zářící skleníkových našich snů je stále velmi daleko, ale bylo to vzrušující šťouchnutí blíž.
vědci geneticky upravili rostlinu s nejen viditelnou záři, ale soběstačnou záři, která trvá po celou dobu životního cyklu rostliny.
je to úchvatné zlepšení oproti předchozím zářícím rostlinám. Je jasnější než předchozí geneticky upravené tabákové rostliny a nemusí být krmena chemikáliemi, aby se udržela luminiscence. Také trvání záře je mnohem delší než zářící rostliny vyrobené pomocí rostlinné nanobioniky.
samozřejmě všichni okamžitě přemýšlíme o dechberoucí noční zahradě ve stylu avataru, třpytící se a zářící ve tmě a-dále do budoucnosti-snižující naši závislost na elektrickém osvětlení.
ale zářící zeleň by nám také mohla pomoci pochopit samotné rostliny-jak funguje jejich metabolismus a jak reagují na svět kolem sebe.
tým pracoval na dvou druzích tabákových rostlin. A na rozdíl od předchozích geneticky upravených zářících rostlin, které používaly bioluminiscenční bakterie nebo DNA světlušek, byly tyto rostliny zkonstruovány pomocí DNA bioluminiscenčních hub.
„i když bakteriální bioluminiscence geny mohou být zaměřeny na plastidy inženýr autoluminescence, je technicky obtížné a nedokáže produkovat dostatek světla,“ výzkumníků napsal ve své knize.
“ cyklus kyseliny kávové, který je metabolickou cestou zodpovědnou za luminiscenci u hub, byl nedávno charakterizován. Máme zprávy emise světla v Nicotiana tabacum a Nicotiana benthamiana rostlin, bez přídavku jakékoliv exogenní substrát inženýrství plísňové bioluminiscence genů do rostlinného jaderného genomu.“
teprve na konci roku 2018 tým vědců (z nichž mnozí také pracovali na tomto novém výzkumu) publikoval článek o biosyntéze houbového luciferinu, sloučenin, které produkují záři v luminiscenčních houbách.
zjistili, že tyto houby syntetizovat luciferin od sloučenina nazývá kyselina kávová, pracoval na čtyři enzymy. Dva enzymy pracují na přeměně kyseliny kávové na luminiscenční prekurzor; třetí enzym oxiduje tento prekurzor za vzniku fotonu. Čtvrtý enzym pak přeměňuje molekulu zpět na kyselinu kávovou, kterou lze recyklovat stejným procesem.
a to je místo, kde se věci stávají zajímavými – protože kyselina kávová (žádný vztah k kofeinu) se nachází ve všech rostlinách. Je to klíč k biosyntéze ligninu, dřevěného polymeru, který dává rostlinným buněčným stěnám tuhost a pevnost.
tým usoudil, že by to mohlo tedy být možné geneticky modifikovat rostliny přerozdělit některé z jejich kávovou kyseliny biosyntézy luciferin, jak je vidět v bioluminiscenční hub.
Jsou sestříhané jejich tabákové rostliny se čtyřmi houba geny spojené s bioluminiscence, a pečlivě pěstuje. A zjistili, že rostliny zářily světlem viditelným pouhým okem od sazenice až po zralost-bez zjevných nákladů na zdraví rostliny.
„celkový fenotyp, chlorofylu a karotenoidů obsah, doba kvetení a klíčení semen nelišila od“ wild-typu “ tabák ve skleníku, s výjimkou 12 procent zvýšení střední výšky transgenních rostlin,“ výzkumníků napsal ve své knize.
„To naznačuje, že, na rozdíl od vyjádření bakteriální bioluminiscence, exprese kyselina kávová cyklus není jedovaté rostliny a neukládá zřejmé zátěž na růst rostlin, alespoň ve skleníku.“
zjistili, že mladší části rostliny zářily nejjasněji, přičemž květy rostly nejjasněji ze všech. Tito produkovali, uvedli vědci, kolem miliardy fotonů za minutu. To není zdaleka dost číst, ale je to dost jasné, aby bylo jasně viditelné.
je také asi 10krát jasnější než jiné geneticky upravené zářící rostliny, uvedli vědci. Není to úplně nejjasnější rostlina; že čest patří k řeřicha produkován vědci na MIT pomocí techniky zvané rostlin nanobionics, který produkoval záře kolem bilionů fotonů za sekundu… ale trvalo to jen 3,5 hodiny.
tato nová dlouhodobá, soběstačná záře, jak tým zjistil, by mohla sloužit jako indikátor toho, jak rostliny reagovaly na své vnější prostředí. Když například umístili banánovou kůži poblíž, rostliny by zářily jasněji v reakci na emitovaný ethylen.
také poznamenal, blikání a vlnění v světlo, produkované vnitřních metabolických procesů, které jsou obvykle skryté – což naznačuje, že tento výzkum by mohl být zajímavý způsob, jak studovat, zdraví rostlin.
„umožněním autonomní emise světla lze sledovat dynamické procesy v rostlinách, včetně vývoje a patogeneze, reakcí na podmínky prostředí a účinky chemického ošetření,“ napsali vědci ve svém příspěvku.
“ odstraněním potřeby exogenního přidávání luciferinu nebo jiných substrátů by tyto luminiscenční schopnosti měly být zvláště užitečné pro experimenty s rostlinami pěstovanými v půdě.“
mezitím tým pracuje na rozšíření výzkumu. Mají geneticky modifikované populární kvetoucí rostliny, jako jsou brčály, petúnie a růže. Snaží se také vytvořit ještě jasnější záři a různé barvy. A myslí mnohem, mnohem větší.
„ačkoli kyselina kávová není původem ze zvířat, autonomní luminiscence by mohla být povolena také u zvířat,“ napsali.
nebylo by to něco.
výzkum byl publikován v Nature Biotechnology.