in

Cercetătorii au creat superbe plante luminoase care strălucesc întreg ciclul lor de viață

Cercetătorii au creat superbe plante luminoase care strălucesc întreg ciclul lor de viață

Sera strălucitoare a viselor noastre este încă foarte departe, dar se apropie din ce în ce mai mult.

Oamenii de știință au conceput genetic o plantă cu nu are doar o strălucire vizibilă, ci și o strălucire auto-susținută care durează tot ciclul de viață al plantei.

Este o îmbunătățire uluitoare pentru plantele strălucitoare anterioare. Este mai strălucitor decât plantele anterioare de tutun concepute genetic și nu trebuie alimentat cu substanțe chimice pentru a menține luminescența. De asemenea, durata strălucirii este mult mai lungă decât plantele strălucitoare produse cu ajutorul nanobionicelor.

Desigur, cu toții ne gândim imediat la o grădină de noapte în stil Avatar, care strălucește în întuneric și – mai departe, în viitor – ne reduce dependența de iluminatul electric.

Dar verdeața strălucitoare ne-ar putea ajuta, de asemenea, să înțelegem plantele în sine – modul în care funcționează metabolismul lor și modul în care acestea răspund la lumea din jurul lor.

Echipa a lucrat la două specii de plante de tutun. Și, spre deosebire de plantele strălucitoare anterioare proiectate genetic, care foloseau bacterii bioluminescente sau ADN de licurici, aceste plante au fost proiectate folosind ADN-ul de ciuperci bioluminescente.

„Desi genele bioluminescentei bacteriene pot fi orientate catre plastide pentru a crea autoluminescenta, este tehnic greoaie si nu reuseste sa produca lumina suficienta”, au scris cercetatorii in lucrarea lor.

„Ciclul acidului cafeic, care este o cale metabolică responsabilă de luminiscența la ciuperci, a fost recent caracterizat. Raportăm emisiile ușoare în plantele Nicotiana tabacum și Nicotiana benthamiana fără adăugarea vreunui substrat exogen prin inginerie genelor bioluminescenței fungice în genomul nuclear al plantei. „

Abia la sfârșitul anului 2018, o echipă de cercetători (mulți dintre ei au lucrat și la această nouă cercetare) au publicat o lucrare despre biosinteza luciferinei fungice, compușii care produc o strălucire în ciuperci luminescente.

Ei au descoperit că aceste ciuperci sintetizează luciferina dintr-un compus numit acid cafeic, lucrat de patru enzime. Două enzime lucrează pentru a transforma acidul cafeic într-un precursor luminiscent; o a treia enzimă oxidează acest precursor pentru a produce un foton. A patra enzimă transformă molecula înapoi în acid cafeic, care poate fi reciclat prin același proces.

Și aici lucrurile devin interesante – deoarece acidul cafeic (nicio legătură cu cofeina) se găsește în toate plantele. Este cheia biosintezei ligninei, polimerul lemnului care conferă pereților celulelor plantei rigiditate și rezistență.

Echipa a motivat că, prin urmare, ar putea fi posibilă inginerie genetică a plantelor pentru a realoca o parte din acidul cafeic la biosinteza luciferinei, așa cum se vede în ciupercile bioluminescente.

Ei au împletit plantele de tutun cu patru gene de ciuperci asociate cu bioluminescența și le-au cultivat cu atenție. Și au descoperit că plantele străluceau cu o lumină vizibilă pentru ochiul liber de la răsad până la maturitate – fără niciun cost aparent pentru sănătatea plantei.

„Conținutul total de fenotip, clorofilă și carotenoide, timpul de înflorire și germinarea semințelor nu au diferit de tutunul de tip sălbatic din seră, cu excepția creșterii cu 12% a înălțimii mediane a plantelor transgenetice”, au scris cercetătorii în lucrarea lor.

„Acest lucru sugerează că, spre deosebire de expresia bioluminescenței bacteriene, expresia ciclului acidului cafeic nu este toxică la plante și nu impune o povară evidentă asupra creșterii plantelor, cel puțin în seră.”

Au descoperit că părțile tinere ale plantei străluceau cel mai puternic, florile crescând mai strălucitoare. Acestea au produs, au spus cercetătorii, în jur de un miliard de fotoni pe minut. Asta nu este suficient pentru citit, dar este suficient de luminos pentru a fi clar vizibil.

Cercetătorii au spus de asemenea că este de aproximativ 10 ori mai strălucitor decât celelalte plante strălucitoare proiectate genetic. Nu este chiar cea mai strălucitoare plantă produsă; această onoare aparține creșei de apă produse de oamenii de știință de la MIT folosind o tehnică numită nanobionică vegetală, care producea o strălucire de aproximativ un trilion de fotoni pe secundă … dar a durat doar 3,5 ore.

Această nouă strălucire care se menține pe termen lung, a găsit echipa, ar putea acționa ca un indicator pentru modul în care plantele au răspuns la mediul extern. Atunci când au plasat o piele de banană în apropiere, de exemplu, plantele ar străluci mai luminos ca răspuns la etilena emisă.

De asemenea, s-au observat pâlpâirile și undele în lumină, produse de procese metabolice interne care sunt de obicei ascunse – ceea ce sugerează că această cercetare ar putea fi un mod interesant de a studia sănătatea plantelor.

„Permițând emisia autonomă de lumină, procesele dinamice din plante pot fi monitorizate, inclusiv dezvoltarea și patogeneza, răspunsurile la condițiile de mediu și efectele tratamentului chimic”, au scris cercetătorii în lucrarea lor.

„Prin eliminarea necesității adăugării exogene a luciferinei sau a altor substraturi, aceste capacități luminescente ar trebui să fie deosebit de utile pentru experimentele cu plante cultivate în sol.”

Între timp, echipa lucrează la extinderea cercetării. Au modificat genetic plante populare cu flori, cum ar fi periwinkles, petunii și trandafiri. De asemenea, încearcă să producă o strălucire și mai strălucitoare și culori diferite. Și se gândesc la unele mult mai mari.

Deşi acidul cafeic nu este nativ pentru animale, luminescenta autonoma ar putea fi de asemenea activata şi la animale, au scris ei.

Nu ar fi ceva superb?

Cercetarea a fost publicată în Nature Biotechnology.

Report

Ce părere ai?

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *

Cercetătorii îţi spun cele mai bune materiale de utilizat dacă vă faceți o mască acasă

Cercetătorii îţi spun cele mai bune materiale de utilizat dacă vă faceți o mască acasă

Un fascinant videoclip arată cum ați putea vedea Pământul și Luna în același timp

Un fascinant videoclip arată cum se vede Pământul și Luna în același timp