Dkt. Eduardo Blulwald (kulia) na Akhilesh Yadav, Ph.D., na wanachama wengine wa timu yao katika Chuo Kikuu cha California, Davis, walibadilisha mchele ili kuhimiza bakteria wa udongo kutoa nitrojeni zaidi ambayo mimea inaweza kutumia. [Trina Kleist/UC Davis]
Watafiti walitumia CRISPR kuhandisi mchele ili kuhimiza bakteria wa udongo kurekebisha nitrojeni inayohitajika kwa ukuaji wao. Matokeo hayo yanaweza kupunguza kiasi cha mbolea ya nitrojeni inayohitajika kupanda mazao, na kuwaokoa wakulima wa Marekani mabilioni ya dola kila mwaka na kunufaisha mazingira kwa kupunguza uchafuzi wa nitrojeni.
"Mimea ni viwanda vya kemikali vya ajabu," alisema Dkt. Eduardo Blwald, profesa mashuhuri wa sayansi ya mimea katika Chuo Kikuu cha California, Davis, ambaye aliongoza utafiti huo. Timu yake ilitumia CRISPR kuongeza uchakavu wa apigenin kwenye mchele. Waligundua kuwa apigenin na misombo mingine husababisha uwekaji wa nitrojeni ya bakteria.
Kazi yao ilichapishwa katika jarida la Plant Biotechnology ("Marekebisho ya kijenetiki ya biosanisi ya flavonoid ya mchele huongeza uundaji wa biofilm na uwekaji wa nitrojeni kibiolojia na bakteria wanaorekebisha nitrojeni kwenye udongo").
Nitrojeni ni muhimu kwa ukuaji wa mimea, lakini mimea haiwezi kubadilisha nitrojeni moja kwa moja kutoka hewani hadi katika umbo wanaloweza kutumia. Badala yake, mimea hutegemea kunyonya nitrojeni isokaboni, kama vile amonia, inayozalishwa na bakteria kwenye udongo. Uzalishaji wa kilimo unategemea matumizi ya mbolea zenye nitrojeni ili kuongeza uzalishaji wa mimea.
"Ikiwa mimea inaweza kutoa kemikali zinazoruhusu bakteria wa udongo kurekebisha nitrojeni ya angahewa, tunaweza kuiboresha mimea ili kuzalisha kemikali hizi zaidi," alisema. "Kemikali hizi huhimiza bakteria wa udongo kurekebisha nitrojeni na mimea hutumia amonia inayotokana, na hivyo kupunguza hitaji la mbolea za kemikali."
Timu ya Broomwald ilitumia uchambuzi wa kemikali na jenomu kutambua misombo katika mimea ya mpunga - apigenin na flavonoidi zingine - ambazo huongeza shughuli za bakteria za kurekebisha nitrojeni.
Kisha walitambua njia za kutengeneza kemikali hizo na kutumia teknolojia ya uhariri wa jeni ya CRISPR ili kuongeza uzalishaji wa misombo inayochochea uundaji wa biofilm. Biofilm hizi zina bakteria zinazoongeza 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 mavuno ya nafaka yaliyoongezeka ilipokuzwa chini ya hali ya udongo yenye nitrojeni kidogo," watafiti waliandika katika karatasi hiyo. "Matokeo yetu yanaunga mkono ubadilishaji wa njia ya usanisi wa flavonoid kama njia ya kushawishi uwekaji wa nitrojeni kibiolojia katika nafaka na kupunguza kiwango cha nitrojeni isokaboni. Matumizi ya mbolea. Mikakati Halisi."
Mimea mingine pia inaweza kutumia njia hii. Chuo Kikuu cha California kimeomba hati miliki ya teknolojia hiyo na kwa sasa kinaisubiri. Utafiti huo ulifadhiliwa na Wakfu wa Will W. Lester. Zaidi ya hayo, Bayer CropScience inasaidia utafiti zaidi kuhusu mada hii.
"Mbolea za nitrojeni ni ghali sana," Blowald alisema. "Chochote kinachoweza kuondoa gharama hizo ni muhimu. Kwa upande mmoja, ni suala la pesa, lakini nitrojeni pia ina athari mbaya kwa mazingira."
Mbolea nyingi zinazotumika hupotea, na kuingia kwenye udongo na maji ya ardhini. Ugunduzi wa Blowald unaweza kusaidia kulinda mazingira kwa kupunguza uchafuzi wa nitrojeni. "Hii inaweza kutoa mbinu mbadala endelevu ya kilimo ambayo ingepunguza matumizi ya mbolea ya nitrojeni iliyozidi," alisema.