27位科学家Nature Biotechnology创造出持续发光的活体植物

来源：生物通

电影《阿凡达》中主人公在发着光的茂密森林中穿梭的场景让人迷醉，如果有一天，地球上的生物也可以发光了呢？

近期一组遗传学家宣布了成功创造能够产生可见光的植物，他们在某些菇类中发现的生物发光在代谢上类似于植物中常见的自然过程，因此他们构思通过插入从蘑菇中获得的DNA，创造出比以前亮，且持续发光的植物。

这一发现公布在Nature Biotechnology杂志上。由27位科学家撰写，其中Karen Sarkisyan博士和Ilia Yampolsky主导研究。

科学家们指出利用这种生物光可以观察植物的内部运作，还可以达到实用和美学的目的，比如创建发光的花朵和其他观赏植物。虽然用发光的树木代替路灯可能不太适合，但这些植物能产生了一种宜人的绿色光环，让人舒服惬意。

与其他常用形式的生物发光（例如萤火虫）不同，维持菇类生物发光并不一定需要特殊的化学试剂。含有蘑菇DNA的植物从幼苗到成熟，在其整个生命周期中都持续发光。

作者表示：“三十年前，我们曾用萤火虫的基因帮助建立了第一种发光植物。这些新植物可以产生更明亮，更稳定的发光，这完全体现在其遗传密码中。”

然而，设计新的生物学特征比将遗传部分从一种生物转移到另一种生物要复杂得多，就像手表中的齿轮一样，新添加的零件必须在主体内部代谢整合。对于大多数生物来说，生物发光所需的部分并不是全部已知。直到最近，完整的零件清单仅适用于细菌生物发光，不过过去从这些元件制造发光植物的尝试并没有取得成功，主要是因为细菌元件通常无法在更复杂的生物体中正常工作。

一年多前，科学家发现了维持蘑菇生物发光的元件，这是第一次完全定义先进的多细胞生物的生存光。在最新研究中，作者发现了蘑菇生物发光的奥秘，因此他们能制造出至少发光亮十倍的发光植物。

尽管蘑菇与植物没有密切关系，但发光机制在于在植物用于制造细胞壁的有机分子上，这种称为咖啡酸（caffeic acid）的分子通过涉及四种酶的代谢循环产生光。两种酶将咖啡酸转化为发光前体，然后被第三种酶氧化生成光子。最后一种酶将氧化的分子转换回咖啡酸，再次开始循环。

在植物中，咖啡酸是木质素的组成部分，它有助于为细胞壁提供机械强度。因此，它是植物木质纤维素生物质的一部分，是地球上最丰富的可再生资源。咖啡酸是植物新陈代谢的重要组成部分，也是许多其他涉及色素，香料，抗氧化剂等必需化合物的组成部分。

尽管名称相似，但咖啡酸与咖啡因无关。

通过将光的产生与这一关键分子联系起来，植物发出了光，这可以揭示植物的生理状态及其对环境的反应。例如，当在附近放置成熟的香蕉皮（散发出乙烯）时，发光会急剧增加。这些植物的未成熟部分通常会发光得最为明亮，并且花朵特别亮。通常会看到闪烁的图案或光波，从而揭示出通常会被隐藏的植物内部的活跃行为。

在这项发表的研究中，研究集中在烟草植物，因为它们具有简单的遗传编码，而且生长快速。但是生物发光的好处广泛适用于植物。

这一研究证明了其他发光植物的可行性，包括长春花，矮牵牛和玫瑰。随着进一步的研究，也许可以看到更明亮的植物，未来也许我们真的实现阿凡达里迷人的森林。

参考文献

Plants with genetically encoded autoluminescence