Dk. Eduardo Blumwald (kulia) na Akhilesh Yadav, Ph.D., na washiriki wengine wa timu yao katika Chuo Kikuu cha California, Davis, walirekebisha mchele ili kuhimiza bakteria ya udongo kuzalisha nitrojeni zaidi ambayo mimea inaweza kutumia. [Trina Kleist/UC Davis]
Watafiti walitumia CRISPR kuhandisi mchele ili kuhimiza bakteria ya udongo kurekebisha nitrojeni inayohitajika kwa ukuaji wao. Matokeo hayo yanaweza kupunguza kiwango cha mbolea ya nitrojeni inayohitajika kukuza mazao, kuokoa wakulima wa Marekani mabilioni ya dola kila mwaka na kunufaisha mazingira kwa kupunguza uchafuzi wa nitrojeni.
"Mimea ni viwanda vya ajabu vya kemikali," alisema Dk. Eduardo Blumwald, profesa mashuhuri wa sayansi ya mimea katika Chuo Kikuu cha California, Davis, ambaye aliongoza utafiti huo. Timu yake ilitumia CRISPR kuongeza uharibifu wa apigenin katika mchele. Waligundua kuwa apigenin na misombo mingine husababisha urekebishaji wa nitrojeni ya bakteria.
Kazi yao ilichapishwa katika jarida la Plant Biotechnology (“Marekebisho ya jeni ya biosynthesis ya flavonoid ya mchele huongeza uundaji wa biofilm na urekebishaji wa nitrojeni ya kibayolojia na bakteria ya kurekebisha nitrojeni kwenye udongo").
Nitrojeni ni muhimu kwa ukuaji wa mmea, lakini mimea haiwezi kubadilisha moja kwa moja nitrojeni kutoka kwa hewa kuwa fomu inayoweza kutumia. Badala yake, mimea hutegemea kunyonya nitrojeni isokaboni, kama vile amonia, inayozalishwa na bakteria kwenye udongo. Uzalishaji wa kilimo unategemea matumizi ya mbolea iliyo na nitrojeni ili kuongeza tija ya mimea.
"Ikiwa mimea inaweza kuzalisha kemikali zinazoruhusu bakteria ya udongo kurekebisha nitrojeni ya anga, tunaweza kuhandisi mimea kuzalisha zaidi ya kemikali hizi," alisema. "Kemikali hizi huhimiza bakteria ya udongo kurekebisha nitrojeni na mimea hutumia amonia inayotokana, na hivyo kupunguza uhitaji wa mbolea za kemikali."
Timu ya Broomwald ilitumia uchanganuzi wa kemikali na jenomiki kutambua misombo katika mimea ya mpunga - apigenin na flavonoids nyingine - ambayo huongeza shughuli ya bakteria ya kurekebisha nitrojeni.
Kisha walitambua njia za kutengeneza kemikali hizo na kutumia teknolojia ya uhariri wa jeni ya CRISPR ili kuongeza uzalishaji wa misombo ambayo huchochea uundaji wa biofilm. Filamu hizi za kibayolojia zina bakteria zinazoboresha mabadiliko ya nitrojeni. Matokeo yake, shughuli ya kurekebisha nitrojeni ya bakteria huongezeka na kiasi cha amonia kinachopatikana kwa mmea huongezeka.
"Mimea ya mpunga iliyoboreshwa ilionyesha kuongezeka kwa mavuno ya nafaka wakati ilikuzwa chini ya hali ya udongo yenye nitrojeni," watafiti waliandika kwenye karatasi. "Matokeo yetu yanaunga mkono upotoshaji wa njia ya biosynthesis ya flavonoid kama njia ya kushawishi uwekaji wa nitrojeni ya kibaolojia kwenye nafaka na kupunguza maudhui ya nitrojeni isokaboni. Matumizi ya mbolea. Mikakati ya Kweli.”
Mimea mingine pia inaweza kutumia njia hii. Chuo Kikuu cha California kimetuma maombi ya hati miliki ya teknolojia hiyo na kwa sasa kinaingoja. Utafiti huo ulifadhiliwa na Wakfu wa Will W. Lester. Kwa kuongezea, Bayer CropScience inasaidia utafiti zaidi juu ya mada hii.
"Mbolea za nitrojeni ni ghali sana," Blumwald alisema. “Chochote ambacho kinaweza kuondoa gharama hizo ni muhimu. Kwa upande mmoja, ni suala la pesa, lakini nitrojeni pia ina madhara kwa mazingira.”
Mbolea nyingi zinazotumiwa hupotea, huingia kwenye udongo na maji ya chini. Ugunduzi wa Blumwald unaweza kusaidia kulinda mazingira kwa kupunguza uchafuzi wa nitrojeni. "Hii inaweza kutoa mbinu endelevu ya kilimo mbadala ambayo ingepunguza matumizi ya ziada ya mbolea ya nitrojeni," alisema.