Исследователи вывели пшеницу, которая производит собственное удобрение

Ученые из Калифорнийского университета в Дэвисе с помощью технологии редактирования генов CRISPR создали сорт пшеницы, который может частично обеспечивать себя азотом, снижая тем самым потребность в химических удобрениях. Это открытие может значительно уменьшить загрязнение окружающей среды и сэкономить затраты фермеров, особенно в развивающихся странах.

Суть технологии заключается в том, что гены пшеницы были отредактированы так, чтобы растение начало вырабатывать больше одного из своих природных соединений – флавоноида апигенина. Это вещество, выделяемое корнями в почву, стимулирует активность определенных почвенных бактерий, которые способны превращать азот из воздуха в доступную для растений форму – процесс, известный как азотфиксация.

В норме такую способность имеют бобовые культуры, у которых есть специальные корневые образования – клубеньки, создающие подходящую среду для азотфиксирующих бактерий. У пшеницы таких структур нет, и она в основном зависит от внесения азотных удобрений. Однако с помощью CRISPR ученые добились того, что пшеница начала "помогать" бактериям формировать биопленки – своеобразные защитные оболочки, создающие условия с низким содержанием кислорода, необходимые для работы фермента нитрогеназы – ключевого элемента в процессе азотфиксации.

Исследователи сначала изучили 2800 природных соединений, вырабатываемых растениями, и выделили 20 из них, которые могут усиливать образование биопленок у бактерий. Наиболее перспективным оказался апигенин. Его количество в растении увеличили с помощью редактирования генов, после чего пшеница стала выделять его в почву в избыточных количествах, что и привело к активации бактерий.

Эксперименты показали, что такая пшеница может расти даже при очень низком уровне азотных удобрений, при этом ее урожайность была выше, чем у обычных сортов. Это особенно важно, учитывая, что пшеница – вторая по значимости зерновая культура в мире, потребляющая до 18% всех азотных удобрений.

Также стоит отметить, что избыточный азот из удобрений, не усваиваемый растениями, загрязняет водоемы и способствует образованию парникового газа – закиси азота. Поэтому новая технология может стать важным шагом к более устойчивому и экологичному земледелию.

Разработка стала логическим продолжением предыдущих исследований той же команды в области выращивания риса и в будущем может быть адаптирована для других злаковых культур.