Учёные из России в сотрудничестве с коллегами из других стран создали трансгенные светящиеся растения. Новые организмы светятся в десять раз ярче ближайших аналогов, их свечение можно снять даже на смартфон. Растение испускает свет всю свою жизнь, и ярче всего сияют его цветы. При этом новая разработка придётся по душе не только любителям эстетики, но и исследователям метаболизма растений.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature Biotechnology.
"Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) уже писали о растениях, которые светятся благодаря генам бактерий и светлячков. Но до сих пор сияние этих чудес трансгенной ботаники было очень тусклым.
Дело в том, что учёные не очень хорошо представляли себе, какие именно гены нужно внедрить в ДНК нового организма. Ведь биохимические процессы, превращающие в фонарик, например, светлячка, всё ещё недостаточно изучены.
До самого недавнего времени единственной группой живых организмов, механизм свечения которых был ясен во всех деталях, оставались бактерии. Но бактериальные гены зачастую плохо работают в геноме эукариот.
В 2018 году специалисты выяснили, почему светятся грибы вида Neonothopanus nambi.
Оказалось, что для этого нужна кофейная кислота и четыре белка-фермента, который с ней взаимодействуют. Два фермента превращают кофейную кислоту в более сложное вещество. Последнее окисляется третьим ферментом (в ходе этой химической реакции и испускается свет). Наконец, четвёртый белок превращает продукт реакции обратно в кофейную кислоту, замыкая цикл.
Теперь засветились (от интереса) глаза биологов. Ведь кофейная кислота – важнейший элемент обмена веществ любого растения, она присутствует в его тканях в больших количествах. Значит, остаётся пересадить "зелёному другу" четыре гена, кодирующие упомянутые белки. Перспектива была во всех смыслах сияющая.
Именно так и поступили исследователи. Причём в состав новой научной группы вошли несколько соавторов предыдущей статьи. Например, одним из её руководителей стал Карен Саркисян из Института биоорганической химии имени Шемякина-Овчинникова РАН.
В качестве подопытного организма эксперты выбрали табак, геном которого хорошо изучен. К тому же эта культура очень быстро растёт и не раз использовалась в необычных исследованиях.
Результат оказался настоящим подарком для ценителей фильма "Аватар" с его несуществующим, но таким прекрасным светящимся лесом.
Зелёное свечение исходит от листьев, стеблей, корней и особенно цветков трансгенного табака. Оно как минимум вдесятеро ярче, чем у любых других генетически сконструированных светящихся растений. Им можно любоваться невооружённым глазом и даже снимать на бытовые фотоаппараты и смартфоны.
При этом столь необычные качества совершенно не мешают организму нормально расти и развиваться. Оно светится в течение всей своей жизни.
"Свечение [этих] трансгенных растений достаточно переменчиво. Молодые побеги растений, а в особенности – цветки, светятся ярче. Свечение постоянно меняется, может образовывать необычные узоры и волны на листьях растения", – рассказывает соавтор новой статьи Владимир Чуб, директор Ботанического сада МГУ имени М. В. Ломоносова.
Среди соавторов исследования есть и представители компании Planta, которые намерены коммерциализировать разработку. С ней сотрудничает и компания Light Bio, генеральный директор которой Кит Вуд (Keith Wood) тридцать лет назад создал первое светящееся растение, пересадив ему ген светлячка.
Действительно, испускающие свет растения – это очень красиво и необычно, и наверняка многие захотят высадить подобное чудо у себя в саду или на подоконнике.
Биологи уже приступили к созданию светящихся барвинков, петуний и роз.
Но достижение весьма заинтересовало и самих учёных, для которых новое знание притягательнее сияющего цветка. Они обратили внимание на то, как свечение меняется в течение суток и как оно реагирует на инъекции растению разных веществ.
Так, биологи установили, что интенсивность свечения показывает содержание кофейной кислоты в данной части растения в конкретную секунду. Это и понятно, учитывая, что именно из этого вещества получается светящаяся субстанция.
Это означает, что исследователи получили очень точный индикатор, позволяющий в реальном времени следить за обменом веществ растения. Для физиологов это невероятный подарок.
"До разработки светящихся растений об изучении динамики метаболизма можно было только мечтать. Новая технология позволяет оценивать фенольный метаболизм в минутных интервалах времени, и получать информацию о локализации процессов с точностью до миллиметров", – отмечает Чуб.
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали том, как российские учёные научили грибы светиться всеми цветами радуги, а британцы создали светящееся мороженое.
