O doutor Eduardo Blumwald (dereita) e o doutor Akhilesh Yadav, xunto con outros membros do seu equipo na Universidade de California, Davis, modificaron o arroz para estimular que as bacterias do solo produzan máis nitróxeno que as plantas poidan usar. [Trina Kleist/UC Davis]
Os investigadores empregaron CRISPR para modificar o arroz e animar as bacterias do solo a fixar o nitróxeno necesario para o seu crecemento. Os achados poderían reducir a cantidade de fertilizante nitroxenado necesario para cultivar, aforrándolles 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 na Universidade de California, Davis, que dirixiu o estudo. O seu equipo empregou CRISPR para mellorar a descomposición da apixenina no arroz. Descubriron que a apixenina e outros compostos causan a fixación do nitróxeno bacteriano.
O seu traballo publicouse na revista Plant Biotechnology (“A modificación xenética da biosíntese de flavonoides do arroz mellora a formación de biopelículas e a fixación biolóxica do nitróxeno polas 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 usar. En vez diso, as plantas dependen da absorción de nitróxeno inorgánico, como o amoníaco, producido polas bacterias do solo. A produción agrícola baséase no uso de fertilizantes que conteñen nitróxeno para aumentar a produtividade das plantas.
«Se as plantas poden producir substancias químicas que permitan que as bacterias do solo fixen o nitróxeno atmosférico, podemos modificar as plantas para que produzan máis destas substancias químicas», afirmou. «Estes produtos químicos animan as bacterias do solo a fixar o nitróxeno e as plantas usan o amonio resultante, o que reduce a necesidade de fertilizantes químicos».
O equipo de Broomwald empregou análises químicas e xenómica para identificar compostos nas plantas de arroz (a apixenina e outros flavonoides) que melloran a actividade fixadora de nitróxeno das bacterias.
Despois identificaron vías para producir os produtos químicos e empregaron a tecnoloxía de edición xenética CRISPR para aumentar a produción de compostos que estimulan a formación de biopelículas. Estas biopelículas conteñen bacterias que melloran a transformación do nitróxeno. Como resultado, a actividade fixadora de nitróxeno das bacterias aumenta e a cantidade de amonio dispoñible para a planta aumenta.
«As plantas de arroz melloradas mostraron un maior rendemento de gran cando se cultivaron en condicións limitadas de nitróxeno no solo», escribiron os investigadores no artigo. «Os nosos resultados apoian a manipulación da vía de biosíntese de flavonoides como unha forma de inducir a fixación biolóxica do nitróxeno nos grans e reducir o contido de nitróxeno inorgánico. Uso de fertilizantes. Estratexias reais».
Outras plantas tamén poden usar esta vía. A Universidade de California solicitou unha patente para a tecnoloxía e actualmente está á espera dela. A investigación foi financiada pola Fundación Will W. Lester. Ademais, Bayer CropScience apoia futuras investigacións sobre este tema.
«Os fertilizantes nitroxenados 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 maior parte dos fertilizantes aplicados pérdense, filtrándose no solo e nas augas subterráneas. O descubrimento de Blumwald podería axudar a protexer o medio ambiente ao reducir a contaminación por nitróxeno. «Isto podería proporcionar unha práctica agrícola alternativa sostible que reduciría o uso do exceso de fertilizantes nitroxenados», dixo.