還記得《阿凡達》裡會發光的植物嗎？有人「種」出來了
2023-03-31 11:07:04 1
本文來自微信公眾號:Scitoutiao，作者:學者，標題圖片:頭像劇照
電影《阿凡達》展示了一個神奇的世界，那裡有鬱鬱蔥蔥的螢光叢林。這些發光的植物創造了一個令人眼花繚亂和奇怪的場景。現在，隨著基因技術的進步，讓植物發出可見光不再是幻想。
在自然生物技術(Nature Biotechnology)本周發布的最新成果中，由合成生物學家卡倫·薩爾基斯揚(Karen Sarkisyan)和伊利亞·亞姆波爾斯基(Ilia Yampolsky)博士領導的27名科學家參與創造了能夠通過基因技術持續發出可見光的植物。
研究人員表示，這項新技術具有實用價值，可以用於美學目的。最重要的是創造發光的花朵和其他觀賞植物。雖然用能發光的樹來代替路燈有點異想天開，但這些植物從生活中發出的綠色螢光確實令人愉快。
光生物執行長基思·伍德博士說:「30年前，我參與了第一個利用螢火蟲基因的發光植物的創造。這項研究創造的新植物可以產生更明亮、更穩定的光。」Light Bio是一家新成立的公司，計劃與研究團隊合作，將這項新技術商業化，並將其應用於觀賞植物。
研究人員使用普通相機和智慧型手機來記錄葉子、莖、根和花的螢光。你可以看看這些美麗發光的植物圖片:
夜光植物的夜景照片
發光植物的生長過程(顏色表示發光強度，而不是實際顏色)
想要植物發光並不容易。
事實上，地球上有一些發光的生物，水母和螢火蟲可能是最熟悉的螢光生物。因此，通過將從發光生物獲得的DNA插入植物，有望創造出具有發光功能的植物。
然而，想要一個非自然發光的生物體發出可見光絕非易事。它不是簡單地將發光基因從一個有機體轉移到另一個有機體。就像手錶的內部裝置一樣，新添加的基因必須在宿主體內正常發揮作用。
對於大多數生物來說，科學家並不完全了解決定光發射功能的基因。直到最近，科學家才發現控制一些微生物螢光的完整基因。
然而，當科學家試圖用這些基因創造發光植物時，他們最終失敗了，因為這些發光生物的基因在複雜的生物中通常不能正常發揮作用。
「幽靈蘑菇」帶來的新發現
據記載，早在1840年，英國植物學家喬治·加德納在巴西首次發現螢光蘑菇。當他看到孩子們在街道的上遊玩蘑菇時，他起初以為孩子們在玩螢火蟲。當時，這一發現沒有引起科學界的注意。
2009年，舊金山州立大學的科學家丹尼斯·德·賈丁和他領導的一個研究小組在巴西發現了世界上最大的生物發光真菌——新拉加禁核組織。研究人員聲稱，現在已經發現了70多種發光蘑菇，但是新發現的螢光蘑菇可以發出非常明亮的奇怪綠光，甚至可以被它的光讀取。這些深色發光蘑菇最初生長在巴西聖保羅附近逐漸消失的森林棲息地。
從帶有毒蘑菇的亮橙色，到狐狸火(蜜環菌發出的微弱而詭異的螢光，一種腐爛木材中的蘑菇)，這種現象可以被描述為五花八門，令人驚嘆。螢光真菌為世界各地的文化提供了想像力空。德斯賈丁說，人們通常害怕這些東西，經常稱它們為「幽靈蘑菇」。
直到一年前，科學家才發現這些蘑菇中保持生物發光的基因。然而，在《自然生物技術》發表的最新研究中，科學家發現這些蘑菇中的生物發光在新陳代謝方面與植物中常見的自然過程相似。將蘑菇的生物發光基因插入植物中可以在植物中發揮正常的作用。
讓植物有魅力直達人心
為什麼發光蘑菇的基因能在植物中成功工作？
科學家發現，儘管蘑菇不屬於植物，但它們的發光主要集中在有機分子上，這也是植物形成細胞壁所必需的。咖啡酸可以通過四種酶的代謝循環產生光。兩種酶將咖啡酸轉化為發光前體，然後被第三種酶氧化產生光子。最後一種酶將氧化的分子轉化為咖啡酸，從而開始新的循環。
咖啡酸循環與一些主要的植物生物合成途徑共享代謝產物
咖啡酸是植物木質素的一種成分，有助於為細胞壁提供機械強度。因此，它是植物木質纖維素生物質的一部分，是地球上最豐富的可再生資源。咖啡酸是植物新陳代謝的關鍵成分，也是許多其他基本化合物的成分，包括顏色、香味、抗氧化劑等。儘管含咖啡因的酸和咖啡因的名字聽起來很相似，但它們沒有關係。
研究人員發現，他們創造的發光植物每分鐘能產生超過10億個光子，比任何一種發光植物都要亮。
此外，通過這種生物光，科學家可以觀察植物的內部活動。與螢火蟲等其他常見的生物發光相比，不需要特殊的化學試劑來維持蘑菇的生物發光，植入蘑菇DNA的植物可以保持植物從幼苗到生長成熟的整個生命周期持續發光，而不損害植物的健康。
通過將光與這一關鍵分子聯繫起來，植物發出的螢光提供了一個內在的代謝指數，它可以揭示植物的生理狀態及其對環境的反應。
例如，當成熟的香蕉皮放在發光植物(釋放乙烯)附近時，發光會顯著增加。植物最脆弱的部分通常發出最亮的光，而花特別亮，所以肉眼可以看到閃爍的光波。這種方法揭示了植物內部的活動，通常隱藏在植物內部。
在這項研究中，研究人員選擇了菸草植物，因為它們的基因簡單，生長迅速。然而，研究人員認為蘑菇生物發光技術廣泛適用於其他植物。
阿凡達中的發光植物
Planta和Arjun Khakhar及其同事的研究證明了將它們應用於其他植物的可行性，包括長春花、矮牽牛和玫瑰。隨著研究的深入，我們甚至可以找到更亮的植物。不僅如此，我們還可能發現新分子會根據人和環境改變亮度或顏色。
通過這項技術，我們甚至可能在未來對植物有一個新的理解，因為它們將具有到達人類心靈的魅力，就像《阿凡達》中潘多拉星球上閃亮的魔法樹一樣。
參考:https://www.eurekalert.org/pub發布/2020-04/mlio-sla042420.php
https://www.nature.com/articles/s4158020-0500-9
本文來源於微信公眾號:學術標題(身份證號:Scitoutiao)，作者:學術之王
