Il dottor Eduardo Blumwald (a destra) e Akhilesh Yadav, Ph.D., e altri membri del loro team dell'Università della California, Davis, hanno modificato il riso per incoraggiare i batteri del suolo a produrre più azoto che le piante possono utilizzare. [Trina Kleist/UC Davis]
I ricercatori hanno utilizzato CRISPR per progettare il riso in modo da incoraggiare i batteri del suolo a fissare l’azoto necessario per la loro crescita. I risultati potrebbero ridurre la quantità di fertilizzanti azotati necessari per coltivare i raccolti, facendo risparmiare agli agricoltori americani miliardi di dollari ogni anno e apportando benefici all’ambiente riducendo l’inquinamento da azoto.
"Le piante sono incredibili fabbriche chimiche", ha affermato il dottor Eduardo Blumwald, illustre professore di scienze vegetali presso l'Università della California, Davis, che ha condotto lo studio. Il suo team ha utilizzato CRISPR per migliorare la scomposizione dell’apigenina nel riso. Hanno scoperto che l’apigenina e altri composti causano la fissazione dell’azoto batterico.
Il loro lavoro è stato pubblicato sulla rivista Plant Biotechnology (“La modifica genetica della biosintesi dei flavonoidi del riso migliora la formazione del biofilm e la fissazione biologica dell’azoto da parte dei batteri che fissano l’azoto nel suolo”).
L'azoto è essenziale per la crescita delle piante, ma le piante non possono convertire direttamente l'azoto presente nell'aria in una forma utilizzabile. Invece, le piante fanno affidamento sull’assorbimento dell’azoto inorganico, come l’ammoniaca, prodotto dai batteri nel terreno. La produzione agricola si basa sull'uso di fertilizzanti contenenti azoto per aumentare la produttività delle piante.
“Se le piante possono produrre sostanze chimiche che consentono ai batteri del suolo di fissare l’azoto atmosferico, possiamo progettare le piante per produrre una maggiore quantità di queste sostanze chimiche”, ha affermato. “Queste sostanze chimiche incoraggiano i batteri del suolo a fissare l’azoto e le piante utilizzano l’ammonio risultante, riducendo così la necessità di fertilizzanti chimici”.
Il team di Broomwald ha utilizzato l'analisi chimica e la genomica per identificare i composti nelle piante di riso – l'apigenina e altri flavonoidi – che migliorano l'attività di fissazione dell'azoto dei batteri.
Hanno poi identificato i percorsi per la produzione delle sostanze chimiche e hanno utilizzato la tecnologia di modifica genetica CRISPR per aumentare la produzione di composti che stimolano la formazione di biofilm. Questi biofilm contengono batteri che migliorano la trasformazione dell'azoto. Di conseguenza, aumenta l’attività di fissazione dell’azoto dei batteri e aumenta la quantità di ammonio a disposizione della pianta.
"Le piante di riso migliorate hanno mostrato una maggiore resa in cereali quando coltivate in condizioni di suolo limitato da azoto", hanno scritto i ricercatori nell'articolo. “I nostri risultati supportano la manipolazione del percorso di biosintesi dei flavonoidi come un modo per indurre la fissazione biologica dell’azoto nei cereali e ridurre il contenuto di azoto inorganico. Utilizzo dei fertilizzanti. Strategie reali”.
Anche altre piante possono utilizzare questo percorso. L'Università della California ha richiesto un brevetto sulla tecnologia e lo sta attualmente aspettando. La ricerca è stata finanziata dalla Fondazione Will W. Lester. Inoltre, Bayer CropScience sostiene ulteriori ricerche su questo argomento.
"I fertilizzanti azotati sono molto, molto costosi", ha detto Blumwald. “Tutto ciò che può eliminare tali costi è importante. Da un lato è una questione di soldi, ma l’azoto ha anche effetti dannosi sull’ambiente”.
La maggior parte dei fertilizzanti applicati vanno persi, penetrando nel terreno e nelle falde acquifere. La scoperta di Blumwald potrebbe aiutare a proteggere l'ambiente riducendo l'inquinamento da azoto. “Ciò potrebbe fornire una pratica agricola alternativa sostenibile che ridurrebbe l’uso di fertilizzanti azotati in eccesso”, ha affermato.