Πώς επιτεύχθηκε η «έξυπνη» λύση
Επιστήμονες του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Ντέιβις (UC Davis) έχουν δημιουργήσει φυτά σιταριού ικανά να προάγουν τη δημιουργία του δικού τους λιπάσματος. Πρόκειται για μια εξέλιξη που θα μπορούσε να μειώσει την παγκόσμια ρύπανση του αέρα και του νερού και να μειώσει δραστικά τα έξοδα της γεωργίας.
Η ερευνητική ομάδα, υπό τη διεύθυνση του καθηγητή Eduardo Blumwald, χρησιμοποίησε το εργαλείο γονιδιακής επεξεργασίας CRISPR για να αυξήσει την παραγωγή μιας φυσικής χημικής ένωσης μέσα στο φυτό. Όταν οι ρίζες του σιταριού απελευθερώνουν αυτή την επιπλέον ένωση στο έδαφος, διεγείρουν συγκεκριμένα βακτήρια να μετατρέψουν το άζωτο από τον αέρα σε μια μορφή που μπορεί να απορροφήσει το φυτό. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως δέσμευση αζώτου.
Το σιτάρι είναι το δεύτερο πιο παραγωγικό δημητριακό στον κόσμο και αντιπροσωπεύει περίπου το 18% της παγκόσμιας χρήσης αζωτούχων λιπασμάτων. Το πρόβλημα είναι ότι τα φυτά απορροφούν συνήθως μόνο το 30% έως 50% των εφαρμοζόμενων συνθετικών λιπασμάτων. Το υπόλοιπο καταλήγει συχνά σε υδάτινα συστήματα, δημιουργώντας «νεκρές ζώνες» λόγω εξάντλησης του οξυγόνου, ενώ το πλεονάζον άζωτο στο έδαφος μπορεί να παράγει υποξείδιο του αζώτου, ένα ισχυρό αέριο του θερμοκηπίου.
Όπως επισημαίνει ο καθηγητής Blumwald, «Φανταστείτε ότι φυτεύετε καλλιέργειες που διεγείρουν τα βακτήρια στο έδαφος να δημιουργήσουν το λίπασμα που χρειάζονται οι καλλιέργειες, με φυσικό τρόπο. Αυτό είναι μια μεγάλη διαφορά!». Αυτή η τεχνολογία, η οποία βασίζεται σε προηγούμενη επιτυχία της ομάδας στον τομέα του ρυζιού, προσφέρει κρίσιμη υποστήριξη για την επισιτιστική ασφάλεια στις αναπτυσσόμενες περιοχές όπου η αγορά λιπασμάτων είναι απαγορευτική.
Τα όσπρια (όπως φασόλια και μπιζέλια) σχηματίζουν φυσικά ριζικούς όζους, εξειδικευμένες δομές που δημιουργούν ένα περιβάλλον χαμηλό σε οξυγόνο, ιδανικό για τα βακτήρια που δεσμεύουν άζωτο (αζωτογενάση). Ο σίτος και τα άλλα δημητριακά δεν έχουν αυτούς τους όζους, εξ ου και η ανάγκη για τεχνητά λιπάσματα.
Η ομάδα του UC Davis χρησιμοποίησε μια διαφορετική προσέγγιση. Αρχικά, οι ερευνητές εξέτασαν 2.800 φυσικές χημικές ουσίες των φυτών και εντόπισαν 20 που θα μπορούσαν να ενθαρρύνουν τα βακτήρια να σχηματίσουν βιοφίλμ. Αυτά τα βιοφίλμ είναι κολλώδεις επικαλύψεις που τυλίγουν τα βακτήρια, δημιουργώντας ένα μικροπεριβάλλον χαμηλής περιεκτικότητας σε οξυγόνο, κατάλληλο για τη δραστηριότητα της αζωτογενάσης. Στη συνέχεια, η ομάδα χρησιμοποίησε το CRISPR για να τροποποιήσει το σιτάρι ώστε να παράγει μεγαλύτερες ποσότητες μιας φλαβόνης, της απιγενίνης, η περίσσεια της οποίας απελευθερώνεται στο έδαφος. Η απιγενίνη διεγείρει τα βακτήρια να σχηματίσουν προστατευτικά βιοφίλμ, επιτρέποντας στην αζωτογενάση να δεσμεύσει το άζωτο σε χρησιμοποιήσιμη μορφή.
Σε πειράματα με πολύ χαμηλή περιεκτικότητα σε αζωτούχα λιπάσματα, ο τροποποιημένος σίτος παρήγαγε υψηλότερες αποδόσεις σε σύγκριση με τα φυτά ελέγχου.
