Közelebb kerültünk a nitrogén megkötésére képes növényekhez

A jövőben a növények képesek lehetnek majd elkészíteni a saját trágyájukat. A gazdáknak így nem kell majd műtrágyát venniük és szétteríteniük a növényeik körül. A technológia által ígért termés-gyarapodás több milliárd embernek segíthet világszerte.

Ez ma még tudományos-fantasztikumnak hangzik, azonban a Washington Egyetem tudósainak új kutatása arra jutott, hogy rövid időn belül lehetséges lehet úgy módosítani a növényeket, hogy azok képesek legyenek előállítani a növekedésükhöz szükséges trágya anyagait. Ez a felfedezés forradalmasíthatja a mezőgazdaságot és rendkívüli javulást hozhat a ma éhínségek sújtotta területeken élő emberek életében és egészségében is.

A műtrágyák elkészítése egy energiaigényes folyamat, ami üvegházhatást okozó gázok kibocsátásával jár – így a klímaváltozásban is szerepe lehet. A folyamat másik igen jelentős problémája, hogy nem túl jó a hatásfoka. A trágyák szerepe abban van, hogy nitrogént juttassanak a növényekbe, melyből ők a fotoszintézisükhöz szükséges klorofillt állítják elő. Viszont a ma forgalomban lévő műtrágyák csupán a bennük lévő nitrogén 40 százalékát juttatják el a növényeknek.

Miután megtrágyázták a növényeket, a gazdáknak még egy problémával szembe kell nézniük; mégpedig azzal, hogy a heves esőzések kimoshatják a nitrogénvegyületeket a talajból – melyek ha élővizekbe kerülnek, algaburjánzást is okozhatnak, megölve a vizekben élő állatokat és növényeket.

Azonban egy hatalmas nitrogénforrás vesz minket körül. A Föld légkörének 78%-át alkotja nitrogén és a kutatóknak most sikerült genetikailag módosítani egy baktériumot, hogy az képes legyen megkötni a levegőben lévő nitrogént – ezzel egy hatalmas előrelépést hozva abban, hogy a növényeket is képessé tudjuk tenni erre.

Amíg a növények között nincsenek olyan fajok melyek képesek lennének a nitrogén megkötésére, addig a cianobaktériumok – melyeket korábban tévesen növényeknek gondoltak – bizonyos fajtái képesek erre. A cianobaktériumok még úgy is képesek erre, hogy a fotoszintézis során felszabaduló oxigén megzavarja a nitrogén megkötésének folyamatát.

A kísérletben használt Cyanothece baktériumok azért képesek a nitrogén megkötésére, mivel rendelkeznek valamivel, ami bennünk is megtalálható.

“A cianobaktériumok az egyetlen baktérium törzs, amely rendelkezik cirkadián ritmussal,” mondta Himadri Pakrasi, a kutatás vezetője.

A Cyanothece baktériumok a nap folyamán a napfény felhasználásával kémiai energiát termelnek, amit az éjszaka folyamán részben a nitrogén megkötésére használnak – miután már eltűnt a nap folyamán termelt oxigén.

A kutatócsapat most arra volt kíváncsi, hogy képesek e kivenni a Cyanothece génjeit – ami ezért a cirkadián ritmusért felelősek – és átültetni azokat egy másik cianobaktériumba, a Synechocystis baktériumokba, hogy kiderítsék képessé válnak e a levegőben lévő nitrogén megkötésére.

Hogy kiderítsék mely gének felelősek a cirkadián ritmusért, a kutatók a gének aktivitását különböző napszakokban vizsgálták. Ennek köszönhetően sikerült azonosítaniuk 35 olyan gént, melyek csak éjszaka aktiválódtak, míg nappal nem csináltak semmit.

A kutatók eredményei szerint a módosított Synechocystis baktériumok képesek voltak a Cyanothece baktériumok nitrogén megkötését imitálni, viszont mindössze 2 százalékos hatásfokkal. Azonban a dolgok sokkal érdekesebbé váltak, amikor Deng Liu, a projekten dolgozó egyik kutató, elkezdte megvizsgálni, hogy mi történik akkor, hogyha eltávolítanak bizonyos géneket. Eredményei szerint mindössze 24 génnel a nitrogén megkötés már 30 százalékos volt – ami már igen jelentős eredménynek mondható.

További kísérletek során megmutatták, hogy ha egy kis mennyiségű oxigént adnak a baktériumkolóniákhoz, akkor a vártnak megfelelően lényegesen csökken a nitrogén megkötési képességük. Azonban más Cyanothece baktérium gének hozzáadásával mérsékelni tudták az oxigén hatását – ami így is alacsonyabb volt az oxigén mentes környezethez viszonyítva.

“Ez azt jelenti, hogy a tervünk megvalósítható,” mondta Pakrasi. “Azt kell, hogy mondjam ez az eredmény túl mutat a várakozásaimon.”

A kutatás következő lépése az lesz, hogy a csapat még mélyebben bele merül a folyamatba, hogy meghatározzák pontosan az egyes gének szerepét a nitrogén megkötésben. Ezt követően a csapat növénykutatókkal tervez közreműködni, hogy az eredményeiket a növényekbe is át tudják ültetni.

A levegő nitrogéntartalmat hasznosító növények kiemelten a megélhetési gazdáknak fognak kedvezni – világszerte megközelítőlegesen 800 millió fő. A megemelkedett terméshozam a családok mellet a közösségek fejlődését is elősegítheti és a gazdákat is felszabadítja, mivel ezután már nem kell manuálisan trágyázniuk a földeket.

Forrás: mbio.asm.org

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.