ડૉ. એડ્યુઆર્ડો બ્લમવાલ્ડ (જમણે) અને અખિલેશ યાદવ, પીએચ.ડી., અને યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયા, ડેવિસ ખાતે તેમની ટીમના અન્ય સભ્યોએ, માટીના બેક્ટેરિયાને વધુ નાઇટ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા માટે પ્રોત્સાહિત કરવા માટે ચોખામાં ફેરફાર કર્યો જે છોડ વાપરી શકે. [ટ્રિના ક્લેઇસ્ટ/યુસી ડેવિસ]
સંશોધકોએ CRISPR નો ઉપયોગ કરીને ચોખાને એન્જિનિયરિંગ કર્યું જેથી માટીના બેક્ટેરિયા તેમના વિકાસ માટે જરૂરી નાઇટ્રોજનને ઠીક કરી શકે. આ તારણો પાક ઉગાડવા માટે જરૂરી નાઇટ્રોજન ખાતરની માત્રા ઘટાડી શકે છે, જેનાથી અમેરિકન ખેડૂતોને દર વર્ષે અબજો ડોલરની બચત થઈ શકે છે અને નાઇટ્રોજન પ્રદૂષણ ઘટાડીને પર્યાવરણને ફાયદો થઈ શકે છે.
"છોડ અદ્ભુત રાસાયણિક ફેક્ટરીઓ છે," યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયા, ડેવિસ ખાતે પ્લાન્ટ સાયન્સના પ્રતિષ્ઠિત પ્રોફેસર ડૉ. એડ્યુઆર્ડો બ્લમવાલ્ડે જણાવ્યું હતું, જેમણે આ અભ્યાસનું નેતૃત્વ કર્યું હતું. તેમની ટીમે ચોખામાં એપિજેનિનના ભંગાણને વધારવા માટે CRISPR નો ઉપયોગ કર્યો. તેમને જાણવા મળ્યું કે એપિજેનિન અને અન્ય સંયોજનો બેક્ટેરિયલ નાઇટ્રોજન ફિક્સેશનનું કારણ બને છે.
તેમનું કાર્ય પ્લાન્ટ બાયોટેકનોલોજી જર્નલમાં પ્રકાશિત થયું હતું ("ચોખાના ફ્લેવોનોઇડ બાયોસિન્થેસિસનું આનુવંશિક ફેરફાર માટીના નાઇટ્રોજન-ફિક્સિંગ બેક્ટેરિયા દ્વારા બાયોફિલ્મ રચના અને જૈવિક નાઇટ્રોજન ફિક્સેશનને વધારે છે").
નાઇટ્રોજન છોડના વિકાસ માટે જરૂરી છે, પરંતુ છોડ હવામાંથી નાઇટ્રોજનને સીધા જ એવા સ્વરૂપમાં રૂપાંતરિત કરી શકતા નથી જેનો તેઓ ઉપયોગ કરી શકે. તેના બદલે, છોડ જમીનમાં બેક્ટેરિયા દ્વારા ઉત્પાદિત અકાર્બનિક નાઇટ્રોજન, જેમ કે એમોનિયા, શોષવા પર આધાર રાખે છે. કૃષિ ઉત્પાદન છોડની ઉત્પાદકતા વધારવા માટે નાઇટ્રોજન ધરાવતા ખાતરોના ઉપયોગ પર આધારિત છે.
"જો છોડ એવા રસાયણો ઉત્પન્ન કરી શકે છે જે માટીના બેક્ટેરિયાને વાતાવરણીય નાઇટ્રોજનને ઠીક કરવા દે છે, તો આપણે છોડને આ રસાયણોનું વધુ ઉત્પાદન કરવા માટે એન્જિનિયર કરી શકીએ છીએ," તેમણે કહ્યું. "આ રસાયણો માટીના બેક્ટેરિયાને નાઇટ્રોજનને ઠીક કરવા માટે પ્રોત્સાહિત કરે છે અને છોડ પરિણામી એમોનિયમનો ઉપયોગ કરે છે, જેનાથી રાસાયણિક ખાતરોની જરૂરિયાત ઓછી થાય છે."
બ્રૂમવાલ્ડની ટીમે ચોખાના છોડમાં રહેલા સંયોજનો - એપિજેનિન અને અન્ય ફ્લેવોનોઇડ્સ - ઓળખવા માટે રાસાયણિક વિશ્લેષણ અને જીનોમિક્સનો ઉપયોગ કર્યો - જે બેક્ટેરિયાની નાઇટ્રોજન-ફિક્સિંગ પ્રવૃત્તિને વધારે છે.
ત્યારબાદ તેઓએ રસાયણોના ઉત્પાદન માટેના માર્ગો ઓળખ્યા અને બાયોફિલ્મ રચનાને ઉત્તેજીત કરતા સંયોજનોના ઉત્પાદનમાં વધારો કરવા માટે CRISPR જનીન-સંપાદન તકનીકનો ઉપયોગ કર્યો. આ બાયોફિલ્મમાં એવા બેક્ટેરિયા હોય છે જે નાઇટ્રોજન પરિવર્તનને વધારે છે. પરિણામે, બેક્ટેરિયાની નાઇટ્રોજન-ફિક્સિંગ પ્રવૃત્તિ વધે છે અને છોડને ઉપલબ્ધ એમોનિયમનું પ્રમાણ વધે છે.
"જમીનમાં નાઇટ્રોજન-મર્યાદિત પરિસ્થિતિઓમાં ઉગાડવામાં આવતા સુધારેલા ચોખાના છોડમાં અનાજની ઉપજમાં વધારો જોવા મળ્યો," સંશોધકોએ પેપરમાં લખ્યું. "અમારા પરિણામો અનાજમાં જૈવિક નાઇટ્રોજન ફિક્સેશનને પ્રેરિત કરવા અને અકાર્બનિક નાઇટ્રોજનનું પ્રમાણ ઘટાડવા માટે ફ્લેવોનોઇડ બાયોસિન્થેસિસ માર્ગના મેનીપ્યુલેશનને સમર્થન આપે છે. ખાતરનો ઉપયોગ. વાસ્તવિક વ્યૂહરચનાઓ."
અન્ય છોડ પણ આ માર્ગનો ઉપયોગ કરી શકે છે. કેલિફોર્નિયા યુનિવર્સિટીએ આ ટેકનોલોજી પર પેટન્ટ માટે અરજી કરી છે અને હાલમાં તેની રાહ જોઈ રહી છે. આ સંશોધનને વિલ ડબલ્યુ. લેસ્ટર ફાઉન્ડેશન દ્વારા ભંડોળ પૂરું પાડવામાં આવ્યું હતું. વધુમાં, બેયર ક્રોપસાયન્સ આ વિષય પર વધુ સંશોધનને સમર્થન આપે છે.
"નાઇટ્રોજન ખાતરો ખૂબ જ મોંઘા હોય છે," બ્લમવાલ્ડે કહ્યું. "એ ખર્ચને દૂર કરી શકે તેવી કોઈપણ વસ્તુ મહત્વપૂર્ણ છે. એક તરફ, તે પૈસાનો પ્રશ્ન છે, પરંતુ નાઇટ્રોજન પર્યાવરણ પર પણ હાનિકારક અસરો ધરાવે છે."
મોટાભાગના ઉપયોગમાં લેવાતા ખાતરો ખોવાઈ જાય છે, જે જમીન અને ભૂગર્ભજળમાં ભળી જાય છે. બ્લુમવાલ્ડની શોધ નાઇટ્રોજન પ્રદૂષણ ઘટાડીને પર્યાવરણને સુરક્ષિત કરવામાં મદદ કરી શકે છે. "આ એક ટકાઉ વૈકલ્પિક ખેતી પદ્ધતિ પ્રદાન કરી શકે છે જે વધારાના નાઇટ્રોજન ખાતરનો ઉપયોગ ઘટાડશે," તેમણે કહ્યું.