Addasodd Dr Eduardo Blumwald (dde) ac Akhilesh Yadav, Ph.D., ac aelodau eraill o'u tîm ym Mhrifysgol California, Davis, reis i annog bacteria pridd i gynhyrchu mwy o nitrogen y gall planhigion ei ddefnyddio. [Trina Kleist/UC Davis]
Defnyddiodd ymchwilwyr CRISPR i beiriannu reis i annog bacteria pridd i atgyweirio'r nitrogen sydd ei angen ar gyfer eu twf. Gallai'r canfyddiadau leihau faint o wrtaith nitrogen sydd ei angen i dyfu cnydau, gan arbed biliynau o ddoleri i ffermwyr America bob blwyddyn a bod o fudd i'r amgylchedd trwy leihau llygredd nitrogen.
“Mae planhigion yn ffatrïoedd cemegol anhygoel,” meddai Dr Eduardo Blumwald, athro nodedig mewn gwyddorau planhigion ym Mhrifysgol California, Davis, a arweiniodd yr astudiaeth. Defnyddiodd ei dîm CRISPR i wella'r dadansoddiad o apigenin mewn reis. Canfuwyd bod apigenin a chyfansoddion eraill yn achosi sefydlogiad nitrogen bacteriol.
Cyhoeddwyd eu gwaith yn y cyfnodolyn Plant Biotechnology ("Mae addasu genetig biosynthesis flavonoid reis yn gwella ffurfiant biofilm a sefydlogiad nitrogen biolegol gan facteria sy'n gosod nitrogen yn y pridd").
Mae nitrogen yn hanfodol ar gyfer twf planhigion, ond ni all planhigion drawsnewid nitrogen o'r aer yn uniongyrchol i ffurf y gallant ei ddefnyddio. Yn lle hynny, mae planhigion yn dibynnu ar amsugno nitrogen anorganig, fel amonia, a gynhyrchir gan facteria yn y pridd. Mae cynhyrchu amaethyddol yn seiliedig ar ddefnyddio gwrteithiau sy'n cynnwys nitrogen i gynyddu cynhyrchiant planhigion.
“Os gall planhigion gynhyrchu cemegau sy’n caniatáu i facteria pridd sefydlogi nitrogen atmosfferig, gallwn beiriannu planhigion i gynhyrchu mwy o’r cemegau hyn,” meddai. “Mae’r cemegau hyn yn annog bacteria pridd i sefydlogi nitrogen ac mae planhigion yn defnyddio’r amoniwm canlyniadol, a thrwy hynny leihau’r angen am wrtaith cemegol.”
Defnyddiodd tîm Broomwald ddadansoddiad cemegol a genomeg i nodi cyfansoddion mewn planhigion reis - apigenin a flavonoidau eraill - sy'n gwella gweithgaredd gosod nitrogen y bacteria.
Yna fe wnaethon nhw nodi llwybrau ar gyfer cynhyrchu'r cemegau a defnyddio technoleg golygu genynnau CRISPR i gynyddu cynhyrchiant cyfansoddion sy'n ysgogi ffurfio bioffilm. Mae'r bioffilmiau hyn yn cynnwys bacteria sy'n gwella trawsnewid nitrogen. O ganlyniad, mae gweithgaredd sefydlogi nitrogen bacteria yn cynyddu ac mae faint o amoniwm sydd ar gael i'r planhigyn yn cynyddu.
“Dangosodd gwell planhigion reis gynnydd mewn cynnyrch grawn wrth eu tyfu o dan amodau pridd â chyfyngiad nitrogen,” ysgrifennodd yr ymchwilwyr yn y papur. “Mae ein canlyniadau yn cefnogi trin y llwybr biosynthesis flavonoid fel ffordd o ysgogi sefydlogiad nitrogen biolegol mewn grawn a lleihau cynnwys nitrogen anorganig. Defnydd gwrtaith. Strategaethau Go Iawn.”
Gall planhigion eraill ddefnyddio'r llwybr hwn hefyd. Mae Prifysgol California wedi gwneud cais am batent ar y dechnoleg ac yn aros amdano ar hyn o bryd. Ariannwyd yr ymchwil gan Sefydliad Will W. Lester. Yn ogystal, mae Bayer CropScience yn cefnogi ymchwil pellach ar y pwnc hwn.
“Mae gwrtaith nitrogen yn ddrud iawn, iawn,” meddai Blumwald. “Mae unrhyw beth a all ddileu’r costau hynny yn bwysig. Ar y naill law, mater o arian ydyw, ond mae nitrogen hefyd yn cael effeithiau niweidiol ar yr amgylchedd.”
Mae'r rhan fwyaf o'r gwrtaith a ddefnyddir yn cael ei golli, gan dreiddio i'r pridd a dŵr daear. Gallai darganfyddiad Blumwald helpu i warchod yr amgylchedd trwy leihau llygredd nitrogen. “Gallai hyn ddarparu arfer ffermio amgen cynaliadwy a fyddai’n lleihau’r defnydd o wrtaith nitrogen gormodol,” meddai.