Los científicos diseñan magníficas plantas brillantes que brillan durante todo su ciclo de vida


El resplandeciente invernadero de nuestros sueños aún está muy lejos, pero se acercó un poco más.

Los científicos han diseñado genéticamente una planta no solo con un brillo visible, sino también con un brillo autosostenible que dura todo el ciclo de vida de la planta.

Es una mejora impresionante en plantas brillantes anteriores. Es más brillante que las plantas de tabaco genéticamente modificadas anteriores, y no necesita ser alimentado con productos químicos para mantener la luminiscencia. Además, la duración del brillo es mucho más larga que las plantas brillantes producidas usando planta de nanobiónica.

Por supuesto, todos pensamos inmediatamente en un impresionante Avatarestilo jardín nocturno, reluciente y reluciente en la oscuridad y, más allá en el futuro, reduciendo nuestra dependencia de la iluminación eléctrica.

Pero la vegetación brillante también podría ayudarnos a comprender las plantas mismas: cómo funciona su metabolismo y cómo responden al mundo que l as rodea.

El equipo trabajó en dos especies de plantas de tabaco. Y, a diferencia de las plantas brillantes genéticamente modificadas anteriores, que usaban bacterias bioluminiscentes o ADN de luciérnaga, estas plantas fueron diseñadas usando el ADN de hongos bioluminiscentes.

"Aunque los genes de bioluminiscencia bacteriana pueden dirigirse a los plástidos para diseñar la autoluminiscencia, es técnicamente engorroso y no produce suficiente luz". los investigadores escribieron en su artículo.

"El ciclo del ácido cafeico, que es una vía metabólica responsable de la luminiscencia en hongos, fue Caracterizado recientemente. Reportamos emisión de luz en Nicotiana tabacum y Nicotiana benthamiana plantas sin la adición de ningún sustrato exógeno mediante la ingeniería de genes de bioluminiscencia fúngica en el genoma nuclear de la planta ".

Era sólo a finales de 2018 que un equipo de investigadores (muchos de los cuales trabajaron en esta nueva investigación también) publicaron un artículo sobre la biosíntesis de hongos luciferina, los compuestos que producen un brillo en hongos luminiscentes.

Descubrieron que estos hongos sintetizan luciferina a partir de un compuesto llamado ácido cafeico, trabajado por cuatro enzimas. Dos enzimas trabajan para transformar el ácido cafeico en un precursor luminiscente; una tercera enzima oxida este precursor para producir un fotón. La cuarta enzima convierte la molécula nuevamente en ácido cafeico, que puede reciclarse a través del mismo proceso.

Y aquí es donde las cosas se ponen interesantes, porque ácido cafeico (sin relación con la cafeína) se encuentra en todas las plantas. Es clave para la biosíntesis de lignina, el polímero de madera que da rigidez y resistencia a las paredes celulares de las plantas.

El equipo razonó que, por lo tanto, podría ser posible modificar genéticamente las plantas para reasignar parte de su ácido cafeico a la biosíntesis de luciferina, como se ve en hongos bioluminiscentes.

Empalmaron sus plantas de tabaco con cuatro genes de hongos asociados con la bioluminiscencia, y los cultivaron cuidadosamente. Y descubrieron que las plantas brillaban con una luz visible a simple vista desde las plántulas hasta la madurez, sin ningún costo aparente para la salud de la planta.

"El fenotipo general, el contenido de clorofila y carotenoides, el tiempo de floración y la germinación de las semillas no difirieron del tabaco de tipo silvestre en el invernadero, con la excepción de un aumento del 12 por ciento en la altura media de las plantas transgénicas". los investigadores escribieron en su artículo.

"Esto sugiere que, a diferencia de la expresión de bioluminiscencia bacteriana, la expresión del ciclo del ácido cafeico no es tóxica en las plantas y no impone una carga obvia en el crecimiento de las plantas, al menos en el invernadero".

Descubrieron que las partes más jóvenes de la planta brillaban más intensamente, con las flores cada vez más brillantes. Estos produjeron, según los investigadores, alrededor de mil millones de fotones por minuto. Eso no es suficiente para leer, pero es lo suficientemente brillante como para ser claramente visible.

También es alrededor de 10 veces más brillante que otras plantas brillantes genéticamente modificadas, dijeron los investigadores. No es la planta más brillante producida; ese honor pertenece al berro producido por científicos del MIT usando una técnica llamada nanobiónica vegetal, que produjo un resplandor de alrededor de un billón de fotones por segundo… pero solo duró 3,5 horas.

Este nuevo resplandor autosuficiente a largo plazo, según el equipo, podría actuar como un indicador de cómo las plantas respondieron a su entorno externo. Cuando colocaban una cáscara de plátano cerca, por ejemplo, las plantas brillaban más intensamente en respuesta al etileno emitido.

También se observaron parpadeos y ondas en la luz, producidos por procesos metabólicos internos que generalmente están ocultos, lo que sugiere que esta investigación podría ser una forma interesante de estudiar la salud de las plantas.

"Al permitir la emisión de luz autónoma, los procesos dinámicos en las plantas pueden ser monitoreados, incluyendo el desarrollo y la patogénesis, las respuestas a las condiciones ambientales y los efectos del tratamiento químico". los investigadores escribieron en su artículo.

"Al eliminar la necesidad de la adición exógena de luciferina u otros sustratos, estas capacidades luminiscentes deberían ser particularmente útiles para experimentos con plantas cultivadas en el suelo".

Mientras tanto, el equipo está trabajando para expandir la investigación. Tienen plantas con flores genéticamente modificadas, como bígaros, petunias y rosas. También están tratando de producir un brillo aún más brillante y diferentes colores. Y están pensando mucho, mucho más grande.

"Aunque el ácido cafeico no es nativo de los animales, la luminiscencia autónoma también podría habilitarse en los animales". ellos escribieron.

No ese ser algo

La investigación ha sido publicada en Naturaleza biotecnología.

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