ดร. เอดูอาร์โด บลุมวาลด์ (ขวา) และ ดร. อัคิเลช ยาดาฟ พร้อมด้วยสมาชิกคนอื่นๆ ในทีมของพวกเขาที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เดวิส ได้ทำการดัดแปลงข้าวเพื่อกระตุ้นให้แบคทีเรียในดินผลิตไนโตรเจนมากขึ้น ซึ่งพืชสามารถนำไปใช้ได้ [ทรีนา ไคลสต์/มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เดวิส]
นักวิจัยใช้เทคโนโลยี CRISPR ในการดัดแปลงพันธุกรรมข้าว เพื่อกระตุ้นให้แบคทีเรียในดินตรึงไนโตรเจนที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของข้าว ผลการวิจัยนี้อาจช่วยลดปริมาณปุ๋ยไนโตรเจนที่จำเป็นในการเพาะปลูกพืช ซึ่งจะช่วยประหยัดเงินให้เกษตรกรชาวอเมริกันได้หลายพันล้านดอลลาร์ในแต่ละปี และเป็นประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมด้วยการลดมลพิษจากไนโตรเจน
“พืชเป็นโรงงานเคมีที่น่าทึ่ง” ดร. เอดูอาร์โด บลุมวาลด์ ศาสตราจารย์ผู้ทรงเกียรติสาขาวิทยาศาสตร์พืชแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เดวิส ผู้เป็นหัวหน้าทีมวิจัยกล่าว ทีมของเขาใช้เทคโนโลยี CRISPR เพื่อเพิ่มการสลายตัวของอะพิเจนินในข้าว พวกเขาพบว่าอะพิเจนินและสารประกอบอื่นๆ ทำให้เกิดการตรึงไนโตรเจนโดยแบคทีเรีย
ผลงานของพวกเขาได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Plant Biotechnology (“การดัดแปลงพันธุกรรมของการสังเคราะห์ฟลาโวนอยด์ในข้าวช่วยเพิ่มการก่อตัวของไบโอฟิล์มและการตรึงไนโตรเจนทางชีวภาพโดยแบคทีเรียตรึงไนโตรเจนในดิน”)
ไนโตรเจนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของพืช แต่พืชไม่สามารถเปลี่ยนไนโตรเจนจากอากาศให้เป็นรูปแบบที่พืชสามารถนำไปใช้ได้โดยตรง ดังนั้น พืชจึงต้องอาศัยการดูดซับไนโตรเจนอนินทรีย์ เช่น แอมโมเนีย ที่ผลิตโดยแบคทีเรียในดิน การผลิตทางการเกษตรจึงอาศัยการใช้ปุ๋ยที่มีไนโตรเจนเป็นส่วนประกอบเพื่อเพิ่มผลผลิตของพืช
“หากพืชสามารถผลิตสารเคมีที่ช่วยให้แบคทีเรียในดินตรึงไนโตรเจนจากบรรยากาศได้ เราก็สามารถดัดแปลงพันธุกรรมพืชให้ผลิตสารเคมีเหล่านี้ได้มากขึ้น” เขากล่าว “สารเคมีเหล่านี้จะกระตุ้นให้แบคทีเรียในดินตรึงไนโตรเจน และพืชจะนำแอมโมเนียมที่เกิดขึ้นไปใช้ ซึ่งจะช่วยลดความจำเป็นในการใช้ปุ๋ยเคมี”
ทีมของบรูมวาลด์ใช้การวิเคราะห์ทางเคมีและจีโนมิกส์เพื่อระบุสารประกอบในต้นข้าว ได้แก่ อะพิเจนินและฟลาโวนอยด์อื่นๆ ซึ่งช่วยเพิ่มกิจกรรมการตรึงไนโตรเจนของแบคทีเรีย
จากนั้นพวกเขาได้ระบุเส้นทางในการผลิตสารเคมีและใช้เทคโนโลยีการแก้ไขยีน CRISPR เพื่อเพิ่มการผลิตสารประกอบที่กระตุ้นการก่อตัวของไบโอฟิล์ม ไบโอฟิล์มเหล่านี้ประกอบด้วยแบคทีเรียที่ช่วยเพิ่มการเปลี่ยนแปลงของไนโตรเจน ส่งผลให้กิจกรรมการตรึงไนโตรเจนของแบคทีเรียเพิ่มขึ้นและปริมาณแอมโมเนียมที่พืชสามารถนำไปใช้ได้ก็เพิ่มขึ้นด้วย
“ต้นข้าวที่ได้รับการปรับปรุงพันธุ์แสดงให้เห็นผลผลิตเมล็ดข้าวที่เพิ่มขึ้นเมื่อปลูกในสภาพดินที่มีไนโตรเจนจำกัด” นักวิจัยเขียนไว้ในบทความ “ผลการวิจัยของเราสนับสนุนการปรับเปลี่ยนเส้นทางการสังเคราะห์ฟลาโวนอยด์เป็นวิธีหนึ่งในการกระตุ้นการตรึงไนโตรเจนทางชีวภาพในเมล็ดข้าวและลดปริมาณไนโตรเจนอนินทรีย์ การใช้ปุ๋ย กลยุทธ์ที่แท้จริง”
พืชชนิดอื่นๆ ก็สามารถใช้เส้นทางนี้ได้เช่นกัน มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียได้ยื่นขอจดสิทธิบัตรเทคโนโลยีนี้และกำลังรอการอนุมัติ การวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนทางการเงินจากมูลนิธิวิลล์ ดับเบิลยู เลสเตอร์ นอกจากนี้ บริษัทไบเออร์ ครอปไซเอนซ์ ยังสนับสนุนการวิจัยเพิ่มเติมในหัวข้อนี้ด้วย
“ปุ๋ยไนโตรเจนมีราคาแพงมาก” บลุมวาลด์กล่าว “อะไรก็ตามที่สามารถลดต้นทุนเหล่านั้นได้ถือเป็นเรื่องสำคัญ ในแง่หนึ่งมันเป็นเรื่องของเงิน แต่ในอีกแง่หนึ่งไนโตรเจนก็มีผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมด้วย”
ปุ๋ยเคมีส่วนใหญ่ที่ใช้ไปนั้นสูญเปล่า โดยซึมลงสู่ดินและน้ำใต้ดิน การค้นพบของบลุมวาลด์อาจช่วยปกป้องสิ่งแวดล้อมได้โดยการลดมลพิษจากไนโตรเจน “นี่อาจเป็นแนวทางการทำเกษตรกรรมทางเลือกที่ยั่งยืน ซึ่งจะช่วยลดการใช้ปุ๋ยไนโตรเจนส่วนเกิน” เขากล่าว