Espressione di OsNifH Ht derivato dal riso e OsNifM Av . Livelli di espressione relativa dell'mRNA di OsnifH Ht e OsnifM Av in tre diverse linee di piante di riso (a) e le corrispondenti linee di callo (b) (replicazioni biologiche indipendenti). I dati (normalizzati all'mRNA di OsActin) sono mezzi ± SD (n = 3 repliche tecniche). Analisi immunoblot di estratti proteici solubili da foglie di riso (c) e callo (d) sondati con anticorpi contro NifH, NifM e Strep-tag. Gli anticorpi contro RuBisCO sono stati utilizzati come controllo del carico per le linee di impianto. La colorazione Ponceau è stata utilizzata come controllo del carico per gli estratti di callo a causa della bassa espressione di RuBisCO. La corsia Ctrl mostra il callo e le linee vegetali non trasformati. e Espressione stabile di OsNifH Ht nella generazione di segregazione T1 della linea di piante di riso HtH200. Estratto proteico da callo che esprime OsNifH Ht (riga HtH206) è stato utilizzato come controllo positivo (Pos ctrl). Gli immunoblot non ritagliati sono mostrati nelle Figg. 6–10. f Fenotipo di OsNifH Ht esprimendo la progenie T1 che mostra una crescita e uno sviluppo normali. Credito:Biologia delle comunicazioni (2022). DOI:10.1038/s42003-022-03921-9
I ricercatori del Centro di biotecnologia e genomica vegetale (CBGP, UPM-INIA), in collaborazione con l'Università di Lleida-Agrotecnio e l'Istituto catalano per la ricerca e gli studi avanzati (ICREA), sono riusciti a produrre i primi cereali transgenici che esprimono due componenti chiave della nitrogenasi, l'enzima che fissa l'azoto atmosferico convertendolo in ammoniaca.
Ciascun componente è stato prodotto in una linea di piante transgeniche separata e ha dimostrato di essere biologicamente attivo in vitro o in piante viventi. Queste piante transgeniche non possono ancora fissare il proprio azoto perché sono necessari componenti aggiuntivi per ricostruire l'enzima nitrogenasi completo, ma il lavoro è comunque rivoluzionario perché dimostra per la prima volta che è possibile esprimere queste proteine altamente sensibili all'ossigeno in modo stabile nelle piante, e che le proteine mantengano le loro attività.
Le colture richiedono azoto per la crescita e la produttività perché è un componente importante del DNA, delle proteine, della clorofilla e delle molecole di accumulo di energia come l'adenosina trifosfato (ATP). La maggior parte delle colture dipende dall'approvvigionamento di nitrato e ammonio da fertilizzanti sintetici industriali, ma più della metà di questi input rimane non assimilato, si riversa o si riversa in fiumi e laghi come una delle principali fonti di inquinamento.
Le leguminose come piselli e fagioli ospitano batteri che convertono l'azoto gassoso direttamente in ammoniaca utilizzando un enzima chiamato nitrogenasi. Questo processo è noto come fissazione biologica dell'azoto. L'introduzione dei geni della nitrogenasi nelle piante coltivate fornirebbe i macchinari necessari per fissare l'azoto in modo indipendente. Tuttavia, il processo è estremamente complesso perché molte diverse proteine individuali sono richieste non solo come componenti strutturali diretti della nitrogenasi, ma anche proteine accessorie necessarie per il suo assemblaggio e la fornitura di energia. Anche i principali componenti proteici sono estremamente sensibili all'ossigeno.
I ricercatori hanno superato questo collo di bottiglia critico producendo la dinitrogenasi reduttasi funzionale (proteina Fe, NifH) e il cofattore della nitrogenasi maturasi (NifB) in linee di riso transgeniche separate. La ricerca sull'espressione della nitrogenasi viene solitamente condotta su piante modello di laboratorio. Tuttavia, concentrandosi sul riso, un'importante coltura di base che fornisce la principale o unica fonte di calorie per oltre 2,5 miliardi di persone nei paesi in via di sviluppo, l'importanza e l'impatto dei risultati degli studi sono notevolmente aumentati.
Il ricercatore principale del progetto, il dottor Luis Rubio, afferma:"Questo è un importante progresso della bioingegneria in quanto abbatte due ostacoli tecnici e mostra il percorso per produrre cereali che fissano l'azoto". Il risultato rimuove uno dei principali vincoli che ostacolano la fissazione dell'azoto biologico nelle colture e pone le basi per l'assemblaggio di un complesso di nitrogenasi completo e funzionale nelle piante.
Ulteriori lavori per creare impianti contenenti la nitrogenasi completa avrebbero un impatto duraturo sulla sicurezza alimentare globale. Il Dr. Paul Christou, professore di ricerca dell'ICREA e responsabile del progetto presso l'Università di Lleida-Agrotecnio Center, afferma:"Uno dei maggiori impatti del lavoro a lungo termine sarà nei paesi a basso e medio reddito, che non possono permettersi costosi fertilizzanti azotati."
La relativa ricerca è stata pubblicata in Biologia delle comunicazioni e Biologia Sintetica ACS . + Esplora ulteriormente
