28 апреля 2020
Биологи-инженеры создали вечно сияющее растение с помощью грибов Ученым удалось генетически сконструировать растение, способное светится и днем, и ночью на протяжении всего жизненного цикла.
Попытки изобрести светящееся растение занимают ученых на протяжении последних двадцати лет. Но новое растение превосходит предыдущие попытки в несколько раз: например, новичок не требует постоянной биоактивной подзаправки своей способности светить и в принципе может излучать свечение намного дольше своих предшественников.
Команда ученых, которая опубликовала результаты своих наработок в Nature Biotechnology, работала над двумя видами табачных растений. И, в отличие от предыдущих генно-инженерных светящихся растений, которые использовали биолюминесцентные бактерии или ДНК светлячков, эти растения были сконструированы с использованием ДНК биолюминесцентных грибов.
Цикл кофеиновой кислоты, метаболизм которой ответственен за люминесценцию у грибов, заинтересовал ученых еще два года назад. Тогда биологи опубликовали статью о биосинтезе грибного люциферина — соединения, которое вызывает свечение в люминесцентных грибах.
Ученые обнаружили, что эти грибы из кофейной кислоты синтезируют люциферин, на который воздействуют четыре фермента. Два фермента работают, чтобы преобразовать кофейную кислоту в соединение, предшествующее люминесценции; третий фермент окисляет этот предшественник с образованием фотона. Четвертый фермент затем превращает молекулу обратно в кофеиновую кислоту, которая может быть переработана посредством того же процесса.
И вот тут все становится интересным — потому что кофеиновая кислота (не имеет отношения к кофеину) встречается во всех растениях. Это ключ к биосинтезу лигнина, древесного полимера, который придает клеточным стенкам растений жесткость и прочность. Исследователи пришли к выводу, что можно генетически модифицировать растения, чтобы перераспределить часть их кофейной кислоты в биосинтезе люциферина, как это наблюдается в биолюминесцентных грибах. Биологи внедрили в генотип табака четыре грибных гена, связанных с биолюминесценцией, и тщательно культивировали полученное.
Ученые обнаружили, что молодые части растения светились наиболее ярко, а цветы росли ярче всего. По словам исследователей, они производят около миллиарда фотонов в минуту. Этого недостаточно для чтения, но свечение достаточно яркое, чтобы его было хорошо видно.
Команда исследователей пришла к выводу, что данное открытие не только приближает к реальности человеческую мечту о мире без электричества, но в большей степени сообщает нам важное о строении и метаболизме самих растений.
Было обнаружено, что это новое долговременное сияние может служить индикатором того, как растения реагируют на внешнюю среду. Например, когда ученые помещали банановую кожуру поблизости, растения начинали светиться ярче в ответ на выделение этилена. Теперь такие внутренние процессы, которые раньше были скрыты от человеческих глаз, могут быть подсвечены. Это, безусловно, может стать прорывом в сфере изучения метаболизма растений и других скрытых процессов.
Антон Тальский
