Forskare odlar blommor som lyser i mörkret genom att sätta in DNA från bioluminescerande svampar

  • Forskarna kunde ta DNA från vissa svampar och sätta in det i växter
  • De började med tobaksplantan eftersom de har en relativt enkel struktur
  • Processen gör det möjligt för de nya växterna att ha ett ”konstant och förnybart sken”

Plantor som ”lyser”.i mörkret” har utvecklats av forskare med hjälp av DNA från svampar – och de hoppas kunna sälja glödande rosor i framtiden.

Ett globalt forskarlag, finansierat av det nystartade bioteknikföretaget Planta, fann att bioluminescensen i vissa svampar liknar naturliga processer i växter.

ADVERTIVERING

Detta gjorde det möjligt för dem att ta svampens DNA och skapa nya växter som lyser mycket ljusare än vad som har varit möjligt med andra tekniker tidigare.

Här har de hittills bara skapat en version av tobaksplantan, men de hoppas kunna producera rosor, periwinkles och andra trädgårdsblommor i framtiden.

Plantor som ”lyser i mörkret” har utvecklats av forskare med hjälp av DNA från svampar – och de hoppas kunna sälja lysande rosor i framtiden

Studien är ett samarbete mellan 27 forskare från Planta, Ryska vetenskapsakademin, MRC London och Institutet för vetenskap och teknik i Österrike.

De ledande författarna Dr Kaen Sarkisyan och Dr Illa Yampolsky sa att det inte bara är för estetik – biologiskt ljus kan användas för att observera en växts inre arbete.

Plantor som innehåller svampens DNA lyser kontinuerligt under hela sin livscykel, från frö till mognad – de behöver inte skaffa sig nya kemikalier.

Det står i kontrast till andra vanliga former av bioluminescens, som DNA som tas från eldflugor och tillsätts till växter – något som först uppnåddes för 30 år sedan.

Plantorna omvandlar en molekyl till ljus med hjälp av fyra enzymer

Och även om svampar inte är nära besläktade med växter delar de båda en molekyl som forskarna har använt sig av.

Ljuset från svamparna är centrerat på en organisk molekyl som också behövs i växter för att göra cellväggar.

I svampar producerar denna molekyl, som kallas koffeinsyra, ljus genom en metabolisk cykel.

I växter är koffeinsyra en byggsten i lignin, som bidrar till att ge cellväggarna mekanisk styrka

Cykeln i svamparna – och i dessa nya växter – involverar fyra enzymer.

Två enzymer omvandlar koffeinsyran till en luminescerande prekursor – ett slags ”första steg”.

Denna oxideras sedan av ett tredje enzym för att producera en foton.

Det sista enzymet omvandlar den oxiderade molekylen tillbaka till koffeinsyra för att starta cykeln igen.

Trots deras liknande klingande namn är koffeinsyra inte besläktad med koffein.

Den nya upptäckten kan också användas för praktiska och estetiska ändamål, framför allt för att skapa lysande blommor och andra prydnadsväxter.

Och även om det kan vara fantasifullt att ersätta gatubelysning med glödande träd producerar växterna en behaglig grön aura som utgår från deras levande energi.

Enligt författarna kan växterna producera över en miljard fotoner per minut.

Dr Keith Wood, vd för Light Bio, var med i det team som skapade den första självlysande växten med hjälp av en gen från eldflugor.

ADVERTISEMENT

”Dessa nya växter kan producera ett mycket ljusare och jämnare sken, vilket är helt och hållet förankrat i deras genetiska kod”.

Design av nya biologiska egenskaper är mer komplext än att bara flytta genetiska delar från en organism till en annan, menar författarna.

De nya delar som läggs till i växten måste ”metaboliskt integreras” i värden.

För de flesta organismer är de delar som behövs för bioluminescens inte alla kända. och tills nyligen fanns en fullständig delförteckning endast tillgänglig för bakteriell bioluminescens.

Förra försök att skapa lysande växter från dessa delar har inte gått så bra, till stor del på grund av att bakteriella delar vanligtvis inte fungerar som de ska i mer komplexa organismer.

För ungefär ett år sedan hittade forskare delar inom vissa typer av svampar som upprätthåller bioluminescens.

Detta är första gången som det levande ljuset hos en avancerad flercellig organism hade definierats fullt ut av forskare, och det banade väg för denna nya utveckling inom växter.

Detta gjorde det möjligt för dem att göra lysande växter som är minst tio gånger ljusare än tidigare försök med hjälp av eldfluga-DNA.

Med hjälp av vanliga kameror och smartphones registrerades grönt ljus som kom från blad, stjälkar, rötter och blommor.

De uppnådde detta utan att skada hälsan hos den växt som bär på det nya DNA:t.

Klicka här för att ändra storlek på den här modulen

Och även om svampar inte är nära besläktade med växter, är deras ljusutsläpp centrerat kring en organisk molekyl som också behövs i växter för att bygga cellväggar.

Denna molekyl, som kallas koffeinsyra, producerar ljus genom en metabolisk cykel som involverar fyra enzymer.

Två enzymer omvandlar koffeinsyran till en luminescerande prekursor, som sedan oxideras av ett tredje enzym för att producera en foton.

Det sista enzymet omvandlar den oxiderade molekylen tillbaka till koffeinsyra för att starta cykeln igen.

I växter är koffeinsyra en byggsten i lignin, som bidrar till att ge cellväggarna mekanisk styrka och det en del av en växts biomassa och en av de mest rikliga förnybara resurserna på jorden.

Som en nyckelkomponent i växternas ämnesomsättning är koffeinsyra också en integrerad del av många andra viktiga föreningar som ingår i färger, dofter, antioxidanter och så vidare.

Trots deras liknande namn är koffeinsyra inte besläktad med koffein.

Då teamet kopplade ljusproduktionen till denna viktiga molekyl kunde de skapa en växt som kan avslöja insikter om sin egen uppbyggnad för forskare.

Den kan avslöja växternas fysiologiska status och deras reaktioner på miljön.

Plantor som innehåller svampens DNA lyser kontinuerligt under hela sin livscykel, från fröplanta till mognad – de behöver inte skaffa sig nya kemikalier

”Till exempel ökar glöden dramatiskt när ett moget bananskal placeras i närheten (som avger etylen)”, skriver författarna.

REDOVISNING

Ungare delar av växterna tenderar att lysa starkast och blommorna är särskilt lysande.

Flimrande mönster eller vågor av ljus är ofta synliga och avslöjar aktiva beteenden i växterna som normalt skulle vara dolda.

I denna publicerade forskning förlitade sig författarna på tobaksplantor på grund av deras enkla genetik och snabba tillväxt.

Forskning på Planta, och av Arjun Khakhar och kollegor, har visat att det är möjligt att använda andra glödande växter, inklusive periwinkle, petunia och ros.

Ett ännu ljusare växtmaterial kan förväntas med ytterligare utveckling.

Nya funktioner kan vara möjliga, t.ex. att ändra ljusstyrka eller färg som svar på människor och omgivning.

”Genom denna levande aura kan vi till och med få en ny medvetenhet om våra växter som efterliknar den inspirerande lockelsen i Avatar”, skriver författarna.

Forskningen har publicerats i tidskriften Nature Biotechnology.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.