Российские ученые получили первые полноценно светящиеся растения

Биолюминесценция довольно широко распространена у грибов и морского планктона, но у настоящих растений в природе не встречается. Генетики пытаются создать их уже не первое десятилетие: такие растения могли бы, например, служить «живыми датчиками», реагируя на появление загрязнителей, или даже осветительными приборами, не требующими подключения к электросети.

К сожалению, пока такие растения оказываются недостаточно жизнеспособными, а яркость и продолжительность их свечения оставляют желать лучшего. Поэтому все более или менее успешные проекты создания «живых лампочек» и «живых датчиков» используют организмы попроще — грибы и бактерии. О новом серьезном успехе в этой области сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature Biotechnology.

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.

Некоторые базидиомицеты Neonothopanus светятся, проводя в своих клетках биохимические реакции с использованием кофейной кислоты. Для этого при посредничестве пары ферментов ее молекулы превращаются в люминесцентные молекулы-предшественницы, а затем, с помощью еще одного белка, могут окисляться с испусканием фотонов. Однако если для грибов кофейная кислота играет лишь узкоспециализированную роль, то у растений она служит прежде всего предшественником лигнина, ключевого полимера твердых клеточных стенок, поэтому встречается очень широко — у всех представителей царства.

Поэтому 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 500-550 нанометров. 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. «Побочных эффектов» от таких нововведений не обнаружено.

Авторы использовали табак — один из классических модельных организмов, удобный в манипуляциях и быстрорастущий. Однако они уверены, что подобная технология может быть с успехом применена и для обычных домашних и садовых растений. Стартап Planta LLC планирует заняться коммерциализацией подобных продуктов.