Pomocí technologie genové editace CRISPR vylepšená pšenice pomáhá půdním bakteriím vytvářet přírodní hnojivo. To by mohlo být průlomem na cestě k čistšímu, levnějšímu a udržitelnějšímu zemědělství..

Vědci z Kalifornské univerzity v Davisu vyvinuli pšenici, která podporuje půdní bakterie k přeměně atmosférického dusíku na hnojivo využitelné rostlinami. Posílení přirozené sloučeniny v rostlině pšenice aktivuje bakterie k tvorbě biofilmů, jež umožňují fixaci dusíku.

Díky tomuto průlomu by se mohlo snížit používání hnojiv i vody, a tím i snížit znečištění a zvýšit výnosy z produkce. Pro zemědělce po celém světě by to znamenalo možnost ohromných úspor.

Pšenice je druhou nejproduktivnější obilovinou na světě, která má ovšem největší podíl na celosvětové spotřebě dusíkatých hnojiv, přibližně 18 %. V roce 2020 bylo podle Organizace OSN pro výživu a zemědělství vyrobeno více než 800 milionů tun hnojiv.

Rostliny obvykle absorbují pouze 30 až 50 % aplikovaného dusíkatého hnojiva. Zbytek se často dostává do řek a pobřežních oblastí, což přispívá k ochuzeným „mrtvým zónám“ s nedostatkem kyslíku, které poškozují vodní ekosystémy. Další přebytek dusíku v půdě může produkovat oxid dusný, silný skleníkový plyn.

Luštěniny versus obiloviny

Bakterie fixující dusík produkují enzym zvaný nitrogenáza, který provádí fixaci dusíku. Enzym funguje pouze uvnitř těchto bakterií a pouze v prostředí s nízkým obsahem kyslíku. Luštěniny, jako jsou fazole a hrách, přirozeně tvoří kořenové uzlíky, specializované struktury, které vytvářejí podmínky chudé na kyslík, jež tyto bakterie vyžadují.

Pšenici a většině ostatních plodin však tyto uzlíky chybí, a proto se při jejich pěstování hojně využívají dusíkatá hnojiva.

„Vědci se po celá desetiletí snaží vyvinout obiloviny, které produkují aktivní kořenové hlízky, nebo se snaží kolonizovat obiloviny bakteriemi fixujícími dusík, ale bez většího úspěchu. My jsme použili jiný přístup,“ vysvětluje Eduard Blumwald, profesor na katedře rostlinných věd, který za úpravou pšenice stojí.

Vědci zkoumali 2 800 chemických látek přirozeně produkovaných rostlinami a identifikovali 20, které by mohly podporovat tvorbu biofilmů u bakterií vázajících dusík. Tyto biofilmy jsou lepkavé povlaky, které obalují bakterie a vytvářejí mikroprostředí s nízkým obsahem kyslíku vhodné pro aktivitu nitrogenázy.

Bakterie tvoří hnojivo pro pšenici

Tým poté zmapoval, jak rostliny tyto sloučeniny syntetizují, a identifikoval zapojené geny. S těmito informacemi následně pomocí CRISPR upravili rostliny pšenice tak, aby generovaly větší množství jedné konkrétní sloučeniny, flavonu zvaného apigenin.

Protože rostliny produkují více apigeninu, než potřebují, přebytek se uvolňuje do půdy. V experimentech tento apigenin stimuloval půdní bakterie k tvorbě ochranných biofilmů, což umožnilo nitrogenáze fixovat dusík v použitelné formě, kterou pšenice mohla absorbovat.

Pro mnoho rozvojových regionů by tento pokrok mohl nabídnout novou podporu pro spolehlivou produkci plodin. „V Africe lidé nepoužívají hnojiva, protože nemají peníze, a farmy jsou malé, ne větší než šest až osm akrů,“ vysvětluje Blumwald.

„Představte si, že sázíte plodiny, které stimulují bakterie v půdě k přirozené tvorbě hnojiva, které plodiny potřebují. Páni! To je velký rozdíl,“ dodává. Tato inovace v oblasti pšenice navazuje na předchozí úspěch stejné vědecké skupiny s rýží a podobné práce probíhají s cílem rozšířit tuto techniku i na další významné obiloviny.

Zdroj: ScienceDaily