ડૉ. એડ્યુઆર્ડો બ્લુમવાલ્ડ (જમણે) અને અખિલેશ યાદવ, પીએચ.ડી., અને યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયા, ડેવિસ ખાતે તેમની ટીમના અન્ય સભ્યોએ જમીનના બેક્ટેરિયાને વધુ નાઇટ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા પ્રોત્સાહિત કરવા માટે ચોખામાં ફેરફાર કર્યો જેનો છોડ ઉપયોગ કરી શકે. [ટ્રિના ક્લેસ્ટ/યુસી ડેવિસ]
સંશોધકોએ માટીના બેક્ટેરિયાને તેમની વૃદ્ધિ માટે જરૂરી નાઇટ્રોજનને ઠીક કરવા પ્રોત્સાહિત કરવા માટે ચોખાના એન્જિનિયરિંગ માટે CRISPR નો ઉપયોગ કર્યો. આ તારણો પાક ઉગાડવા માટે જરૂરી નાઇટ્રોજન ખાતરની માત્રામાં ઘટાડો કરી શકે છે, અમેરિકન ખેડૂતોને દર વર્ષે અબજો ડોલરની બચત કરી શકે છે અને નાઇટ્રોજન પ્રદૂષણ ઘટાડીને પર્યાવરણને ફાયદો થાય છે.
"છોડ અતુલ્ય રાસાયણિક કારખાનાઓ છે," ડૉ. એડ્યુઆર્ડો બ્લુમવાલ્ડ, યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયા, ડેવિસના પ્લાન્ટ સાયન્સના વિશિષ્ટ પ્રોફેસર, જેમણે અભ્યાસનું નેતૃત્વ કર્યું હતું, જણાવ્યું હતું. તેમની ટીમે ચોખામાં એપિજેનિનના ભંગાણને વધારવા માટે CRISPR નો ઉપયોગ કર્યો. તેઓએ જોયું કે એપિજેનિન અને અન્ય સંયોજનો બેક્ટેરિયલ નાઇટ્રોજન ફિક્સેશનનું કારણ બને છે.
તેમનું કાર્ય જર્નલ પ્લાન્ટ બાયોટેક્નોલોજીમાં પ્રકાશિત થયું હતું ("ચોખાના ફલેવોનોઈડ બાયોસિન્થેસિસનું આનુવંશિક ફેરફાર બાયોફિલ્મની રચના અને જૈવિક નાઈટ્રોજન ફિક્સેશન બાય સોઈલ નાઈટ્રોજન-ફિક્સિંગ બેક્ટેરિયા દ્વારા").
છોડના વિકાસ માટે નાઈટ્રોજન આવશ્યક છે, પરંતુ છોડ હવામાંથી નાઈટ્રોજનને તેઓ ઉપયોગમાં લઈ શકે તેવા સ્વરૂપમાં સીધા જ રૂપાંતરિત કરી શકતા નથી. તેના બદલે, છોડ જમીનમાં બેક્ટેરિયા દ્વારા ઉત્પાદિત એમોનિયા જેવા અકાર્બનિક નાઇટ્રોજનને શોષવા પર આધાર રાખે છે. કૃષિ ઉત્પાદન છોડની ઉત્પાદકતા વધારવા માટે નાઈટ્રોજન ધરાવતા ખાતરોના ઉપયોગ પર આધારિત છે.
"જો છોડ એવા રસાયણો ઉત્પન્ન કરી શકે જે જમીનના બેક્ટેરિયાને વાતાવરણીય નાઇટ્રોજનને ઠીક કરવા દે છે, તો અમે આમાંથી વધુ રસાયણો ઉત્પન્ન કરવા માટે છોડને એન્જિનિયર કરી શકીએ છીએ," તેમણે કહ્યું. "આ રસાયણો જમીનના બેક્ટેરિયાને નાઇટ્રોજનને ઠીક કરવા પ્રોત્સાહિત કરે છે અને છોડ પરિણામી એમોનિયમનો ઉપયોગ કરે છે, જેનાથી રાસાયણિક ખાતરોની જરૂરિયાત ઓછી થાય છે."
બ્રુમવાલ્ડની ટીમે રાસાયણિક પૃથ્થકરણ અને જીનોમિક્સનો ઉપયોગ ચોખાના છોડમાં સંયોજનો - એપિજેનિન અને અન્ય ફ્લેવોનોઈડ્સ - જે બેક્ટેરિયાની નાઈટ્રોજન-ફિક્સિંગ પ્રવૃત્તિને વધારે છે તે ઓળખવા માટે કર્યો હતો.
ત્યારબાદ તેઓએ રસાયણોના ઉત્પાદન માટેના માર્ગો ઓળખ્યા અને બાયોફિલ્મ રચનાને ઉત્તેજીત કરતા સંયોજનોના ઉત્પાદનમાં વધારો કરવા માટે CRISPR જનીન-સંપાદન તકનીકનો ઉપયોગ કર્યો. આ બાયોફિલ્મ્સમાં બેક્ટેરિયા હોય છે જે નાઈટ્રોજન ટ્રાન્સફોર્મેશનને વધારે છે. પરિણામે, બેક્ટેરિયાની નાઇટ્રોજન-ફિક્સિંગ પ્રવૃત્તિ વધે છે અને છોડને ઉપલબ્ધ એમોનિયમનું પ્રમાણ વધે છે.
સંશોધકોએ પેપરમાં લખ્યું હતું કે, "જ્યારે જમીનમાં નાઇટ્રોજન-મર્યાદિત પરિસ્થિતિઓમાં ઉગાડવામાં આવે ત્યારે સુધારેલ ચોખાના છોડમાં અનાજની ઉપજમાં વધારો જોવા મળે છે." “અમારા પરિણામો અનાજમાં જૈવિક નાઇટ્રોજન ફિક્સેશનને પ્રેરિત કરવા અને અકાર્બનિક નાઇટ્રોજન સામગ્રીને ઘટાડવાના માર્ગ તરીકે ફલેવોનોઇડ બાયોસિન્થેસિસ પાથવેની હેરફેરને સમર્થન આપે છે. ખાતરનો ઉપયોગ. વાસ્તવિક વ્યૂહરચના."
અન્ય છોડ પણ આ માર્ગનો ઉપયોગ કરી શકે છે. યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયાએ ટેક્નોલોજી પર પેટન્ટ માટે અરજી કરી છે અને હાલમાં તે તેની રાહ જોઈ રહી છે. સંશોધનને વિલ ડબલ્યુ. લેસ્ટર ફાઉન્ડેશન દ્વારા ભંડોળ પૂરું પાડવામાં આવ્યું હતું. વધુમાં, Bayer CropScience આ વિષય પર વધુ સંશોધનને સમર્થન આપે છે.
"નાઇટ્રોજન ખાતરો ખૂબ, ખૂબ ખર્ચાળ છે," બ્લુમવાલ્ડે કહ્યું. "કોઈપણ વસ્તુ જે તે ખર્ચને દૂર કરી શકે છે તે મહત્વપૂર્ણ છે. એક તરફ, તે પૈસાનો પ્રશ્ન છે, પરંતુ નાઇટ્રોજનની પર્યાવરણ પર પણ હાનિકારક અસરો છે.
લાગુ પડતા મોટાભાગના ખાતરો જમીન અને ભૂગર્ભજળમાં ભળી જાય છે. બ્લુમવાલ્ડની શોધ નાઇટ્રોજન પ્રદૂષણને ઘટાડીને પર્યાવરણને સુરક્ષિત કરવામાં મદદ કરી શકે છે. "આ એક ટકાઉ વૈકલ્પિક ખેતી પ્રથા પ્રદાન કરી શકે છે જે વધારાના નાઇટ્રોજન ખાતરનો ઉપયોગ ઘટાડશે," તેમણે કહ્યું.