エドゥアルド・ブルムワルド博士（右）とアキレシュ・ヤダフ博士、およびカリフォルニア大学デービス校のチームの他のメンバーは、土壌バクテリアが植物が利用できるより多くの窒素を生成するのを促すために米を改良した。[トリーナ・クライスト/UCデイビス]
研究者らはCRISPRを利用して、土壌バクテリアが成長に必要な窒素を固定できるようにイネを操作した。この発見により、作物の栽培に必要な窒素肥料の量が削減され、米国の農家が毎年数十億ドルを節約し、窒素汚染を減らすことで環境に利益をもたらす可能性がある。
「植物は驚くべき化学工場です」と、この研究を主導したカリフォルニア大学デービス校の植物科学の著名教授エドゥアルド・ブルムワルド博士は述べた。彼のチームは CRISPR を使用して、米のアピゲニンの分解を強化しました。彼らは、アピゲニンと他の化合物が細菌の窒素固定を引き起こすことを発見しました。
彼らの研究は、ジャーナル Plant Biotechnology に掲載されました (「イネのフラボノイド生合成の遺伝子改変により、土壌窒素固定細菌によるバイオフィルム形成と生物学的窒素固定が強化される」)。
窒素は植物の成長に不可欠ですが、植物は空気中の窒素を利用できる形に直接変換することができません。その代わりに、植物は土壌中の細菌によって生成されるアンモニアなどの無機窒素の吸収に依存しています。農業生産は、植物の生産性を高めるために窒素含有肥料の使用に基づいています。
「土壌細菌が大気中の窒素を固定できるようにする化学物質を植物が生産できれば、植物を操作してこれらの化学物質をより多く生産できるようになります」と同氏は述べた。「これらの化学物質は土壌バクテリアによる窒素の固定を促し、植物はその結果得られるアンモニウムを利用するため、化学肥料の必要性が減ります。」
ブルームウォルド氏のチームは、化学分析とゲノミクスを利用して、細菌の窒素固定活性を高めるイネの化合物（アピゲニンやその他のフラボノイド）を特定した。
次に、彼らは化学物質を生成する経路を特定し、CRISPR 遺伝子編集技術を使用してバイオフィルムの形成を刺激する化合物の生成を増加させました。これらのバイオフィルムには、窒素変換を促進する細菌が含まれています。その結果、細菌の窒素固定活性が増加し、植物が利用できるアンモニウムの量が増加します。
「改良されたイネは、土壌窒素制限条件下で栽培すると穀粒収量が増加することが示された」と研究者らは論文に書いている。「私たちの結果は、穀物中の生物学的窒素固定を誘導し、無機窒素含有量を減らす方法としてフラボノイド生合成経路を操作することを裏付けています。肥料の使用。本当の戦略。」
他の植物もこのルートを使用できます。カリフォルニア大学はこの技術に関する特許を申請しており、現在特許を待っているところだ。この研究はウィル・W・レスター財団から資金提供を受けました。さらに、バイエル クロップサイエンスは、このテーマに関するさらなる研究をサポートしています。
「窒素肥料は非常に高価です」とブルムワルド氏は言う。「こうしたコストを削減できるものはすべて重要です。お金の問題である一方で、窒素は環境に悪影響を及ぼします。」
施肥した肥料のほとんどは失われ、土壌や地下水に浸透します。ブルームワルド氏の発見は、窒素汚染を軽減することで環境保護に役立つ可能性がある。「これにより、過剰な窒素肥料の使用を削減する持続可能な代替農業実践が提供される可能性があります」と彼は述べた。