W badaniu opublikowanym wPostępowanie Narodowej Akademii Nauknaukowcy z Uniwersytetu Stanowego Utah i ich międzynarodowi współpracownicy przedstawili nowe odkrycia, które mogą znacząco przyspieszyć inżynierię genetyczną wiązania azotu w uprawach spożywczych. Zespół kierowany przez biochemików Lance'a Seefeldta i Zhi-Yong Yanga odkrył uproszczoną metodę obejmującą zaledwie siedem kluczowych genów, które umożliwiają uprawom zbóż, takim jak kukurydza i ryż, przekształcanie azotu atmosferycznego w przydatne składniki odżywcze.
Historycznie rzecz biorąc, azot niezbędny do wzrostu roślin był dostarczany za pomocą nawozów syntetycznych, a metoda w dużym stopniu opierała się na procesie Habera-Boscha opracowanym ponad sto lat temu. Proces ten, choć skutecznie zwiększa globalną produkcję żywności, wymaga znacznych nakładów na paliwa kopalne i wywiera znaczny wpływ na środowisko. Z drugiej strony zdolność roślin do wiązania azotu z powietrza przy użyciu samego światła słonecznego może radykalnie zmniejszyć zapotrzebowanie na nawozy chemiczne i złagodzić związaną z tym emisję dwutlenku węgla.
Seefeldt i Yang, współpracując z naukowcami z Politechniki w Madrycie i Uniwersytetu Carnegie Mellon, skupili się na integracji genów wiążących azot z mitochondriami i chloroplastami roślinnymi. Takie podejście umożliwiłoby roślinom niezależną produkcję nawozów, potencjalnie zmieniając praktyki rolnicze, zwłaszcza w regionach takich jak Afryka Subsaharyjska, gdzie dostęp do nawozów syntetycznych jest ograniczony.
Przełom dotyczy także rolnictwa kosmicznego, wspierając długoterminowe misje i potencjalne wysiłki kolonizacyjne poprzez zapewnienie zrównoważonej metody uprawy roślin w środowiskach pozaziemskich.
Ponieważ świat zmaga się z podwójnymi wyzwaniami, takimi jak zmiana klimatu i rosnące zapotrzebowanie na żywność, badania te oferują obiecującą drogę w kierunku bardziej zrównoważonych i odpornych systemów rolniczych. Trwające prace zespołu mają na celu dalsze udoskonalenie kombinacji genetycznych niezbędnych do skutecznego wiązania azotu w roślinach, mając na celu zaaranżowanie pełnej symfonii aktywności genetycznej w celu optymalnej syntezy składników odżywczych.
