Το αζωτούχο λίπασμα παρασκευάζεται από φυσικό αέριο. Η εξόρυξη και η καύση φυσικού αερίου
βλάπτει τη ζωή στον πλανήτη μας, οπότε μάλλον θα πρέπει να σταματήσουμε να το κάνουμε (ή τουλάχιστον να προσπαθήσουμε να μειώσουμε σημαντικά). Αλλά οι καλλιέργειες τροφίμων, όπως όλα τα φυτά, χρειάζονται αυτό το άζωτο. Είναι αρκετά το αίνιγμα, ειδικά αφού ο ανθρώπινος πληθυσμός που βασίζεται σε αυτές τις καλλιέργειες αναμένεται να αυξηθεί τις επόμενες δεκαετίες, ενώ η έκταση της καλλιεργήσιμης γης αναμένεται να μειωθεί.Σε απάντηση, γενετικοί μηχανικοί στην Κίνα έχουν αναπτύξει καλλιέργειες που μπορούν να ευδοκιμήσουν με λιγότερο άζωτο και έφτιαξαν ένα στέλεχος ρυζιού με απόδοση 40 έως 70 τοις εκατό υψηλότερη από αυτή του κανονικού ρυζιού. Έχει περισσότερους κόκκους ανά κλαδί, κάθε σωματίδιο κόκκου είναι μεγαλύτερο και πιο πυκνό και τα φυτά άνθισαν νωρίτερα. Οι περισσότερες μέθοδοι αναπαραγωγής που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος σε καλλιέργειες δημητριακών μπορούν να δημιουργήσουν μόνο μια αύξηση της απόδοσης λιγότερο από 1 τοις εκατό, επομένως αυτό είναι πολύ μεγάλο.
Ένα γονίδιο αλλάζει πολλά
Οι επιστήμονες ξεκίνησαν εξετάζοντας πρωτεΐνες που ονομάζονται παράγοντες μεταγραφής, οι οποίοι συχνά ελέγχουν την έκφραση ενός συνόλου γονιδίων που συχνά εμπλέκονται σε διάφορες πτυχές μιας μεμονωμένης φυσιολογικής λειτουργίας. Σε αυτή την περίπτωση, η εστίαση ήταν σε παράγοντες μεταγραφής που ήταν ήδη γνωστό ότι ρυθμίζουν τη φωτοσύνθεση.
Για να βρουν τον τέλειο στόχο, οι ερευνητές εξέτασαν ένα σύνολο 118 μεταγραφικών παραγόντων που είχαν προηγουμένως προσδιοριστεί για τη ρύθμιση της φωτοσύνθεσης στο ρύζι και τον αραβόσιτο για να βρουν οποιονδήποτε ρυθμίστηκε επίσης προς τα πάνω ως απόκριση στο φως και τα χαμηλά επίπεδα αζώτου. Όταν βρήκαν ένα, δημιούργησαν διαγονιδιακές σειρές ρυζιού που το έκαναν πολλά. Η υπερέκφραση ενός παράγοντα μεταγραφής όπως αυτός αντί για τα μεμονωμένα γονίδια που ελέγχει είναι σαν να απαιτείς να μιλήσεις με τον διευθυντή αντί να αναπηδήσεις ανάμεσα σε διάφορους αντιπροσώπους εξυπηρέτησης πελατών σε διαφορετικά τμήματα.
Τα φυτά ρυζιού που προέκυψαν τοποθετήθηκαν σε χωράφια με διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες: εύκρατα χωράφια κοντά στο Πεκίνο, τροπικά χωράφια στην επαρχία Hainan και υποτροπικά χωράφια στην επαρχία Zhejiang.
Κατά τη διάρκεια τριών ετών, όλα τα φυτά ρυζιού εμφάνισαν ενισχυμένη φωτοσυνθετική ικανότητα και βελτιωμένη απόδοση χρήσης αζώτου. Είχαν περισσότερη χλωροφύλλη και περισσότερους και μεγαλύτερους χλωροπλάστες από το ρύζι άγριου τύπου. Είχαν επίσης πιο αποτελεσματική πρόσληψη αζώτου στις ρίζες τους από το ρύζι άγριου τύπου και είχαν πιο αποτελεσματική μεταφορά αυτού του αζώτου από τις ρίζες τους στους βλαστούς τους από το ρύζι άγριου τύπου. Αυτό αύξησε την απόδοση των σιτηρών τους, ακόμη και όταν τα φυτά καλλιεργούνταν με λιγότερο αζωτούχο λίπασμα.
Άλλα πειράματα έγιναν με τα διαγονιδιακά φυτά που καλλιεργήθηκαν υδροπονικά και σε ορυζώνες, και τα πήγαν εξίσου καλά. Υπερέκφραση του ίδιου μεταγραφικού παράγοντα σε ένα πιο φανταχτερό στέλεχος ρυζιού (japonica, σε αντίθεση με το πληβιακό Oryza sativa που χρησιμοποιήθηκε στο μεγαλύτερο μέρος των άλλων πειραμάτων) καθώς και στο σιτάρι και το Arabidopsis (το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο πρότυπο οργανισμό στη φυτική βιολογία) είχε παρόμοια αποτελέσματα σε αυτά τα σημαντικά φυτά.
Αυτός ο μεταγραφικός παράγοντας ρυθμίζει προς τα πάνω τη δραστηριότητα 345 γονιδίων, τα περισσότερα από τα οποία είναι γνωστό ότι ανταποκρίνονται στο αλάτι, την ξηρασία και το κρύο στρες. Όταν οι επιστήμονες υπερέκφρασαν ένα από αυτά τα γονίδια, ένα που εμπλέκεται στην πρώιμη ανθοφορία, τα φυτά άνθισαν νωρίτερα, αλλά ήταν νανωμένα και εμφάνισαν μειωμένες αποδόσεις κόκκων. Αυτό οφείλεται πιθανώς στο ότι το χαρακτηριστικό της πρώιμης ανθοφορίας, μεμονωμένα από την ενισχυμένη χρήση άνθρακα και αζώτου που παρέχεται από τον παράγοντα μεταγραφής, δεν επέτρεψε στα φυτά να δημιουργήσουν επαρκείς πόρους στον συντομευμένο χρόνο ανάπτυξής τους.
Οι συγγραφείς προτείνουν ότι η επεξεργασία του γονιδιώματος θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί αντί για τις διαγονιδιακές τεχνικές στις οποίες βασίστηκαν για την υπερέκφραση αυτού του μεταγραφικού παράγοντα σε άλλες καλλιέργειες, έτσι ώστε και αυτές να επιτύχουν υψηλότερη απόδοση. Τέτοιες ποικιλίες θα μπορούσαν να είναι χρήσιμες σε περιπτώσεις όπου οι εποχές ανάπτυξης και ο χώρος του χωραφιού μπορεί να περιοριστούν και τα λιπάσματα αζώτου μπορεί να σπανίσουν - ξέρετε, σε σπάνια σενάρια όπως πυρκαγιές, πλημμύρες και ξηρασίες. Και πόλεμος.
