Een stap dichter bij een droom van het kweken van een zelfbevruchtende plant

Meststof vereist veel energie om te produceren, wordt inefficiënt opgenomen door planten, en afvoer kan waterwegen vervuilen. Maar wat als planten gewoon hun eigen mest zouden kunnen produceren? Dat is een vraag die veel wetenschappers proberen te beantwoorden, en nieuw onderzoek van de Washington University in St. Louis heeft een belangrijke stap in dat doel gezet.

Een van de meest veelbelovende wegen in deze arena zijn de zogenaamde stikstofbindende bacteriën. Het hoofdbestanddeel is dat de meeste meststoffen stikstof zijn, welke planten moeten groeien. Stikstof is overal in de atmosfeer van de aarde, maar het planten hebben wat extra hulp nodig om het te grijpen en om te zetten in een vorm die de planten kunnen gebruiken. De verwerking van het bruikbaar maken van stikstof heet “stikstoffixatie, ” en het wordt meestal gedaan door bacteriën. Er zijn tal van bacteriën in de bodem die dit doen, stikstof produceren voor planten om op te zuigen, maar moderne gewassen zijn zo hongerig naar stikstof dat de bacteriën het niet kunnen bijhouden en hun inspanningen moeten worden aangevuld met op stikstof gebaseerde mest.

Bodembacteriën hebben het voordeel dat ze hun stikstof vastleggen zonder tussenkomst van zuurstof, waarvan de aanwezigheid die inspanning normaal zou belemmeren. Er is één type bacterie, Cyanothece, die erin slaagt om zowel fotosynthese uit te voeren als stikstof te fixeren.

Hoe doet Cyanothece dit? De onderzoekers ontdekten dat de bacterie op een circadiaans ritme werkt, net als mensen. Het voert overdag fotosynthese uit, en ademt dan de zuurstof uit, waardoor het 's nachts stikstof kan fixeren. De volgende stap was kijken of dit vermogen met succes kon worden overgedragen naar andere organismen.

Ze slaagden erin om enkele genen van Cyanothece te nemen en ze in een bacterie te steken die van nature niet het vermogen heeft om stikstof te binden. Dankzij het begrip van het circadiane ritme, ze slaagden en eindigden met een belangrijke eerste stap naar zelfbevruchtende planten:een organisme dat genetisch is gemanipuleerd om stikstof te binden.

“Het bouwen van stikstofbindende planten is een grote uitdaging in de landbouw en het zal enige tijd duren om deze droom te verwezenlijken. In samenwerking met andere plantenwetenschappers, we zullen vervolgens proberen onze cyanobacteriële engineeringbenadering in vaatplanten te emuleren, ” schrijft Himadri Pakrasi, de hoofdauteur van het onderzoek, in een e-mail. Maar hé, als wetenschappers dit vermogen aan willekeurige bacteriën kunnen geven, waarom niet naar maïs?