La serre rougeoyante de nos rêves est encore très loin, mais elle vient de se rapprocher d’un coup de pouce alléchant.
Les scientifiques ont génétiquement modifié une plante avec non seulement une lueur visible, mais une lueur auto-entretenue qui dure pendant toute la durée du cycle de vie de la plante.
C’est une amélioration à couper le souffle par rapport aux plantes brillantes précédentes. Il est plus lumineux que les plants de tabac génétiquement modifiés précédents, et il n’a pas besoin d’être alimenté en produits chimiques pour maintenir la luminescence. En outre, la durée de la lueur est beaucoup plus longue que les plantes brillantes produites à l’aide de nanobioniques végétales.
Bien sûr, nous pensons tous immédiatement à un jardin de nuit à couper le souffle de style Avatar, scintillant et brillant dans l’obscurité, et – plus loin dans le futur – réduisant notre dépendance à l’éclairage électrique.
Mais une verdure éclatante pourrait également nous aider à comprendre les plantes elles-mêmes – comment fonctionne leur métabolisme et comment elles réagissent au monde qui les entoure.
L’équipe a travaillé sur deux espèces de plantes de tabac. Et, contrairement aux plantes brillantes génétiquement modifiées précédentes, qui utilisaient des bactéries bioluminescentes ou de l’ADN de luciole, ces plantes ont été conçues en utilisant l’ADN de champignons bioluminescents.
« Bien que les gènes de bioluminescence bactérienne puissent être ciblés sur les plastes pour générer l’autoluminescence, ils sont techniquement lourds et ne produisent pas suffisamment de lumière », ont écrit les chercheurs dans leur article.
« Le cycle de l’acide caféique, qui est une voie métabolique responsable de la luminescence chez les champignons, a été récemment caractérisé. Nous rapportons l’émission de lumière dans les plantes Nicotiana tabacum et Nicotiana benthamiana sans ajout de substrat exogène par ingénierie de gènes de bioluminescence fongique dans le génome nucléaire de la plante. »
Ce n’est qu’à la fin de l’année 2018 qu’une équipe de chercheurs (dont beaucoup ont également travaillé sur cette nouvelle recherche) a publié un article sur la biosynthèse de la luciférine fongique, les composés qui produisent une lueur chez les champignons luminescents.
Ils ont découvert que ces champignons synthétisent la luciférine à partir d’un composé appelé acide caféique, travaillé par quatre enzymes. Deux enzymes agissent pour transformer l’acide caféique en précurseur luminescent; une troisième enzyme oxyde ce précurseur pour produire un photon. La quatrième enzyme convertit ensuite la molécule en acide caféique, qui peut être recyclé par le même processus.
Et c’est là que les choses deviennent intéressantes – car l’acide caféique (sans rapport avec la caféine) se trouve dans toutes les plantes. C’est la clé de la biosynthèse de la lignine, le polymère du bois qui confère rigidité et résistance aux parois cellulaires des plantes.
L’équipe a estimé qu’il pourrait donc être possible de concevoir génétiquement des plantes pour réaffecter une partie de leur acide caféique à la biosynthèse de la luciférine, comme on le voit chez les champignons bioluminescents.
Ils ont épissé leurs plants de tabac avec quatre gènes de champignons associés à la bioluminescence et les ont soigneusement cultivés. Et ils ont constaté que les plantes brillaient d’une lumière visible à l’œil nu de la plantule à la maturité – sans aucun coût apparent pour la santé de la plante.
« Le phénotype global, la teneur en chlorophylle et en caroténoïdes, le temps de floraison et la germination des graines ne différaient pas du tabac de type sauvage en serre, à l’exception d’une augmentation de 12% de la hauteur médiane des plantes transgéniques », ont écrit les chercheurs dans leur article.
« Cela suggère que, contrairement à l’expression de la bioluminescence bactérienne, l’expression du cycle de l’acide caféique n’est pas toxique chez les plantes et n’impose pas de fardeau évident sur la croissance des plantes, du moins en serre. »
Ils ont constaté que les parties plus jeunes de la plante brillaient le plus, les fleurs devenant les plus brillantes de toutes. Ceux-ci ont produit, selon les chercheurs, environ un milliard de photons par minute. Ce n’est pas assez pour être lu, mais il est assez lumineux pour être clairement visible.
Il est également environ 10 fois plus lumineux que les autres plantes incandescentes génétiquement modifiées, ont déclaré les chercheurs. Ce n’est pas tout à fait la plante la plus brillante produite; cet honneur appartient au cresson produit par des scientifiques du MIT en utilisant une technique appelée nanobionique végétale, qui a produit une lueur d’environ un billion de photons par seconde but mais cela n’a duré que 3,5 heures.
Cette nouvelle lueur autonome à long terme, a constaté l’équipe, pourrait agir comme un indicateur de la façon dont les plantes réagissaient à leur environnement extérieur. Lorsqu’ils plaçaient une peau de banane à proximité, par exemple, les plantes brillaient plus vivement en réponse à l’éthylène émis.
Le scintillement et les ondes également observés dans la lumière, produits par des processus métaboliques internes généralement cachés – suggérant que cette recherche pourrait être un moyen intéressant d’étudier la santé des plantes.
« En permettant une émission de lumière autonome, les processus dynamiques des plantes peuvent être surveillés, y compris le développement et la pathogenèse, les réponses aux conditions environnementales et les effets du traitement chimique », ont écrit les chercheurs dans leur article.
« En éliminant le besoin d’addition exogène de luciférine ou d’autres substrats, ces capacités luminescentes devraient être particulièrement utiles pour les expériences avec des plantes cultivées dans le sol. »
Pendant ce temps, l’équipe travaille à l’expansion de la recherche. Ils ont des plantes à fleurs populaires génétiquement modifiées telles que les pervenches, les pétunias et les roses. Ils essaient également de produire une lueur encore plus vive et des couleurs différentes. Et ils pensent beaucoup, beaucoup plus grand.
« Bien que l’acide caféique ne soit pas originaire des animaux, la luminescence autonome pourrait également être activée chez les animaux », ont-ils écrit.
Ne serait-ce pas quelque chose.
La recherche a été publiée dans Nature Biotechnology.