Пшеница, которая сама себя «удобряет»: CRISPR открывает новую эру в сельском хозяйстве

Учёные создали пшеницу с помощью CRISPR, которая стимулирует почвенные бактерии производить натуральное удобрение. Это сократит затраты фермеров и поможет экологии.

Представьте себе пшеницу, которая сама стимулирует почвенные бактерии производить для неё натуральное удобрение. Звучит как фантастика? Однако это уже реальность благодаря работе учёных из Калифорнийского университета в Дэвисе (UC Davis).

Используя передовой инструмент генного редактирования CRISPR, они создали пшеницу, способную значительно сократить зависимость сельского хозяйства от синтетических удобрений, что сулит революцию в борьбе с загрязнением окружающей среды и повышением продовольственной безопасности.

Глобальная проблема удобрений

Азот — жизненно важный элемент для всех растений. Хотя он составляет 78% атмосферы Земли, растения не могут усваивать его непосредственно из воздуха. Эту задачу выполняют азотфиксирующие бактерии, которые «переваривают» атмосферный азот и превращают его в доступную для растений форму.

Такие культуры, как бобы и горох, естественным образом вступают в симбиоз с этими бактериями, образуя на своих корнях специальные клубеньки, где и происходит фиксация азота. Однако пшеница, кукуруза и рис — основные зерновые культуры, которые кормят человечество, — лишены этой способности. Именно поэтому мировое сельское хозяйство зависит от синтетических азотных удобрений.

Зависимость эта имеет огромную цену:

1️⃣ Экологическую: Растения усваивают лишь 30-50% внесённого азота. Остальное смывается в реки и моря, создавая «мёртвые зоны» — обширные области, лишённые кислорода и жизни. Кроме того, избыток азота в почве превращается в закись азота — мощный парниковый газ.

2️⃣ Экономическую: В 2023 году американские фермеры потратили на удобрения почти 36 миллиардов долларов. Для многих мелких фермеров в развивающихся странах такие затраты и вовсе неподъёмны.

Гениальный обходной путь

Десятилетия учёные пытались заставить злаки либо формировать клубеньки, как бобовые, либо колонизировать их азотфиксирующими бактериями. Команда UC Davis под руководством профессора Эдуардо Блюмвальда выбрала иной, более элегантный путь.

«Мы решили, что местоположение бактерий не так важно, главное, чтобы фиксированный азот достигал растения и мог им усваиваться», — объясняет Блюмвальд.

Исследователи проанализировали 2800 натуральных химических соединений, производимых растениями, и выделили 20 из них, которые способны стимулировать азотфиксирующие бактерии к образованию биоплёнок. Эти липкие оболочки создают вокруг бактерий микросреду с низким содержанием кислорода — необходимое условие для работы их ключевого фермента, нитрогеназы.

Сосредоточившись на одном из таких соединений — флавое апгенине, — учёные с помощью CRISPR отредактировали гены пшеницы, чтобы та производила его в большем количестве. Избыток апгенина выделяется корнями в почву, где он действует как сигнал для бактерий: «Стройте биоплёнки и производите азот!»

Многообещающие результаты и светлое будущее

Эксперименты подтвердили успех подхода. В условиях крайне низкого содержания азота в почве генетически модифицированная пшеница не только выжила, но и показала более высокую урожайность по сравнению с обычными растениями.

Потенциал этой технологии колоссален.

➡️ Для экологии: Массовое сокращение использования синтетических удобрений означает меньше загрязнённых водоёмов и меньше парниковых газов.

➡️ Для экономики: Профессор Блюмвальд подсчитывает, что даже 10%-ная экономия удобрений на посевах зерновых в США может сэкономить более миллиарда долларов ежегодно.

➡️ Для продовольственной безопасности: Эта технология может кардинально изменить жизнь мелких фермеров в Африке и других развивающихся регионах, которые не могут позволить себе удобрения. «Представьте, вы сажаете культуры, которые сами стимулируют бактерии в почве создавать нужное им удобрение. Это огромная разница!» — восклицает Блюмвальд.

Новая пшеница — не первое достижение команды; ранее аналогичный успех был достигнут с рисом. Работа продолжается, и в будущем метод может быть распространён и на другие ключевые культуры. Университет Калифорнии уже подал заявку на патент, открывая дорогу для внедрения этого прорыва в мировое сельское хозяйство.

Наступает эра, когда самые важные культуры мира научатся самостоятельно договариваться с природой о своём пропитании.

Создано: 25.11.2025 07:10:23