Российские ученые создали стабильно светящиеся в темноте растения Они м

Российские ученые создали стабильно светящиеся в темноте растения Они могут заменить фонари

Ранее ученым уже удавалось создавать светящиеся растения с помощью биолюминесцентных генов, обнаруженных в бактериях. Новая технология, в которой используется ДНК биолюминесцентных грибов, позволяет создать растения, которые светятся в 10 раз ярче, чем «бактериальные».

Ученым удалось создать растения трансгенного табака, которые светятся в разы ярче по сравнению с предыдущими опытами. У них светятся листья, стебли, корни и цветки на протяжении всего жизненного цикла. Кроме того, свечение постоянно меняется и способно образовывать различные узоры.

Например, свет становится сильнее, если рядом с растением положить кожуру спелого банана – она выделяет растительный гормон этилен, который растения не могут не чувствовать. Свечение постоянно меняется, может образовывать необычные узоры и волны на листьях растения, позволяя впервые наблюдать внутренние процессы, обычно скрытые от глаз. При этом есть целые группы организмов, которые светиться не умеют – например, растения.

Как и можно было бы ожидать, интенсивнее всего излучали активно растущие участки — переходная зона между стеблем и корнем, а также молодые побеги и почки, цветы и листья. «Взрослые» ткани понемногу гасли, но люминесценция продолжалась в более молодых участках на протяжении всей жизни экспериментальных растений. Знаменательную работу проделала большая команда российских ученых из Института биоорганической химии имени Шемякина и Овчинникова РАН совместно с коллегами из стартапа Planta LLC. По их словам, им удалось добиться на порядок более яркого и стабильного свечения, нежели у всех предыдущих аналогичных проектов. Для этого команды Карена Саркисяна и Ильи Ямпольского использовали обычные растения табака — и довольно необычную систему биолюминесценции, лишь недавно обнаруженную у грибов.

Им пришлось дожидаться триумфа генной инженерии, чтобы получить собственный свет. Первые попытки заставить растения светиться были предприняты в ещё в 80-е годы, когда растениям табака пересадили ген фермента люциферазы из светлячка. Такие растения светились недолго и лишь пока им давали люциферин. Позже, в 2010 году, появились растения табака, которым вмонтировали «световые» гены бактерий – такие растения светились слабо, свет от них можно было увидеть с помощью специального приспособления плей фортуна. ©Карен Саркисян, Planta LLCПоэтому после того, как ученые модифицировали и перенесли гены «кофейной» биолюминесцентной системы в растения табака, те стали стабильно и без перерывов светиться зеленым светом, с пиком на длинах волн в нанометров.

Помимо научной значимости, светящиеся растения могут иметь и практическое применение. В будущем учёные планируют создать биолюминесцентные версии роз, барвинка и прочих декоративных садовых растений, а также научиться регулировать интенсивность их свечения. Вероятно, мысль о замене привычного уличного освещения светящимися растениями кажется слишком фантастической, чтобы стать реальностью, однако излучающие видимую жизненную энергию растения станут приятным дополнением городских ландшафтов. Последняя сенсационная работа ученых – первые полноценно светящиеся растения. Генетикам удалось перенести люминесцентную систему грибов в клетки растений, получив ярко светящийся табак.

По словам исследователей, растения способны создавать более миллиарда фотонов в минуту. Предыдущие попытки создать такие организмы включали внедрение в них генов светлячков. Но тогда свечение получилось слабым, так как растение имеет собственный метаболизм и системы, которые в корне отличны от тех, что имеются у светлячков. В новой работе ученые специально подобрали такие гены, которые хорошо встраиваются в метаболизм растений и могут органично функционировать в них.

В научной статье рассказывается, что работа велась на двух видах табака — удобных экспериментальных объектах из-за особенности их генетики и быстрого роста. Как исследователями «Планты», так и в параллельном исследовании, проведенном в Университете Миннесоты, продемонстрирована применимость нового подхода для создания светящихся растений других видов, включая барвинок, петунию и розу. Биолюминесценция позволяет испускать видимый свет за счет окисления субстрата (люциферина) специальным ферментом люциферазой.

Люциферин опасен для растительных клеток в концентрациях выше four hundred мкмоль/л, в то время как для эффективной хемилюминесценции, которая позволит наблюдать свечение невооруженным глазом, необходима концентрация не менее 1000 мкмоль/л. И поскольку кофейная кислота нужна растениям для разных целей, то свечение и растительный метаболизм оказались тесно связаны – по свету можно судить о физиологическом состоянии растений и их реакцию на окружающую среду.