Topraktaki azot bağlayan bakterileri aktive eden bir kimyasal salgılayarak kısmen kendi gübresini üretebilen bir buğday türü geliştirdi.
UC Davis bilim insanları, topraktaki azot bağlayan bakterileri aktive eden bir kimyasal salgılayarak kısmen kendi gübresini üretebilen bir buğday türü geliştirdi.
Genetiği değiştirilmiş bu bitkiler, atmosferik azotu kullanmak için bu mikrobiyal yardımdan yararlanarak sentetik gübre ihtiyacını azaltıyor. Bu atılım, kirliliğin azalmasına, çiftçilik maliyetlerinin düşmesine ve besin açısından fakir bölgelerde ürün büyümesinin iyileşmesine yardımcı olabilir. Ayrıca diğer önemli tahıl ürünlerinde benzer ilerlemelerin yolunu açabilir.
Kaliforniya Üniversitesi, Davis’teki bilim insanları, kendi doğal gübresinin oluşumunu teşvik edebilen buğday bitkileri geliştirdi. Bu gelişme, çiftçilerin geleneksel gübrelere harcadığı miktarı azaltırken hava ve su kirliliğini küresel ölçekte düşürebilir.
Proje, Bitki Bilimleri Bölümü'nde seçkin profesör Eduardo Blumwald liderliğinde yürütüldü. Araştırma ekibi, CRISPR gen düzenleme aracını kullanarak buğday bitkisinin doğal olarak ürettiği bileşiklerden birinin üretimini artırdı. Bitki, bu bileşiğin fazlasını çevredeki toprağa saldığında, havadaki azotu bitkilerin kolayca emebileceği bir forma dönüştüren toprak bakterilerini destekliyor. Bu süreç azot fiksasyonu olarak biliniyor.
Buğday, dünya genelinde verime göre ikinci en büyük tahıl ürünü ve küresel azotlu gübre kullanımının yaklaşık %18’ini oluşturuyor. Birleşmiş Milletler Gıda ve Tarım Örgütü’ne göre, 2020 yılında dünya çapında 800 milyon tondan fazla gübre üretildi.
Ancak bitkiler, gübredeki azotun yalnızca %30 ila %50’sini kullanıyor. Geri kalan kısım çoğu zaman su yollarına karışarak oksijen seviyelerini yaşamsal sınırların altına düşüren “ölü bölgeler”in oluşmasına katkıda bulunuyor. Toprakta kalan fazla azot ise güçlü bir sera gazı olan nitroz oksit üretebiliyor.
Azot bağlayan bakteriler, azot fiksasyonunun merkezinde yer alan “azotaz” (nitrogenase) enzimine bağımlıdır. Bu enzim yalnızca bu bakterilerin içinde bulunur ve yalnızca çok düşük oksijenli ortamlarda işlev görebilir.
Bezelye ve fasulye gibi baklagiller, kök nodülleri oluşturarak bu sorunu doğal şekilde çözer; bu nodüller azot bağlayan bakterileri koruyan düşük oksijenli bir ortam sağlar.
Buğday ve diğer birçok ürün nodül oluşturmaz; bu nedenle çiftçiler azot bazlı gübrelere bağımlıdır.
Araştırma ekibi, bitkiler tarafından doğal olarak üretilen 2.800 kimyasalı inceledi. Hem bitkiye fayda sağlayan hem de bakterilerin düşük oksijenli koşullar sağlayan biyofilmler oluşturmasına yardımcı olan 20 bileşik belirlediler. Bu biyofilmler, nitrogenase enzimini koruyarak azot bağlama sürecinin gerçekleşmesini mümkün kılıyor.
Araştırmacılar daha sonra bitkilerin bu bileşikleri nasıl ürettiğini ve hangi genlerin üretimi düzenlediğini belirledi.
CRISPR kullanılarak buğday, apigenin adı verilen bir flavonu daha yüksek miktarda üretecek şekilde tasarlandı. Bitki, ihtiyaç duyduğundan fazla apigenin ürettiği için bu fazlalık kökler yoluyla toprağa salınıyor. Yapılan deneylerde, bu ekstra apigeninin toprak bakterilerinin nitrogenase’i koruyan biyofilmler oluşturmasını teşvik ettiği ve böylece bakterilerin buğdayın kullanabileceği formda azot bağlamasına imkân sağladığı görüldü.
Çok düşük azotlu gübre koşullarında yetiştirilen genetiği düzenlenmiş buğday bitkileri, kontrol gruplarından daha yüksek verim verdi.
ABD Tarım Bakanlığı verilerine göre, çiftçiler 2023 yılında gübrelere yaklaşık 36 milyar dolar harcadı. Blumwald, ülkede yaklaşık 500 milyon dönüm arazinin tahıl ekimine ayrıldığını belirtiyor.
