طور باحثون في جامعة كاليفورنيا، ديفيس، نباتات قمح باستخدام تحرير الجينات CRISPR لتعزيز تثبيت النيتروجين الطبيعي بواسطة بكتيريا التربة. تعزز هذه الابتكار إنتاج النبات للأبيجينين، وهو مركب يشجع البكتيريا على تشكيل أغشية حيوية واقية وتحويل النيتروجين الجوي إلى شكل قابل للاستخدام. يعد هذا الاختراق بتقليل استخدام الأسمدة وانخفاض التلوث وزيادة المحاصيل للمزارعين في جميع أنحاء العالم.
يأتي التطوير من عمل بقيادة إدواردو بلوموالد، أستاذ مميز في قسم علوم النبات بجامعة كاليفورنيا ديفيس. فحص الفريق 2800 مادة كيميائية تنتجها النباتات طبيعيًا وحدد 20 مادة يمكنها تحفيز البكتيريا المثبتة للنيتروجين على إنشاء أغشية حيوية—طلاءات لزجة منخفضة الأكسجين ضرورية لعمل إنزيم النيتروجيناز. باستخدام CRISPR، عززوا تخليق القمح للأبيجينين، وهو فلافون، مما يؤدي إلى إطلاقه في التربة حيث يثير النشاط البكتيري.
في التجارب، أظهر القمح السداسي المعدل تحسناً في إنتاج الحبوب تحت ظروف منخفضة النيتروجين مقارنة بالنباتات غير المعدلة. البحث، المفصل في دراسة لعام 2025 في Plant Biotechnology Journal، يبني على النجاح السابق مع الأرز ويهدف إلى توسيع النهج إلى حبوب أخرى.
يستهلك القمح حوالي 18% من أسمدة النيتروجين العالمية، مع إنتاج أكثر من 800 مليون طن عالميًا في عام 2020، وفقًا لمنظمة الأغذية والزراعة التابعة للأمم المتحدة. ومع ذلك، تمتص النباتات فقط 30% إلى 50% من السماد المطبق، بينما يتسرب الباقي إلى الممرات المائية لتشكيل مناطق ميتة أو يصدر أكسيد النيتروز، وهو غاز دفيئة.
أبرز بلوموالد الإمكانيات للمناطق النامية: «في أفريقيا، لا يستخدم الناس الأسمدة لأنهم لا يملكون المال، والمزارع صغيرة، لا تتجاوز ستة إلى ثمانية أفدنة»، قال. «تخيل، أنت تزرع محاصيل تحفز البكتيريا في التربة على إنشاء السماد الذي تحتاجه المحاصيل، طبيعيًا. واو! هذا فرق كبير!»
في الولايات المتحدة، أنفق المزارعون ما يقرب من 36 مليار دولار على الأسمدة في عام 2023، وفقًا لوزارة الزراعة الأمريكية. قدر بلوموالد توفيرات محافظة تزيد عن مليار دولار سنويًا إذا تم تقليل 10% من استخدام الأسمدة على 500 مليون فدان من الحبوب. لدى جامعة كاليفورنيا براءة اختراع معلقة، مع تمويل من Bayer Crop Science ووقفة UC Davis Will Lester. يشمل المؤلفون المشاركون Hiromi Tajima، Akhilesh Yadav، Javier Hidalgo Castellanos، Dawei Yan، Benjamin P. Brookbank، وEiji Nambara.