det glødende drivhuset i våre drømmer er fortsatt så veldig langt unna, men det fikk bare en fristende nudge nærmere.
Forskere har genetisk utviklet en plante med ikke bare en synlig glød, men en selvbærende glød som varer i hele plantens livssyklus.
det er en fantastisk forbedring på tidligere glødende planter. Det er lysere enn tidligere genetisk utviklede tobakkplanter, og det trenger ikke å bli matet med kjemikalier for å opprettholde luminescens. Også varigheten av gløden er mye lengre enn glødende planter produsert ved hjelp av plantenanobionikk.
selvfølgelig tenker vi alle umiddelbart på en fantastisk Avatar – stil natthage, glitrende og skinnende i mørket, og-lenger inn i fremtiden-reduserer vår avhengighet av elektrisk belysning.
men glødende grønt kan også hjelpe oss med å forstå plantene selv-hvordan stoffskiftet fungerer , og hvordan de reagerer på verden rundt dem.
teamet jobbet på to arter av tobakk plante. Og i motsetning til tidligere genetisk utviklede glødende planter, som brukte bioluminescerende bakterier ELLER firefly DNA, ble disse plantene konstruert ved HJELP AV DNA fra bioluminescerende sopp.
» selv om bakterielle bioluminescensgener kan målrettes mot plastider for å konstruere autoluminescens, er det teknisk tungvint og ikke produserer tilstrekkelig lys,» skrev forskerne i deres papir.
» koffeinsyresyklusen, som er en metabolsk vei som er ansvarlig for luminescens i sopp, ble nylig karakterisert. Vi rapporterer lysutslipp I Nicotiana tabacum og Nicotiana benthamiana planter uten tilsetning av noe eksogent substrat ved å utvikle soppbioluminescensgener i plantekjernens genom.»
det var først i slutten av 2018 at et team av forskere (hvorav mange jobbet med denne nye forskningen også) publiserte et papir om biosyntese av sopp luciferin, forbindelsene som produserer en glød i luminescerende sopp.
de oppdaget at disse soppene syntetiserer luciferin fra en forbindelse kalt koffeinsyre, arbeidet med fire enzymer. To enzymer arbeider for å omdanne koffeinsyre til en luminescerende forløper; et tredje enzym oksiderer denne forløperen for å produsere en foton. Det fjerde enzymet omdanner deretter molekylet tilbake til koffeinsyre, som kan resirkuleres gjennom samme prosess.
Og det er her ting blir interessante – fordi koffeinsyre (ingen relasjon til koffein) finnes i alle planter. Det er nøkkelen til biosyntese av lignin, trepolymeren som gir plantecellevegger stivhet og styrke.
teamet begrunnet at det derfor kunne være mulig å genetisk konstruere planter for å omfordele noe av deres koffeinsyre til biosyntese av luciferin, som sett i bioluminescerende sopp.
de spleiset sine tobakkplanter med fire soppgener assosiert med bioluminescens, og dyrket dem forsiktig. Og de fant at plantene glødde med et lys synlig for det blotte øye fra frøplante til modenhet-uten noen åpenbar kostnad for plantens helse.
» den totale fenotypen, klorofyll og karotenoidinnhold, blomstringstid og frøspredning var ikke forskjellig fra villtobak i drivhuset, med unntak av en 12 prosent økning i medianhøyde av transgene planter,» skrev forskerne i deres papir.
» dette antyder at, i motsetning til uttrykk for bakteriell bioluminescens, er uttrykk for koffeinsyresyklus ikke giftig i planter og pålegger ikke en åpenbar byrde på plantevekst, i hvert fall i drivhuset.»
de fant at yngre deler av planten glødet mest, med blomstene som vokste lyseste av alle. Disse produserte, sa forskerne, rundt en milliard fotoner per minutt. Det er ikke nesten nok å lese av, men det er lyst nok til å være tydelig synlig.
Det er også rundt 10 ganger lysere enn andre genetisk utviklede glødende planter, sa forskerne. Det er ikke helt det lyseste anlegget som produseres; den ære tilhører watercress produsert av forskere ved MIT ved hjelp av en teknikk kalt plant nanobionics, som ga en glød på rundt en trillion fotoner per sekund… men det varte bare 3, 5 timer.
denne nye langsiktige, selvbærende gløden, fant teamet, kunne fungere som en indikator for hvordan plantene reagerte på deres ytre miljø. Når de plasserte en bananhud i nærheten, for eksempel, ville plantene gløde mer lyst som svar på etylen som ble sendt ut.
også observert flimring og bølger i lyset, produsert av interne metabolske prosesser som vanligvis er skjult-noe som tyder på at denne forskningen kan være en interessant måte å studere plantehelse på.
» ved å muliggjøre autonom lysutslipp kan dynamiske prosesser i planter overvåkes, inkludert utvikling og patogenese, respons på miljøforhold og effekter av kjemisk behandling,» skrev forskerne i deres papir.
» ved å fjerne behovet for eksogen tilsetning av luciferin eller andre substrater, bør disse luminescerende evner være spesielt nyttige for eksperimenter med planter som vokser i jorda.»
I Mellomtiden jobber teamet med å utvide forskningen. De har genetisk modifiserte populære blomstrende planter som periwinkles, petunier og roser. De prøver også å produsere en enda lysere glød, og forskjellige farger. De tenker mye, mye større.
» selv om koffeinsyre ikke er innfødt til dyr, kan autonom luminescens også aktiveres hos dyr,» skrev de.
Ville det ikke være noe.
forskningen er publisert I Nature Biotechnology.