Tiến sĩ Eduardo Blumwald (phải) và Tiến sĩ Akhilesh Yadav cùng các thành viên khác trong nhóm của họ tại Đại học California, Davis, đã biến đổi cây lúa để khuyến khích vi khuẩn trong đất tạo ra nhiều nitơ hơn mà cây trồng có thể sử dụng. [Trina Kleist/UC Davis]
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng CRISPR để tạo ra cây lúa nhằm khuyến khích vi khuẩn trong đất cố định lượng nitơ cần thiết cho sự phát triển của chúng. Những phát hiện này có thể làm giảm lượng phân bón nitơ cần thiết để trồng trọt, tiết kiệm cho nông dân Mỹ hàng tỷ đô la mỗi năm và mang lại lợi ích cho môi trường bằng cách giảm ô nhiễm nitơ.
Tiến sĩ Eduardo Blumwald, giáo sư nổi tiếng về khoa học thực vật tại Đại học California, Davis, người đứng đầu nghiên cứu, cho biết: “Thực vật là những nhà máy hóa học đáng kinh ngạc”. Nhóm của ông đã sử dụng CRISPR để tăng cường phân hủy apigenin trong lúa. Họ phát hiện ra rằng apigenin và các hợp chất khác gây ra sự cố định đạm của vi khuẩn.
Công trình của họ đã được công bố trên tạp chí Công nghệ sinh học thực vật (“Biến đổi gen sinh tổng hợp flavonoid ở lúa giúp tăng cường hình thành màng sinh học và cố định đạm sinh học bằng vi khuẩn cố định đạm trong đất”).
Nitơ rất cần thiết cho sự phát triển của thực vật, nhưng thực vật không thể chuyển đổi trực tiếp nitơ từ không khí thành dạng mà chúng có thể sử dụng. Thay vào đó, thực vật dựa vào việc hấp thụ nitơ vô cơ, chẳng hạn như amoniac, do vi khuẩn trong đất tạo ra. Sản xuất nông nghiệp dựa trên việc sử dụng phân bón có chứa nitơ để tăng năng suất cây trồng.
Ông nói: “Nếu thực vật có thể tạo ra các hóa chất cho phép vi khuẩn trong đất cố định nitơ trong khí quyển, thì chúng ta có thể thiết kế thực vật để sản xuất nhiều hóa chất này hơn”. “Những hóa chất này khuyến khích vi khuẩn trong đất cố định đạm và cây trồng sử dụng amoni tạo thành, do đó làm giảm nhu cầu phân bón hóa học.”
Nhóm của Broomwald đã sử dụng phân tích hóa học và bộ gen để xác định các hợp chất trong cây lúa – apigenin và các flavonoid khác – giúp tăng cường hoạt động cố định đạm của vi khuẩn.
Sau đó, họ xác định các con đường sản xuất hóa chất và sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR để tăng sản xuất các hợp chất kích thích hình thành màng sinh học. Những màng sinh học này chứa vi khuẩn giúp tăng cường chuyển hóa nitơ. Kết quả là hoạt động cố định đạm của vi khuẩn tăng lên và lượng amoni cung cấp cho cây trồng tăng lên.
Các nhà nghiên cứu viết trong bài báo: “Cây lúa cải tiến cho thấy năng suất hạt tăng lên khi được trồng trong điều kiện hạn chế nitơ trong đất”. “Kết quả của chúng tôi hỗ trợ việc điều khiển quá trình sinh tổng hợp flavonoid như một cách để tạo ra sự cố định đạm sinh học trong ngũ cốc và giảm hàm lượng nitơ vô cơ. Sử dụng phân bón. Chiến lược thực sự.”
Các nhà máy khác cũng có thể sử dụng con đường này. Đại học California đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho công nghệ này và hiện đang chờ cấp bằng sáng chế. Nghiên cứu được tài trợ bởi Quỹ Will W. Lester. Ngoài ra, Bayer CropScience còn hỗ trợ nghiên cứu sâu hơn về chủ đề này.
Blumwald cho biết: “Phân đạm rất đắt tiền. “Bất cứ điều gì có thể loại bỏ những chi phí đó đều quan trọng. Một mặt, đó là vấn đề tiền bạc nhưng nitơ cũng có tác động có hại đến môi trường.”
Hầu hết lượng phân bón bón vào đều bị thất thoát, thấm vào đất và nước ngầm. Phát hiện của Blumwald có thể giúp bảo vệ môi trường bằng cách giảm ô nhiễm nitơ. Ông nói: “Điều này có thể cung cấp một phương pháp canh tác thay thế bền vững giúp giảm việc sử dụng phân bón nitơ dư thừa”.