den glødende drivhus af vores drømme er stadig så meget langt væk, men det fik bare en forjættende puf tættere.
forskere har genetisk konstrueret en plante med ikke kun en synlig glød, men en selvbærende glød, der varer i hele plantens livscyklus.
det er en betagende forbedring på tidligere glødende planter. Det er lysere end tidligere genetisk manipulerede tobaksplanter, og det behøver ikke at blive fodret med kemikalier for at opretholde luminescens. Glødens varighed er også meget længere end glødende planter produceret ved hjælp af plantenanobionik.
selvfølgelig tænker vi alle straks på en betagende nathave i Avatar-stil, der glitrer og skinner i mørket og – længere ind i fremtiden – reducerer vores afhængighed af elektrisk belysning.
men glødende grønt kan også hjælpe os med at forstå planterne selv – hvordan deres stofskifte virker, og hvordan de reagerer på verden omkring dem.
holdet arbejdede på to arter af tobaksplante. Og i modsætning til tidligere genetisk konstruerede glødende planter, der brugte bioluminescerende bakterier eller firefly DNA, blev disse planter konstrueret ved hjælp af DNA fra bioluminescerende svampe.
“selvom bakterielle bioluminescensgener kan målrettes mod plastider for at konstruere autoluminescens, er det teknisk besværligt og ikke producerer tilstrækkeligt lys,” skrev forskerne i deres papir.
” koffeinsyrecyklussen, som er en metabolisk vej, der er ansvarlig for luminescens i svampe, blev for nylig karakteriseret. Vi rapporterer lysemission i Nicotiana tabacum og Nicotiana benthamiana planter uden tilsætning af noget eksogent substrat ved at konstruere svampebioluminescensgener i plantens nukleare genom.”
det var først i slutningen af 2018, at et team af forskere (hvoraf mange også arbejdede med denne nye forskning) offentliggjorde et papir om biosyntese af svampe luciferin, de forbindelser, der producerer en glød i selvlysende svampe.
de opdagede, at disse svampe syntetiserer luciferin fra en forbindelse kaldet koffeinsyre. Det er en af de mest almindelige årsager til, at caffeic acid er en af de mest almindelige typer af caffeic acid, der produceres af caffeic acid. Derefter omdannes molekylet til koffeinsyre, som kan genbruges gennem den samme proces.
og det er her tingene bliver interessante – fordi koffeinsyre (ingen relation til koffein) findes i alle planter. Det er nøglen til biosyntesen af lignin, træpolymeren, der giver plantecellevægge stivhed og styrke.
holdet begrundede, at det derfor kunne være muligt at genetisk konstruere planter til at omfordele noget af deres koffeinsyre til biosyntesen af luciferin, som det ses i bioluminescerende svampe.
de splejsede deres tobaksplanter med fire svampegener forbundet med bioluminescens og dyrkede dem omhyggeligt. Og de fandt ud af, at planterne glødede med et lys, der var synligt for det blotte øje fra frøplante til modenhed – uden nogen tilsyneladende omkostninger for plantens helbred.
” det samlede fænotype, klorofyl og carotenoidindhold, blomstringstid og frøspiring adskiller sig ikke fra vildtypetobak i drivhuset med undtagelse af en stigning på 12 procent i medianhøjden på transgene planter,” skrev forskerne i deres papir.
“dette antyder, at i modsætning til ekspression af bakteriel bioluminescens er ekspression af koffeinsyrecyklus ikke giftig i planter og pålægger ikke en åbenbar byrde for plantevækst, i det mindste i drivhuset.”
de fandt ud af, at yngre dele af planten glødede mest lyst, med blomsterne voksende lyseste af alle. Disse producerede, sagde forskerne, omkring en milliard fotoner pr. Det er ikke nær nok at læse af, men det er lyst nok til at være tydeligt synligt.
det er også omkring 10 gange lysere end andre genetisk manipulerede glødende planter, siger forskerne. Det er ikke helt den lyseste plante produceret; denne ære tilhører brøndkarse produceret af forskere ved MIT ved hjælp af en teknik kaldet plant nanobionics, som producerede en glød på omkring en billion fotoner pr.sekund… men det varede kun 3,5 timer.
denne nye langsigtede, selvbærende glød, fandt holdet, kunne fungere som en indikator for, hvordan planterne reagerede på deres ydre miljø. Når de for eksempel placerede en bananhud i nærheden, ville planterne gløde lysere som reaktion på den udsendte ethylen.
den også observerede flimring og bølger i lyset, produceret af interne metaboliske processer, der normalt er skjult – hvilket antyder, at denne forskning kunne være en interessant måde at studere plantesundhed på.
“ved at muliggøre autonom lysemission kan dynamiske processer i planter overvåges, herunder udvikling og patogenese, reaktioner på miljøforhold og virkninger af kemisk behandling,” skrev forskerne i deres papir.
“ved at fjerne behovet for eksogen tilsætning af luciferin eller andre substrater, bør disse luminescerende evner være særligt nyttige til forsøg med planter dyrket i jorden.”
i mellemtiden arbejder teamet på at udvide forskningen. De har genetisk modificerede populære blomstrende planter som perivinkles, petunier og roser. De forsøger også at producere en endnu lysere glød og forskellige farver. De tænker meget, meget større.
“selvom koffeinsyre ikke er hjemmehørende i dyr, kunne autonom luminescens også aktiveres hos dyr,” skrev de.
ville det ikke være noget.
forskningen er publiceret i Nature Biotechnology.