มันฝรั่งเป็นอาหารที่บริโภคมากเป็นอันดับสามของโลกและเป็นของว่างแสนอร่อย แต่มันฝรั่งในฟาร์มสมัยใหม่ต้องการไนโตรเจนจำนวนมากในรูปของปุ๋ยไนเตรต ซึ่งมีราคาแพงและอาจเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม
นักวิจัยกลุ่มหนึ่งพบว่ากลไกทางพันธุกรรมแบบเดียวกับที่บอกมันฝรั่งว่าเมื่อใดควรปลูกดอกไม้และหัว (ส่วนที่กินได้) ก็เป็นผู้เล่นหลักในการจัดการไนโตรเจนของพืชเช่นกัน การค้นพบนี้อธิบายไว้เมื่อวันที่ 6 พฤศจิกายนในนักพฤกษศาสตร์คนใหม่ก็สามารถนำไปสู่การพัฒนาของพันธุ์มันฝรั่งที่ใช้ปุ๋ยน้อยประหยัดเงินของเกษตรกรและลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการเพาะปลูกมันฝรั่ง
มันฝรั่งซึ่งมีถิ่นกำเนิดในเทือกเขาแอนดีส เดิมทีจะปลูกหัวเฉพาะในช่วงฤดูหนาวเพื่อเป็นวิธีในการกักเก็บสารอาหาร โดยอาศัยสัญญาณจากการที่กลางวันสั้นลง พืชเหล่านี้จึงเผชิญกับความท้าทายที่สำคัญเมื่อนำเข้ามาในยุโรปในศตวรรษที่ 16 วันในฤดูหนาวที่สั้นกว่ามาพร้อมกับอุณหภูมิที่เย็นจัดซึ่งทำให้พืชตายก่อนที่จะสามารถปลูกมันฝรั่งขนาดใหญ่ได้
ในที่สุดก็มีการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมตามธรรมชาติในยีนStCDF1ซึ่งควบคุมการเจริญเติบโตของหัว ช่วยให้ต้นมันฝรั่งปรับตัวเพื่อปลูกหัวได้ตลอดเวลาและไกลออกไปทางเหนือมาก พืชไม่ต้องการสัญญาณตามฤดูกาลอีกต่อไป
นักวิจัยที่กำลังศึกษาอยู่StCDF1เพื่อทำความเข้าใจว่ามันควบคุมการตอบสนองของพืชต่อวัฏจักรกลางวันอย่างไร พบว่ามันทำงานเหมือนสวิตช์ โดยกระตุ้นยีนบางตัวในขณะที่ปิดยีนบางตัว แต่พวกเขารู้สึกประหลาดใจที่พบว่ามันสามารถเปิดและปิดยีนที่จำเป็นสำหรับการดูดซึมไนโตรเจน Maroof Ahmed Shaikh นักชีววิทยาโมเลกุลพืชที่ศูนย์วิจัยจีโนมการเกษตรในบาร์เซโลนากล่าว สิ่งสำคัญที่สุดคือStCDF1ปิดการผลิตเอนไซม์ที่เรียกว่าไนเตรตรีดักเตส ซึ่งจะสลายโมเลกุลไนเตรตเพื่อให้พืชนำไปใช้ได้
การค้นพบครั้งนี้เผยให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมที่ทำให้มันฝรั่งกลายเป็นอาหารหลักของโลกยังทำให้พืชต้องการปุ๋ยมากขึ้นอีกด้วย
เพื่อทดสอบว่าการปรับแต่งยีนนี้จะส่งผลต่อการดูดซึมไนโตรเจนหรือไม่ นักวิจัยได้ปลูกต้นมันฝรั่งโดยมีความพิการStCDF1ยีนในสภาพแวดล้อมที่มีไนโตรเจนต่ำ ซึ่งน้อยกว่าดินทั่วไปประมาณ 400 เท่า และศึกษาว่าพวกมันมีลักษณะอย่างไรเมื่อเปรียบเทียบกับต้นมันฝรั่งทั่วไป ที่StCDF1- พืชที่มีข้อบกพร่องไม่สามารถปลูกหัวได้ แต่พวกมันจะมีใบที่ใหญ่ขึ้นและมีรากที่ยาวขึ้นแม้ว่าจะขาดไนโตรเจนก็ตาม “พวกเขาดูมีความสุข” Shaikh กล่าว
พันธุ์แอนเดียนอาจมีความกระฉับกระเฉงน้อยกว่าStCDF1และอาจเติบโตได้ดีขึ้นเมื่อมีไนโตรเจนน้อยลง ทีมงานอธิบาย
อย่างไรก็ตาม มันเป็นรูปแบบที่กระตือรือร้นมากขึ้นของStCDF1ซึ่งมีอยู่ในมันฝรั่งเชิงพาณิชย์ทุกพันธุ์ที่ปลูกทั่วโลก ข้อเสีย: พืชหลักดูดซึมไนโตรเจนได้ไม่ดีนัก นักชีววิทยาด้านพืช Salomé Prat จากศูนย์วิจัยจีโนมิกส์การเกษตร กล่าว “นี่เป็นปัญหา” เพราะมันทำให้เกษตรกรต้องใช้ปุ๋ยมากกว่าที่พืชจะดูดซับได้ Prat กล่าว “เมื่อฝนตก ปุ๋ยส่วนเกินนี้จะถูกส่งไปยังน้ำใต้ดิน ก่อให้เกิดมลพิษ”
การค้นพบนี้เปิดประตูสู่การพัฒนาพันธุ์มันฝรั่งที่มีประสิทธิภาพไนโตรเจนเพิ่มขึ้น นักวิจัยกำลังวางแผนที่จะใช้เทคนิคการแก้ไขยีนเพื่อปรับแต่งยีนที่สร้างเอนไซม์ไนเตรต รีดักเตส ดังนั้นจึงไม่ถูกกดขี่โดยStCDF1- ทีมงานได้ทำการทดลองซึ่งแสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้เป็นไปได้ในทางทฤษฎี เป้าหมายเดียวกันนี้สามารถทำได้โดยใช้การผสมพันธุ์แบบดั้งเดิม ข้ามมันฝรั่งในฟาร์มกับพันธุ์ป่าหรือพันธุ์ดั้งเดิมที่มีการเปลี่ยนแปลงยีนไนเตรตรีดักเตสตามธรรมชาติ
“การดูดซึมไนโตรเจนเป็นหนึ่งในอุปสรรคสำคัญในการเกษตร” Stephan Pollmann นักชีววิทยาพืชที่ Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas ในกรุงมาดริด ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษาครั้งใหม่กล่าว นอกเหนือจากความน่าสนใจทางวิทยาศาสตร์แล้ว ข้อเท็จจริงที่ว่าสิ่งนี้มีอยู่ในมันฝรั่ง ซึ่งเป็นพืชจริงที่ปลูกทั่วโลกซึ่งจำเป็นต่อความมั่นคงทางอาหาร ทำให้การค้นพบนี้อาจเป็นการ "ทุบตี" Pollmann กล่าว “หากคุณสามารถปรับปรุงการดูดซึมไนเตรตได้ ดังนั้นสารอาหารของพืชซึ่งส่งผลให้หัวมีขนาดใหญ่ขึ้น นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง”
