La serra luminosa dei nostri sogni è ancora molto lontana, ma ha appena ottenuto una spinta allettante più vicina.
Gli scienziati hanno ingegnerizzato geneticamente una pianta con non solo un bagliore visibile, ma un bagliore autosufficiente che dura per tutta la durata del ciclo di vita della pianta.
È un miglioramento mozzafiato sulle precedenti piante incandescenti. È più luminoso delle precedenti piante di tabacco geneticamente modificate e non ha bisogno di essere alimentato con sostanze chimiche per mantenere la luminescenza. Inoltre, la durata del bagliore è molto più lunga delle piante incandescenti prodotte utilizzando la nanobionica vegetale.
Naturalmente, tutti noi pensiamo immediatamente a un giardino notturno in stile Avatar mozzafiato, scintillante e scintillante nell’oscurità, e-più avanti nel futuro – riducendo la nostra dipendenza dall’illuminazione elettrica.
Ma la vegetazione incandescente potrebbe anche aiutarci a capire le piante stesse – come funziona il loro metabolismo e come rispondono al mondo che le circonda.
Il team ha lavorato su due specie di piante di tabacco. E, a differenza delle precedenti piante incandescenti geneticamente modificate, che utilizzavano batteri bioluminescenti o DNA di lucciola, queste piante sono state progettate utilizzando il DNA di funghi bioluminescenti.
“Sebbene i geni della bioluminescenza batterica possano essere mirati ai plastidi per ingegnerizzare l’autoluminescenza, è tecnicamente ingombrante e non riesce a produrre luce sufficiente”, hanno scritto i ricercatori nel loro articolo.
” Il ciclo dell’acido caffeico, che è una via metabolica responsabile della luminescenza nei funghi, è stato recentemente caratterizzato. Segnaliamo l’emissione di luce nelle piante Nicotiana tabacum e Nicotiana benthamiana senza l’aggiunta di alcun substrato esogeno ingegnerizzando geni di bioluminescenza fungina nel genoma nucleare dell’impianto.”
È stato solo alla fine di 2018 che un team di ricercatori (molti dei quali hanno lavorato anche a questa nuova ricerca) ha pubblicato un articolo sulla biosintesi della luciferina fungina, i composti che producono un bagliore nei funghi luminescenti.
Hanno scoperto che questi funghi sintetizzano luciferina da un composto chiamato acido caffeico, lavorato su da quattro enzimi. Due enzimi lavorano per trasformare l’acido caffeico in un precursore luminescente; un terzo enzima ossida questo precursore per produrre un fotone. Il quarto enzima converte quindi la molecola in acido caffeico, che può essere riciclato attraverso lo stesso processo.
Ed è qui che le cose si fanno interessanti – perché l’acido caffeico (nessuna relazione con la caffeina) si trova in tutte le piante. È la chiave per la biosintesi della lignina, il polimero del legno che conferisce rigidità e resistenza alle pareti delle cellule vegetali.
Il team ha motivato che potrebbe, quindi, essere possibile ingegnerizzare geneticamente le piante per riallocare parte del loro acido caffeico alla biosintesi della luciferina, come visto nei funghi bioluminescenti.
Hanno impiombato le loro piante di tabacco con quattro geni di funghi associati alla bioluminescenza e li hanno coltivati con cura. E hanno scoperto che le piante brillavano di una luce visibile ad occhio nudo dalla piantina alla maturità – senza alcun costo apparente per la salute della pianta.
“Il fenotipo complessivo, il contenuto di clorofilla e carotenoidi, il tempo di fioritura e la germinazione dei semi non differivano dal tabacco di tipo selvaggio nella serra, ad eccezione di un aumento percentuale 12 dell’altezza mediana delle piante transgeniche”, hanno scritto i ricercatori nel loro articolo.
” Ciò suggerisce che, a differenza dell’espressione della bioluminescenza batterica, l’espressione del ciclo dell’acido caffeico non è tossica nelle piante e non impone un evidente onere alla crescita delle piante, almeno in serra.”
Hanno scoperto che le parti più giovani della pianta brillavano più brillantemente, con i fiori che crescevano più brillanti di tutti. Questi prodotti, hanno detto i ricercatori, circa un miliardo di fotoni al minuto. Non è abbastanza da leggere, ma è abbastanza luminoso da essere chiaramente visibile.
È anche circa 10 volte più luminoso di altre piante incandescenti geneticamente modificate, hanno detto i ricercatori. Non è proprio la pianta più brillante prodotta; quell’onore appartiene al crescione prodotto da scienziati del MIT usando una tecnica chiamata nanobionica vegetale, che ha prodotto un bagliore di circa un trilione di fotoni al secondo but ma è durato solo 3,5 ore.
Questo nuovo bagliore a lungo termine e autosufficiente, ha scoperto il team, potrebbe fungere da indicatore di come le piante hanno risposto al loro ambiente esterno. Quando hanno messo una buccia di banana nelle vicinanze, per esempio, le piante sarebbero bagliore più luminoso in risposta all’etilene emesso.
Lo sfarfallio e le onde osservate anche nella luce, prodotte da processi metabolici interni che di solito sono nascosti-suggerendo che questa ricerca potrebbe essere un modo interessante per studiare la salute delle piante.
“Consentendo l’emissione di luce autonoma, i processi dinamici nelle piante possono essere monitorati, inclusi lo sviluppo e la patogenesi, le risposte alle condizioni ambientali e gli effetti del trattamento chimico”, hanno scritto i ricercatori nel loro articolo.
“Eliminando la necessità di aggiunta esogena di luciferina o altri substrati, queste capacità luminescenti dovrebbero essere particolarmente utili per esperimenti con piante coltivate nel terreno.”
Nel frattempo, il team sta lavorando per espandere la ricerca. Hanno piante da fiore popolari geneticamente modificate come pervinche, petunie e rose. Stanno anche cercando di produrre un bagliore ancora più luminoso e colori diversi. E stanno pensando molto, molto più grande.
“Sebbene l’acido caffeico non sia nativo degli animali, la luminescenza autonoma potrebbe anche essere abilitata negli animali”, hanno scritto.
Non sarebbe qualcosa.
La ricerca è stata pubblicata su Nature Biotechnology.