Il dottor Eduardo Blumwald (a destra) e Akhilesh Yadav, Ph.D., insieme ad altri membri del loro team presso l'Università della California, Davis, hanno modificato il riso per incoraggiare i batteri del suolo a produrre più azoto utilizzabile dalle piante. [Trina Kleist/UC Davis]
I ricercatori hanno utilizzato la tecnologia CRISPR per modificare geneticamente il riso, in modo da incoraggiare i batteri del suolo a fissare l'azoto necessario alla sua crescita. I risultati potrebbero ridurre la quantità di fertilizzanti azotati necessari per la coltivazione, consentendo agli agricoltori americani di risparmiare 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 all'Università della California, Davis, che ha guidato lo studio. Il suo team ha utilizzato la tecnologia CRISPR per potenziare la degradazione dell'apigenina nel riso. Hanno scoperto che l'apigenina e altri composti causano la fissazione batterica dell'azoto.
Il loro lavoro è stato pubblicato sulla rivista Plant Biotechnology ("La modificazione genetica della biosintesi dei flavonoidi del riso migliora la formazione del biofilm e la fissazione biologica dell'azoto da parte dei batteri azotofissatori del suolo").
L'azoto è essenziale per la crescita delle piante, ma queste non sono in grado di convertire direttamente l'azoto presente nell'aria in una forma utilizzabile. Pertanto, le piante si affidano all'assorbimento di azoto inorganico, come l'ammoniaca, prodotto dai batteri presenti nel terreno. La produzione agricola si basa sull'utilizzo di fertilizzanti azotati per aumentare la produttività delle colture.
"Se le piante sono in grado di produrre sostanze chimiche che permettono ai batteri del suolo di fissare l'azoto atmosferico, possiamo modificarle geneticamente per produrne di più", 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 analisi chimiche e genomica per identificare i composti presenti nelle piante di riso – apigenina e altri flavonoidi – che potenziano l'attività di fissazione dell'azoto da parte dei batteri.
Hanno quindi identificato i percorsi per la produzione di queste sostanze chimiche e hanno utilizzato la tecnologia di editing genetico 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 da parte dei batteri e la quantità di ammonio disponibile per la pianta.
"Le piante di riso migliorate hanno mostrato una maggiore resa in granella quando coltivate in condizioni di carenza di azoto nel terreno", hanno scritto i ricercatori nell'articolo. "I nostri risultati supportano la manipolazione della via biosintetica dei flavonoidi come metodo per indurre la fissazione biologica dell'azoto nei chicchi e ridurre il contenuto di azoto inorganico. Uso dei fertilizzanti. Strategie concrete."
Anche altre piante possono utilizzare questa via. L'Università della California ha richiesto un brevetto per questa tecnologia ed è attualmente in attesa della risposta. 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 affermato Blumwald. "Qualsiasi cosa possa eliminare questi 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 si disperde, infiltrandosi nel terreno e nelle falde acquifere. La scoperta di Blumwald potrebbe contribuire a proteggere l'ambiente riducendo l'inquinamento da azoto. "Questo potrebbe fornire una pratica agricola alternativa e sostenibile che ridurrebbe l'uso eccessivo di fertilizzanti azotati", ha affermato.