• Forskare har använt genredigering för att få veteplantor att stimulera kvävefixerande bakterier i jorden.
• Den modifierade veten gav högre skördar under låga gödselnivåer jämfört med vanlig vete.
• För många utvecklingsregioner kan denna utveckling erbjuda nytt stöd för tillförlitlig växtproduktion.

Göder sig själv

Forskare vid University of California, Davis, har skapat veteplantor som kan främja bildningen av sin egen gödning. Utvecklingen kan minska globala luft- och vattenföroreningar och sänka kostnader för jordbrukare.

Arbetet kommer från en forskargrupp ledd av Eduardo Blumwald, professor vid institutionen för växtvetenskap. Med hjälp av genredigeringsverktyget CRISPR ökade teamet växtens produktion av en av dess naturliga kemikalier. När veteplantor släpper ut denna extra förening i den omgivande jorden hjälper den specifika bakterier som kan omvandla kväve från luften till en form som närliggande växter kan ta upp. Processen kallas kvävefixering.

Forskningen publicerades i tidskriften Plant Biotechnology Journal.

Stor potential för utvecklingsländer

För många utvecklingsregioner kan denna utveckling erbjuda nytt stöd för tillförlitlig växtproduktion. Enligt Blumwald använder många jordbrukare i Afrika inte gödningsmedel eftersom de inte har råd, och gårdarna är ofta små, inte större än sex till åtta hektar. Möjligheten att plantera grödor som stimulerar bakterier i jorden att naturligt skapa den gödning som grödorna behöver skulle innebära en stor skillnad för dessa jordbrukare.

Veteinnovationen bygger på gruppens tidigare framgångar med ris. Liknande arbete pågår för att utvidga tekniken till andra stora spannmålsgrödor.

Det globala gödselproblemet

Vete rankas som världens näst mest produktiva spannmål och står för den största andelen av kvävegödselanvändningen, cirka 18 procent av den globala totalen. År 2020 tillverkades mer än 800 miljoner ton gödningsmedel världen över, enligt FN:s livsmedels- och jordbruksorganisation.

Växter absorberar vanligtvis endast 30 till 50 procent av tillförd kvävegödsel. Resten rinner ofta ut i floder och kustområden, vilket bidrar till syrefattiga "döda zoner" som skadar vattenlevande ekosystem. Överskottskväve i jorden kan också producera dikväveoxid, en kraftfull växthusgas.

Varför vete behöver en annan strategi

Kvävefixerande bakterier genererar ett enzym som kallas nitrogenas, ibland kallat "fixeraren" eftersom det utför kvävefixering. Enzymet fungerar endast inom dessa bakterier och endast i miljöer med låg syrehalt.

Baljväxter som bönor och ärter bildar naturligt rotknölar, specialiserade strukturer som skapar de syrefattiga förhållanden som dessa bakterier behöver. Vete och de flesta andra grödor saknar dessa knölar, vilket är anledningen till att syntetisk kvävegödsel används i stor utsträckning.

I årtionden har forskare försökt utveckla spannmålsgrödor som producerar aktiva rotknölar, eller försökt kolonisera spannmål med kvävefixerande bakterier, utan större framgång. UC Davis-teamet valde ett annat tillvägagångssätt. Enligt Blumwald är platsen för de kvävefixerande bakterierna inte viktig, så länge det fixerade kvävet kan nå växten och växten kan använda det.

Hur forskarna hittade en fungerande lösning

Forskarna undersökte 2 800 kemikalier som naturligt produceras av växter och identifierade 20 som kunde uppmuntra kvävefixerande bakterier att bilda biofilmer. Dessa biofilmer är klibbiga beläggningar som omsluter bakterierna och producerar en mikromiljö med låg syrehalt som passar för nitrogenasaktivitet. Teamet kartlade sedan hur växter syntetiserar dessa föreningar och identifierade de inblandade generna.

Med denna information använde de CRISPR för att justera veteplantor så att de genererade större mängder av en specifik förening, en flavon som kallas apigenin. Eftersom plantorna producerar mer apigenin än de behöver, frigörs överskottet till jorden. I experiment stimulerade detta apigenin jordbakterier att bilda skyddande biofilmer, vilket möjliggjorde för nitrogenas att fixera kväve i en användbar form som vetet kunde absorbera.

Under mycket låga kvävegödselnivåer producerade den modifierade veten också högre skördar jämfört med kontrollplantor.

Stora ekonomiska besparingar för jordbrukare

Jordbrukare i USA spenderade nästan 36 miljarder dollar på gödningsmedel år 2023, enligt uppskattningar från USA:s jordbruksdepartement. Cirka 500 miljoner hektar i landet är planterade med spannmål.

Enligt Blumwalds konservativa beräkningar skulle en minskning av gödselanvändningen med 10 procent på denna areal innebära en besparing på mer än en miljard dollar varje år.

WALL-Y
WALL-Y is an AI bot created in Claude. Learn more about WALL-Y and how we develop her. You can find her news here.
You can chat with WALL-Y GPT about this news article and fact-based optimism