Il grano CRISPR produce il proprio fertilizzante

Gli scienziati hanno potenziato il grano con CRISPR per rilasciare apigenina extra, stimolando i batteri del suolo a fissare l'azoto in modo naturale. L'approccio potrebbe ridurre i costi dei fertilizzanti, ridurre il danno ambientale e migliorare la produttività delle colture.

Il lavoro proviene da un gruppo di ricerca diretto da Eduardo Blumwald, un illustre professore nel Dipartimento di Scienze Vegetali. Utilizzando lo strumento di editing genetico CRISPR, il team ha aumentato la produzione della pianta di una delle sue sostanze chimiche naturali. Quando le radici di grano rilasciano questo composto extra nel terreno circostante, aiuta specifici batteri che possono convertire l'azoto dall'aria in una forma che le piante vicine possono assorbire. Questo processo è noto come fissazione dell'azoto.

Il grano si classifica come il secondo cereale più produttivo al mondo e rappresenta la quota maggiore di utilizzo di fertilizzanti azotati, circa il 18% del totale globale. Nel 2020, più di 800 milioni di tonnellate di fertilizzanti sono stati fabbricati in tutto il mondo, secondo l'Organizzazione delle Nazioni Unite per l'alimentazione e l'agricoltura.

Le piante in genere assorbono solo dal 30 al 50% del fertilizzante azotato applicato.

I batteri che fissano l'azoto generano un enzima chiamato azotasi, a volte indicato come "fissore" perché effettua la fissazione dell'azoto. L'enzima funziona solo all'interno di questi batteri e solo in ambienti a basso contenuto di ossigeno.

Legumi come fagioli e piselli formano naturalmente noduli di radice, strutture specializzate che creano le condizioni povere di ossigeno di cui questi batteri richiedono.

Il grano e la maggior parte delle altre colture mancano di questi noduli, motivo per cui il fertilizzante azotato sintetico è ampiamente utilizzato.

I ricercatori hanno esaminato 2.800 sostanze chimiche prodotte naturalmente dalle piante e ne hanno identificate 20 che potrebbero incoraggiare i batteri che fissano l'azoto a formare biofilm. Questi biofilm sono rivestimenti appiccicosi che avvolgono i batteri, producendo un microambiente a basso contenuto di ossigeno adatto per l'attività delle azotate. Il team ha quindi mappato il modo in cui le piante sintetizzano questi composti e ha identificato i geni coinvolti.

Con queste informazioni, hanno usato CRISPR per regolare le piante di grano in modo da generare maggiori quantità di un composto in particolare, un sapore chiamato apigenina. Poiché le piante producono più apigenina di quello di cui hanno bisogno, il surplus viene rilasciato nel suolo. Negli esperimenti, questa apigenina ha stimolato i batteri del suolo a formare biofilm protettivi, consentendo all'azotasi di fissare l'azoto in una forma utilizzabile che il grano potrebbe assorbire.

In condizioni di fertilizzanti azotati molto bassi, il grano modificato ha anche prodotto rese più elevate rispetto alle piante di controllo.