Новости - Российские ученые создали растения, светящиеся в темноте

Природная биолюминесценция плохо изучена. До недавнего времени полностью был расшифрован только механизм свечения бактерий. Однако попытки создать стабильно светящиеся растения, используя бактериальную систему, не увенчались успехом.

Чуть более года назад ученые российского научного стартапа Планта установили все компоненты, необходимые для биолюминесценции в грибах. Впервые был полностью расшифрован механизм свечения в сложном многоклеточном организме.

В новой работе авторы открытия показывают, что систему люминесценции грибов можно эффективно перенести на растения. Созданные ими растения трансгенного табака светятся, как минимум, в десять раз ярче по сравнению с предыдущими опытами.

Зеленое свечение исходит от листьев, стеблей, корней и цветков, его видно невооруженным глазом, и можно заснять на обычные фотоаппараты и смартфоны. Что немаловажно, устойчивое свечение не мешает растениям нормально расти и развиваться.

"Мы заметили, что метаболизм биолюминесцентных грибов и обычных растений имеет много общего. И теперь успешно перенесли необходимую для свечения ДНК из грибов в растения, создав растения с устойчивым свечением, превосходящим по яркости все предыдущие подходы", — приводятся в пресс-релизе Российского научного фонда, поддержавшего исследования, слова руководителя проекта по гранту РНФ, доктора химических наук, руководителя Отдела биомолекулярной химии в Институте биоорганической химии имени М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН Ильи Ямпольского.

В отличие от других широко используемых типов биолюминесценции, для поддержания стабильного свечения с помощью нового подхода не требуется добавления химических реагентов. Растения, содержащие грибную ДНК, светятся непрерывно на протяжении всего жизненного цикла, с момента прорастания до цветения. Свечение постоянно меняется, может образовывать необычные узоры и волны на листьях растения, позволяя впервые наблюдать внутренние процессы, обычно скрытые от глаз.

"Усиление свечения наблюдается через некоторое время после рассвета и сразу же при переходе к темноте, а если выключить свет на несколько дней, то "волны" свечения еще некоторое время продолжаются по внутренним "биологическим часам" растения. 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", — говорит один из авторов исследования, директор Ботанического сада МГУ, доктор биологических наук Владимир Чуб.

Ранее ученые выяснили, что грибы для свечения используют вещество фенольной природы — кофейную кислоту, которая также присутствует в растениях. Чтобы появился свет, кофейная кислота должна пройти метаболический цикл с участием четырех ферментов. Два фермента превращают кофейную кислоту в более сложную молекулу, которая затем окисляется третьим ферментом с испусканием фотона — возникает свечение. Еще один фермент превращает продукт реакции обратно в кофейную кислоту, замыкая цикл. Таким образом, для получения светящихся растений, исследователям было достаточно перенести всего четыре гена из грибов в растения.

Авторы проводили эксперимент на двух видах табака, однако, ученые отмечают, что созданная ими система биолюминесценции легко может быть перенесена и в другие растения.

Это открытие, по мнению авторов, найдет широкое применение в науке. Ученые смогут использовать свечение для наблюдения за внутренними процессами в растениях. Также оно может быть использовано для создания светящихся цветов, деревьев и других декоративных растений. Проектом предусмотрено создание коммерческого продукта, так что вполне возможно, что скоро светящиеся в темноте комнатные растения можно будет купить.