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 drwsio'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 Americanaidd 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 chwalfa apigenin mewn reis. Fe wnaethant ddarganfod bod apigenin a chyfansoddion eraill yn achosi sefydlogi nitrogen bacteriol.
Cyhoeddwyd eu gwaith yn y cyfnodolyn Plant Biotechnology (“Genetic modification of rice flavonoid biosynthesis enhances biofilm formation and biological nitrogen fixation by soil nitrogen-fixing bacteria”).
Mae nitrogen yn hanfodol ar gyfer twf planhigion, ond ni all planhigion drosi nitrogen o'r awyr yn uniongyrchol i ffurf y gallant ei defnyddio. 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 drwsio nitrogen atmosfferig, gallwn beiriannu planhigion i gynhyrchu mwy o’r cemegau hyn,” meddai. “Mae’r cemegau hyn yn annog bacteria pridd i drwsio nitrogen ac mae planhigion yn defnyddio’r amoniwm sy’n deillio o hynny, gan leihau’r angen am wrteithiau cemegol.”
Defnyddiodd tîm Broomwald ddadansoddiad cemegol a genomeg i nodi cyfansoddion mewn planhigion reis – apigenin a flavonoidau eraill – sy'n gwella gweithgaredd trwsio nitrogen y bacteria.
Yna fe wnaethon nhw nodi llwybrau ar gyfer cynhyrchu'r cemegau a defnyddio technoleg golygu genynnau CRISPR i gynyddu cynhyrchiad cyfansoddion sy'n ysgogi ffurfio bioffilm. Mae'r bioffilmiau hyn yn cynnwys bacteria sy'n gwella trawsnewid nitrogen. O ganlyniad, mae gweithgaredd trwsio nitrogen bacteria yn cynyddu ac mae faint o amoniwm sydd ar gael i'r planhigyn yn cynyddu.
“Dangosodd planhigion reis wedi’u gwella gynnyrch grawn uwch pan gawsant eu tyfu o dan amodau cyfyngedig o nitrogen yn y pridd,” ysgrifennodd yr ymchwilwyr yn y papur. “Mae ein canlyniadau’n cefnogi trin y llwybr biosynthesis flavonoid fel ffordd o ysgogi sefydlogiad nitrogen biolegol mewn grawn a lleihau cynnwys nitrogen anorganig. Defnyddio gwrtaith. Strategaethau Go Iawn.”
Gall planhigion eraill hefyd ddefnyddio'r llwybr hwn. Mae Prifysgol California wedi gwneud cais am batent ar y dechnoleg ac mae'n aros amdano ar hyn o bryd. Ariannwyd yr ymchwil gan Sefydliad Will W. Lester. Yn ogystal, mae Bayer CropScience yn cefnogi ymchwil bellach ar y pwnc hwn.
“Mae gwrteithiau nitrogen yn ddrud iawn, iawn,” meddai Blumwald. “Mae unrhyw beth a all ddileu’r costau hynny yn bwysig. Ar y naill law, mae’n gwestiwn o arian, ond mae gan nitrogen effeithiau niweidiol ar yr amgylchedd hefyd.”
Mae'r rhan fwyaf o'r gwrteithiau a roddir yn cael eu colli, gan dreiddio i'r pridd a'r dŵr daear. Gallai darganfyddiad Blumwald helpu i amddiffyn yr amgylchedd trwy leihau llygredd nitrogen. “Gallai hyn ddarparu arfer ffermio amgen cynaliadwy a fyddai'n lleihau'r defnydd o wrtaith nitrogen gormodol,” meddai.