glödande växthus av våra drömmar är fortfarande så mycket långt borta, men det fick bara en kittlande knuff närmare.
forskare har genetiskt konstruerat en växt med inte bara en synlig glöd, men en självbärande glöd som varar under hela växtens livscykel.
det är en fantastisk förbättring på tidigare glödande växter. Det är ljusare än tidigare genetiskt konstruerade tobaksplantor, och det behöver inte matas med kemikalier för att upprätthålla luminiscens. Glödets varaktighet är också mycket längre än glödande växter som produceras med hjälp av växtnanobionik.
naturligtvis tänker vi alla omedelbart på en hisnande nattträdgård i Avatar-stil, glittrande och glänsande i mörkret och – längre in i framtiden – minska vårt beroende av elektrisk belysning.
men glödande grönska kan också hjälpa oss att förstå växterna själva – hur deras ämnesomsättning fungerar och hur de svarar på världen runt dem.
teamet arbetade på två arter av tobaksväxter. Och till skillnad från tidigare genetiskt konstruerade glödande växter, som använde bioluminescerande bakterier eller firefly DNA, konstruerades dessa växter med hjälp av DNA från bioluminescerande svampar.
”även om bakteriella bioluminescensgener kan riktas mot plastider för att konstruera autoluminescens, är det tekniskt besvärligt och misslyckas med att producera tillräckligt med ljus”, skrev forskarna i sitt papper.
” koffeinsyracykeln, som är en metabolisk väg som är ansvarig för luminescens i svampar, karakteriserades nyligen. Vi rapporterar ljusutsläpp i Nicotiana tabacum och Nicotiana benthamiana växter utan tillsats av något exogent substrat genom att konstruera svampbioluminescensgener i växtkärngenomet.”
det var först i slutet av 2018 som ett team av forskare (varav många arbetade med denna nya forskning också) publicerade ett papper om biosyntesen av svampluciferin, föreningarna som ger en glöd i luminescerande svampar.
de upptäckte att dessa svampar syntetiserar luciferin från en förening som kallas koffeinsyra, bearbetad av fyra enzymer. Två enzymer arbetar för att omvandla koffeinsyra till en luminescerande föregångare; ett tredje enzym oxiderar denna föregångare för att producera en foton. Det fjärde enzymet omvandlar sedan molekylen tillbaka till koffeinsyra, som kan återvinnas genom samma process.
och det är här Saker blir intressanta – eftersom koffeinsyra (ingen relation till koffein) finns i alla växter. Det är nyckeln till biosyntesen av lignin, träpolymeren som ger växtcellväggar styvhet och styrka.
teamet motiverade att det därför kan vara möjligt att genetiskt konstruera växter för att omfördela en del av deras koffeinsyra till biosyntesen av luciferin, vilket ses i bioluminescerande svampar.
de skarvade sina tobaksplantor med fyra svampgener associerade med bioluminescens och odlade dem noggrant. Och de fann att växterna glödde med ett ljus synligt för det blotta ögat från plantor till mognad – utan någon uppenbar kostnad för växtens hälsa.
”den totala fenotypen, klorofyll-och karotenoidinnehållet, blomningstiden och frögroning skilde sig inte från vildtobak i växthuset, med undantag för en 12-procentig ökning av medianhöjden för transgena växter”, skrev forskarna i sitt papper.
” detta tyder på att, till skillnad från uttryck av bakteriell bioluminescens, är uttryck av koffeinsyracykel inte giftigt i växter och inte medför en uppenbar belastning på växttillväxten, åtminstone i växthuset.”
de fann att yngre delar av växten glödde mest ljust, med blommorna som växte ljusaste av alla. Dessa producerade, sade forskarna, cirka en miljard fotoner per minut. Det är inte tillräckligt nära att läsa av, men det är tillräckligt ljust för att vara tydligt synligt.
det är också cirka 10 gånger ljusare än andra genetiskt konstruerade glödande växter, sa forskarna. Det är inte riktigt den ljusaste växten som produceras; den äran tillhör vattenkrasse som produceras av forskare vid MIT med hjälp av en teknik som kallas växt nanobionics, som producerade en glöd på cirka en biljon fotoner per sekund… men det varade bara 3,5 timmar.
denna nya långsiktiga, självbärande glöd, fann laget, kan fungera som en indikator för hur växterna svarade på sin yttre miljö. När de placerade en bananhud i närheten, till exempel, skulle växterna lysa starkare som svar på eten som emitteras.
den observerade också flimmer och vågor i ljuset, som produceras av interna metaboliska processer som vanligtvis är dolda – vilket tyder på att denna forskning kan vara ett intressant sätt att studera växtskydd.
”genom att möjliggöra autonom ljusutsläpp kan dynamiska processer i växter övervakas, inklusive utveckling och patogenes, svar på miljöförhållanden och effekter av kemisk behandling”, skrev forskarna i sitt papper.
” genom att ta bort behovet av exogen tillsats av luciferin eller andra substrat, bör dessa luminescerande förmågor vara särskilt användbara för experiment med växter som odlas i jorden.”
under tiden arbetar teamet med att utöka forskningen. De har genetiskt modifierade populära blommande växter som periwinkles, petunier och rosor. De försöker också producera en ännu ljusare glöd och olika färger. Och de tänker mycket, mycket större.
”även om koffeinsyra inte är infödd till djur, kan autonom luminescens också aktiveras hos djur”, skrev de.
skulle inte det vara något.
forskningen har publicerats i Nature Biotechnology.