El Dr. Eduardo Blumwald (dreta) i Akhilesh Yadav, Ph.D., i altres membres del seu equip a la Universitat de Califòrnia, Davis, van modificar l'arròs per animar els bacteris del sòl a produir més nitrogen que les plantes poden utilitzar. [Trina Kleist/UC Davis]
Els investigadors van utilitzar CRISPR per dissenyar l'arròs per animar els bacteris del sòl a fixar el nitrogen necessari per al seu creixement. Les troballes podrien reduir la quantitat de fertilitzant nitrogenat necessari per fer créixer els cultius, estalviant milers de milions de dòlars als agricultors nord-americans cada any i beneficiant el medi ambient reduint la contaminació per nitrogen.
"Les plantes són fàbriques químiques increïbles", va dir el doctor Eduardo Blumwald, professor distingit de ciències vegetals a la Universitat de Califòrnia, Davis, que va dirigir l'estudi. El seu equip va utilitzar CRISPR per millorar la descomposició de l'apigenina a l'arròs. Van trobar que l'apigenina i altres compostos causen la fixació del nitrogen bacterià.
El seu treball es va publicar a la revista Plant Biotechnology ("La modificació genètica de la biosíntesi de flavonoides d'arròs millora la formació de biofilms i la fixació biològica de nitrogen per part dels bacteris fixadors de nitrogen del sòl").
El nitrogen és essencial per al creixement de les plantes, però les plantes no poden convertir directament el nitrogen de l'aire en una forma que puguin utilitzar. En canvi, les plantes depenen de l'absorció de nitrogen inorgànic, com l'amoníac, produït pels bacteris del sòl. La producció agrícola es basa en l'ús de fertilitzants que contenen nitrogen per augmentar la productivitat de les plantes.
"Si les plantes poden produir productes químics que permeten que els bacteris del sòl fixin el nitrogen atmosfèric, podem dissenyar plantes per produir més d'aquestes substàncies químiques", va dir. "Aquests productes químics fomenten que els bacteris del sòl fixin nitrogen i les plantes utilitzen l'amoni resultant, reduint així la necessitat de fertilitzants químics".
L'equip de Broomwald va utilitzar l'anàlisi química i la genòmica per identificar els compostos de les plantes d'arròs (apigenina i altres flavonoides) que milloren l'activitat fixadora de nitrogen del bacteri.
Després van identificar vies per produir els productes químics i van utilitzar la tecnologia d'edició de gens CRISPR per augmentar la producció de compostos que estimulen la formació de biofilm. Aquests biofilms contenen bacteris que milloren la transformació del nitrogen. Com a resultat, augmenta l'activitat fixadora de nitrogen dels bacteris i augmenta la quantitat d'amoni disponible per a la planta.
"Les plantes d'arròs millorades van mostrar un major rendiment de gra quan es van cultivar en condicions limitades de nitrogen del sòl", van escriure els investigadors al document. "Els nostres resultats donen suport a la manipulació de la via de la biosíntesi de flavonoides com a forma d'induir la fixació biològica de nitrogen als grans i reduir el contingut de nitrogen inorgànic. Ús de fertilitzants. Estratègies reals”.
Altres plantes també poden utilitzar aquesta ruta. La Universitat de Califòrnia ha sol·licitat una patent sobre la tecnologia i actualment l'està esperant. La investigació va ser finançada per la Fundació Will W. Lester. A més, Bayer CropScience dóna suport a més investigacions sobre aquest tema.
"Els fertilitzants nitrogenats són molt, molt cars", va dir Blumwald. "Qualsevol cosa que pugui eliminar aquests costos és important. D'una banda, és una qüestió de diners, però el nitrogen també té efectes nocius sobre el medi ambient”.
La majoria dels fertilitzants aplicats es perden, filtrant-se al sòl i a les aigües subterrànies. El descobriment de Blumwald podria ajudar a protegir el medi ambient reduint la contaminació per nitrogen. "Això podria proporcionar una pràctica agrícola alternativa sostenible que reduiria l'ús d'excés de fertilitzant nitrogenat", va dir.