Dr. Eduardo Blumwald (kanan) dan Akhilesh Yadav, Ph.D., serta ahli pasukan mereka yang lain di Universiti California, Davis, telah mengubah suai padi untuk menggalakkan bakteria tanah menghasilkan lebih banyak nitrogen yang boleh digunakan oleh tumbuhan. [Trina Kleist/UC Davis]
Para penyelidik menggunakan CRISPR untuk merekayasa padi bagi menggalakkan bakteria tanah mengikat nitrogen yang diperlukan untuk pertumbuhannya. Penemuan ini dapat mengurangkan jumlah baja nitrogen yang diperlukan untuk menanam tanaman, menjimatkan berbilion dolar kepada petani Amerika setiap tahun dan memberi manfaat kepada alam sekitar dengan mengurangkan pencemaran nitrogen.
“Tumbuhan merupakan kilang kimia yang luar biasa,” kata Dr. Eduardo Blumwald, profesor sains tumbuhan terkemuka di Universiti California, Davis, yang mengetuai kajian tersebut. Pasukannya menggunakan CRISPR untuk meningkatkan penguraian apigenin dalam beras. Mereka mendapati bahawa apigenin dan sebatian lain menyebabkan penetapan nitrogen bakteria.
Kerja mereka telah diterbitkan dalam jurnal Plant Biotechnology (“Pengubahsuaian genetik biosintesis flavonoid padi meningkatkan pembentukan biofilm dan penetapan nitrogen biologi oleh bakteria penetapan nitrogen tanah”).
Nitrogen adalah penting untuk pertumbuhan tumbuhan, tetapi tumbuhan tidak boleh menukar nitrogen dari udara secara langsung kepada bentuk yang boleh digunakan. Sebaliknya, tumbuhan bergantung pada penyerapan nitrogen bukan organik, seperti ammonia, yang dihasilkan oleh bakteria di dalam tanah. Pengeluaran pertanian adalah berdasarkan penggunaan baja yang mengandungi nitrogen untuk meningkatkan produktiviti tumbuhan.
“Jika tumbuhan boleh menghasilkan bahan kimia yang membolehkan bakteria tanah mengikat nitrogen atmosfera, kita boleh merekayasa tumbuhan untuk menghasilkan lebih banyak bahan kimia ini,” katanya. “Bahan kimia ini menggalakkan bakteria tanah mengikat nitrogen dan tumbuhan menggunakan ammonium yang terhasil, sekali gus mengurangkan keperluan baja kimia.”
Pasukan Broomwald menggunakan analisis kimia dan genomik untuk mengenal pasti sebatian dalam tanaman padi – apigenin dan flavonoid lain – yang meningkatkan aktiviti pengikatan nitrogen bakteria.
Mereka kemudian mengenal pasti laluan untuk menghasilkan bahan kimia dan menggunakan teknologi penyuntingan gen CRISPR untuk meningkatkan penghasilan sebatian yang merangsang pembentukan biofilm. Biofilm ini mengandungi bakteria yang meningkatkan transformasi nitrogen. Hasilnya, aktiviti pengikatan nitrogen bakteria meningkat dan jumlah ammonium yang tersedia untuk tumbuhan meningkat.
“Tanaman padi yang dipertingkatkan menunjukkan peningkatan hasil bijirin apabila ditanam di bawah keadaan tanah yang terhad nitrogen,” tulis para penyelidik dalam kertas kerja itu. “Keputusan kami menyokong manipulasi laluan biosintesis flavonoid sebagai cara untuk mendorong fiksasi nitrogen biologi dalam bijirin dan mengurangkan kandungan nitrogen bukan organik. Penggunaan baja. Strategi Sebenar.”
Tumbuhan lain juga boleh menggunakan laluan ini. Universiti California telah memohon paten ke atas teknologi tersebut dan sedang menunggunya. Penyelidikan ini dibiayai oleh Yayasan Will W. Lester. Di samping itu, Bayer CropScience menyokong penyelidikan lanjut mengenai topik ini.
“Baja nitrogen sangat, sangat mahal,” kata Blumwald. “Apa sahaja yang boleh menghapuskan kos tersebut adalah penting. Di satu pihak, ia adalah persoalan wang, tetapi nitrogen juga mempunyai kesan berbahaya terhadap alam sekitar.”
Kebanyakan baja yang digunakan hilang, meresap ke dalam tanah dan air bawah tanah. Penemuan Blumwald dapat membantu melindungi alam sekitar dengan mengurangkan pencemaran nitrogen. “Ini dapat menyediakan amalan pertanian alternatif yang mampan yang akan mengurangkan penggunaan baja nitrogen yang berlebihan,” katanya.