O doutor Eduardo Blumwald (dereita) e Akhilesh Yadav, Ph.D., e outros membros do seu equipo da Universidade de California, Davis, modificaron o arroz para fomentar que as bacterias do solo produzan máis nitróxeno que as plantas poden usar. [Trina Kleist/UC Davis]
Os investigadores utilizaron CRISPR para elaborar o arroz para animar ás bacterias do solo a fixar o nitróxeno necesario para o seu crecemento. Os descubrimentos poderían reducir a cantidade de fertilizante nitróxeno necesario para cultivar, aforrando aos agricultores estadounidenses miles de millóns de dólares cada ano e beneficiando o medio ambiente ao reducir a contaminación por nitróxeno.
"As plantas son fábricas químicas incribles", dixo o doutor Eduardo Blumwald, distinguido profesor de ciencias vexetais da Universidade de California, Davis, que dirixiu o estudo. O seu equipo utilizou CRISPR para mellorar a degradación da apigenina no arroz. Descubriron que a apixenina e outros compostos causan a fixación de nitróxeno bacteriano.
O seu traballo foi publicado na revista Plant Biotechnology ("A modificación xenética da biosíntese de flavonoides de arroz mellora a formación de biopelículas e a fixación biolóxica de nitróxeno por bacterias fixadoras de nitróxeno do solo").
O nitróxeno é esencial para o crecemento das plantas, pero as plantas non poden converter directamente o nitróxeno do aire nunha forma que poidan utilizar. Pola contra, as plantas dependen de absorber nitróxeno inorgánico, como o amoníaco, producido polas bacterias do chan. A produción agrícola baséase no uso de fertilizantes que conteñen nitróxeno para aumentar a produtividade das plantas.
"Se as plantas poden producir produtos químicos que permiten que as bacterias do solo fixen o nitróxeno atmosférico, podemos deseñar plantas para producir máis destes produtos químicos", dixo. "Estes produtos químicos animan ás bacterias do solo a fixar nitróxeno e as plantas usan o amonio resultante, reducindo así a necesidade de fertilizantes químicos".
O equipo de Broomwald utilizou análises químicas e xenómica para identificar compostos nas plantas de arroz -apixenina e outros flavonoides- que melloran a actividade de fixación de nitróxeno da bacteria.
Logo identificaron vías para producir os produtos químicos e utilizaron a tecnoloxía de edición de xenes CRISPR para aumentar a produción de compostos que estimulan a formación de biopelículas. Estes biofilmes conteñen bacterias que melloran a transformación do nitróxeno. Como resultado, a actividade de fixación de nitróxeno das bacterias aumenta e a cantidade de amonio dispoñible para a planta.
"As plantas de arroz melloradas mostraron un maior rendemento de grans cando se cultivaron en condicións limitadas de nitróxeno do solo", escribiu os investigadores no artigo. "Os nosos resultados apoian a manipulación da vía de biosíntese dos flavonoides como unha forma de inducir a fixación biolóxica de nitróxeno nos grans e reducir o contido de nitróxeno inorgánico. Uso de fertilizantes. Estratexias reais".
Outras plantas tamén poden utilizar esta vía. A Universidade de California solicitou unha patente sobre a tecnoloxía e agarda actualmente. A investigación foi financiada pola Fundación Will W. Lester. Ademais, Bayer CropScience apoia máis investigacións sobre este tema.
"Os fertilizantes nitróxenos son moi, moi caros", dixo Blumwald. "Calquera cousa que poida eliminar eses custos é importante. Por unha banda, é unha cuestión de diñeiro, pero o nitróxeno tamén ten efectos nocivos para o medio ambiente”.
A maioría dos fertilizantes aplicados pérdense, filtrándose no chan e nas augas subterráneas. O descubrimento de Blumwald podería axudar a protexer o medio ambiente reducindo a contaminación por nitróxeno. "Isto podería proporcionar unha práctica agrícola alternativa sostible que reduciría o uso de fertilizantes nitrogenados en exceso", dixo.