริมาณปุ๋ยไนโตรเจนที่จำเป็นในการปลูกพืช เกษตรกรชาวอเมริกันประหยัดเงินได้หลายพันล้านดอลลาร์ต่อปี และเป็นประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมด้วยการลดมลพิษจากไนโตรเจน
“พืชเป็นโรงงานเคมีที่น่าทึ่ง” ดร. เอดูอาร์โด บลูมวาลด์ ศาสตราจารย์พิเศษด้านพืชศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เดวิส ซึ่งเป็นผู้นำการศึกษากล่าว ทีมงานของเขาใช้ CRISPR เพื่อเพิ่มการสลายอะพิเจนินในข้าว พวกเขาพบว่า apigenin และสารประกอบอื่นๆ ทำให้เกิดการตรึงไนโตรเจนจากแบคทีเรีย
ผลงานของพวกเขาได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Plant Biotechnology (“การดัดแปลงทางพันธุกรรมของการสังเคราะห์ฟลาโวนอยด์ของข้าวช่วยเพิ่มการสร้างฟิล์มชีวะและการตรึงไนโตรเจนทางชีวภาพโดยแบคทีเรียที่ตรึงไนโตรเจนในดิน”)
ไนโตรเจนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของพืช แต่พืชไม่สามารถเปลี่ยนไนโตรเจนจากอากาศให้อยู่ในรูปแบบที่สามารถใช้ได้โดยตรง พืชกลับพึ่งพาการดูดซับไนโตรเจนอนินทรีย์ เช่น แอมโมเนีย ซึ่งผลิตโดยแบคทีเรียในดิน การผลิตทางการเกษตรขึ้นอยู่กับการใช้ปุ๋ยที่มีไนโตรเจนเพื่อเพิ่มผลผลิตของพืช
“หากพืชสามารถผลิตสารเคมีที่ช่วยให้แบคทีเรียในดินสามารถตรึงไนโตรเจนในบรรยากาศได้ เราก็สามารถสร้างโรงงานให้ผลิตสารเคมีเหล่านี้ได้มากขึ้น” เขากล่าว “สารเคมีเหล่านี้กระตุ้นให้แบคทีเรียในดินตรึงไนโตรเจน และพืชใช้แอมโมเนียมที่เกิดขึ้น ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการใช้ปุ๋ยเคมี”
ทีมงานของบรูมวาลด์ใช้การวิเคราะห์ทางเคมีและจีโนมิกส์เพื่อระบุสารประกอบในต้นข้าว เช่น อะพิเจนินและฟลาโวนอยด์อื่นๆ ซึ่งช่วยเพิ่มกิจกรรมการตรึงไนโตรเจนของแบคทีเรีย
จากนั้นพวกเขาก็ระบุแนวทางในการผลิตสารเคมีและใช้เทคโนโลยีการแก้ไขยีน CRISPR เพื่อเพิ่มการผลิตสารประกอบที่กระตุ้นการสร้างฟิล์มชีวะ แผ่นชีวะเหล่านี้มีแบคทีเรียที่ช่วยเสริมการเปลี่ยนแปลงของไนโตรเจน เป็นผลให้กิจกรรมการตรึงไนโตรเจนของแบคทีเรียเพิ่มขึ้นและปริมาณแอมโมเนียมที่มีอยู่ในพืชเพิ่มขึ้น
“ต้นข้าวที่ได้รับการปรับปรุงให้ผลผลิตเมล็ดพืชเพิ่มขึ้นเมื่อปลูกภายใต้สภาวะที่จำกัดไนโตรเจนในดิน” นักวิจัยเขียนไว้ในรายงาน “ผลลัพธ์ของเราสนับสนุนการปรับเปลี่ยนวิถีการสังเคราะห์ฟลาโวนอยด์ ซึ่งเป็นวิธีการกระตุ้นการตรึงไนโตรเจนทางชีวภาพในเมล็ดพืช และลดปริมาณไนโตรเจนอนินทรีย์ การใช้ปุ๋ย. กลยุทธ์ที่แท้จริง”
พืชชนิดอื่นก็สามารถใช้เส้นทางนี้ได้ มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนียได้ยื่นขอรับสิทธิบัตรเกี่ยวกับเทคโนโลยีนี้และกำลังรอการจดสิทธิบัตรอยู่ การวิจัยได้รับทุนจากมูลนิธิ Will W. Lester นอกจากนี้ Bayer CropScience ยังสนับสนุนการวิจัยเพิ่มเติมในหัวข้อนี้
“ปุ๋ยไนโตรเจนมีราคาแพงมาก” บลัมวาลด์กล่าว “สิ่งใดก็ตามที่สามารถลดต้นทุนเหล่านั้นได้เป็นสิ่งสำคัญ ในแง่หนึ่ง มันเป็นเรื่องของเงิน แต่ไนโตรเจนก็ส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมเช่นกัน”
ปุ๋ยที่ใช้ส่วนใหญ่จะสูญเสียไปซึมลงไปในดินและน้ำใต้ดิน การค้นพบของ Blumwald สามารถช่วยปกป้องสิ่งแวดล้อมโดยการลดมลพิษจากไนโตรเจน “นี่อาจเป็นแนวทางการทำฟาร์มทางเลือกที่ยั่งยืนซึ่งจะช่วยลดการใช้ปุ๋ยไนโตรเจนส่วนเกิน” เขากล่าว