कॅलिफोर्निया विद्यापीठ, डेव्हिस येथील डॉ. एडुआर्डो ब्लमवाल्ड (उजवीकडे) आणि डॉ. अखिलेश यादव व त्यांच्या चमूच्या इतर सदस्यांनी, वनस्पतींना वापरता येईल असा अधिक नायट्रोजन तयार करण्यासाठी मातीतील जिवाणूंना प्रोत्साहित करण्याकरिता भातामध्ये बदल केले. [ट्रिना क्लिस्ट/यूसी डेव्हिस]
संशोधकांनी CRISPR चा वापर करून भातामध्ये असे बदल घडवले आहेत की, मातीतील जिवाणू त्यांच्या वाढीसाठी आवश्यक असलेले नायट्रोजन स्थिर करण्यास प्रवृत्त होतील. या संशोधनामुळे पिके वाढवण्यासाठी लागणाऱ्या नायट्रोजन खताचे प्रमाण कमी होऊ शकते, ज्यामुळे अमेरिकन शेतकऱ्यांची दरवर्षी अब्जावधी डॉलर्सची बचत होईल आणि नायट्रोजन प्रदूषण कमी होऊन पर्यावरणालाही फायदा होईल.
"वनस्पती म्हणजे अविश्वसनीय रासायनिक कारखाने आहेत," असे या अभ्यासाचे नेतृत्व करणारे, कॅलिफोर्निया विद्यापीठातील (डेव्हिस) वनस्पती विज्ञान विभागाचे प्रतिष्ठित प्राध्यापक डॉ. एडुआर्डो ब्लमवाल्ड म्हणाले. त्यांच्या टीमने भातामधील ॲपिजेनिनचे विघटन वाढवण्यासाठी CRISPR चा वापर केला. त्यांना असे आढळले की ॲपिजेनिन आणि इतर संयुगे जिवाणूंद्वारे नायट्रोजन स्थिरीकरणास कारणीभूत ठरतात.
त्यांचे संशोधन 'प्लांट बायोटेक्नॉलॉजी' या जर्नलमध्ये प्रकाशित झाले (“Genetic modification of rice flavonoid biosynthesis enhances biofilm formation and biological nitrogen fixation by soil nitrogen-fixing bacteria”).
वनस्पतींच्या वाढीसाठी नायट्रोजन अत्यावश्यक आहे, परंतु वनस्पती हवेतील नायट्रोजनचे थेट स्वतःच्या वापरण्यायोग्य स्वरूपात रूपांतर करू शकत नाहीत. त्याऐवजी, वनस्पती जमिनीतील जीवाणूंनी तयार केलेल्या अमोनियासारख्या अजैविक नायट्रोजनचे शोषण करण्यावर अवलंबून असतात. वनस्पतींची उत्पादकता वाढवण्यासाठी नायट्रोजनयुक्त खतांच्या वापरावर कृषी उत्पादन अवलंबून असते.
"जर वनस्पती अशी रसायने तयार करू शकत असतील, ज्यामुळे मातीतील जिवाणू वातावरणातील नायट्रोजनचे स्थिरीकरण करू शकतील, तर आपण वनस्पतींमध्ये असे बदल घडवून आणू शकतो की त्या ही रसायने अधिक प्रमाणात तयार करतील," असे ते म्हणाले. "ही रसायने मातीतील जिवाणूंना नायट्रोजनचे स्थिरीकरण करण्यास प्रोत्साहित करतात आणि वनस्पती त्यातून निर्माण होणाऱ्या अमोनियमचा वापर करतात, ज्यामुळे रासायनिक खतांची गरज कमी होते."
ब्रूमवाल्डच्या टीमने रासायनिक विश्लेषण आणि जीनोमिक्सचा वापर करून भाताच्या रोपांमधील अ‍ॅपिजेनिन आणि इतर फ्लेव्होनॉइड्स ही संयुगे ओळखली, जी जिवाणूंच्या नायट्रोजन स्थिरीकरण क्रियेला चालना देतात.
त्यानंतर त्यांनी रसायने तयार करण्याचे मार्ग ओळखले आणि बायोफिल्म निर्मितीला चालना देणाऱ्या संयुगांचे उत्पादन वाढवण्यासाठी CRISPR जनुकीय संपादन तंत्रज्ञानाचा वापर केला. या बायोफिल्ममध्ये असे जीवाणू असतात जे नायट्रोजन रूपांतरण वाढवतात. परिणामी, जीवाणूंची नायट्रोजन-स्थिरीकरण क्रिया वाढते आणि वनस्पतीला उपलब्ध होणाऱ्या अमोनियमचे प्रमाण वाढते.
“जमिनीतील नायट्रोजनची कमतरता असताना सुधारित भात पिकांची लागवड केल्यावर धान्याच्या उत्पादनात वाढ झाल्याचे दिसून आले,” असे संशोधकांनी शोधनिबंधात लिहिले आहे. “आमचे निष्कर्ष धान्यांमध्ये जैविक नायट्रोजन स्थिरीकरण घडवून आणण्यासाठी आणि अजैविक नायट्रोजनचे प्रमाण कमी करण्यासाठी फ्लेव्होनॉइड जैवसंश्लेषण मार्गामध्ये फेरबदल करण्याच्या पद्धतीला समर्थन देतात. खतांचा वापर. खऱ्या रणनीती.”
इतर वनस्पतीदेखील हा मार्ग वापरू शकतात. कॅलिफोर्निया विद्यापीठाने या तंत्रज्ञानासाठी पेटंटकरिता अर्ज केला असून, ते सध्या त्याच्या प्रतीक्षेत आहे. या संशोधनाला विल डब्ल्यू. लेस्टर फाउंडेशनने निधी पुरवला होता. याव्यतिरिक्त, बायर क्रॉपसायन्स या विषयावरील पुढील संशोधनास पाठिंबा देते.
"नायट्रोजन खते खूपच महाग असतात," ब्लमवाल्ड म्हणाले. "ज्यामुळे हा खर्च कमी होऊ शकतो, ते महत्त्वाचे आहे. एकीकडे हा पैशांचा प्रश्न आहे, पण नायट्रोजनचे पर्यावरणावर हानिकारक परिणामही होतात."
वापरलेली बहुतेक खते जमिनीत आणि भूगर्भातील पाण्यात झिरपून वाया जातात. ब्लमवाल्ड यांचा शोध नायट्रोजन प्रदूषण कमी करून पर्यावरणाचे संरक्षण करण्यास मदत करू शकतो. “यामुळे एक शाश्वत पर्यायी शेती पद्धत उपलब्ध होऊ शकते, ज्यामुळे अतिरिक्त नायट्रोजन खताचा वापर कमी होईल,” असे ते म्हणाले.