Peneliti di University of California, Davis, telah mengembangkan tanaman gandum menggunakan pengeditan gen CRISPR untuk mempromosikan fiksasi nitrogen alami oleh bakteri tanah. Inovasi ini meningkatkan produksi apigenin tanaman, senyawa yang mendorong bakteri membentuk biofilm pelindung dan mengubah nitrogen atmosfer menjadi bentuk yang dapat digunakan. Terobosan ini menjanjikan pengurangan penggunaan pupuk, polusi yang lebih rendah, dan hasil panen yang lebih tinggi bagi petani di seluruh dunia.
Pengembangan ini berasal dari pekerjaan yang dipimpin oleh Eduardo Blumwald, profesor terhormat di Departemen Ilmu Tanaman UC Davis. Tim memeriksa 2.800 bahan kimia yang diproduksi secara alami oleh tanaman dan mengidentifikasi 20 yang dapat merangsang bakteri penambat nitrogen untuk membentuk biofilm—lapisan lengket rendah oksigen yang esensial bagi enzim nitrogenase untuk berfungsi. Menggunakan CRISPR, mereka meningkatkan sintesis apigenin gandum, sebuah flavone, yang menyebabkan pelepasannya ke tanah di mana memicu aktivitas bakteri.
Dalam eksperimen, gandum heksaploid yang dimodifikasi menunjukkan hasil biji yang lebih baik dalam kondisi nitrogen rendah dibandingkan tanaman tidak dimodifikasi. Penelitian ini, yang dirinci dalam studi 2025 di Plant Biotechnology Journal, membangun kesuksesan sebelumnya dengan padi dan bertujuan memperluas pendekatan ke sereal lain.
Gandum mengonsumsi sekitar 18% pupuk nitrogen dunia, dengan lebih dari 800 juta ton diproduksi secara global pada 2020, menurut Organisasi Pangan dan Pertanian Perserikatan Bangsa-Bangsa. Namun, tanaman hanya menyerap 30% hingga 50% pupuk yang diaplikasikan, sisanya meresap ke badan air membentuk zona mati atau memancarkan nitrous oxide, gas rumah kaca.
Blumwald menyoroti potensi untuk wilayah berkembang: "Di Afrika, orang tidak menggunakan pupuk karena tidak punya uang, dan lahan pertanian kecil, tidak lebih dari enam hingga delapan hektar," katanya. "Bayangkan, Anda menanam tanaman yang merangsang bakteri di tanah untuk menciptakan pupuk yang dibutuhkan tanaman, secara alami. Wow! Itu perbedaan besar!"
Di AS, petani menghabiskan hampir 36 miliar dolar AS untuk pupuk pada 2023, menurut USDA. Blumwald memperkirakan penghematan konservatif lebih dari 1 miliar dolar per tahun jika 10% penggunaan pupuk pada 500 juta hektar sereal dapat dipangkas. University of California memiliki paten tertunda, dengan dana dari Bayer Crop Science dan UC Davis Will Lester Endowment. Penulis bersama termasuk Hiromi Tajima, Akhilesh Yadav, Javier Hidalgo Castellanos, Dawei Yan, Benjamin P. Brookbank, dan Eiji Nambara.