Tatiana Mitiouchkina et al. / bioRxiv.org
Российские генетики впервые вырастили растения, которые могут светиться в темноте без добавления каких-либо веществ или облучения ультрафиолетом. Для этого в ростках табака Nicotiana tabacumпришлось экспрессировать четыре фермента из биосинтетического пути светящегося гриба, который та же команда ученых описала ранее. Препринт статьи с фотографиями и видео авторы выложили на bioRxiv.
Биолюминесценция позволяет испускать видимый свет за счет окисления субстрата (люциферина) специальным ферментом люциферазой. Эта система есть у некоторых животных (таких как черви и насекомые) и грибов, но светящихся растений в природе не существует. Год назад мы рассказывали, как исследовательская группа из Института биоорганической химии РАН под руководством Ильи Ямпольского описала путь биосинтеза люциферина у светящегося гриба Neonotopanus nambi и идентифицировала ген, кодирующий грибную люциферазу. Оказалось, что грибной люциферин представляет собой производную кофейной кислоты — обычного метаболита растений.
В новой работе ученые из ИБХ РАН и компании Planta LLC вставили в геном растений табака (одного из любимых объектов генных инженеров) недостающие для биолюминесценции гены гриба — два фермента биосинтеза грибного люциферина (гиспидина) из кофейной кислоты, ген люциферазы и дополнительный фермент для превращения окисленного люциферина обратно в кофейную кислоту. По утверждению генетиков, свечение ГМ-растений видно в темноте невооруженным глазом, при этом никаких дополнительных веществ или условий для биолюминесценции не требуется. Свечение можно зафиксировать на «бытовую» фотокамеру с выдержкой, и даже на камеру хорошего смартфона.
Светящееся растение табака, снятое при умеренном освещении (a) и в темноте (b) на камеру смартфона Huawei P30 Pro с выдержкой 30 сек
Tatiana Mitiouchkina et al / bioRxiv.org
Растения ГМ-табака на разных стадиях развития. Фото сделано на камеру Sony Alpha ILCE-7M3
Tatiana Mitiouchkina et al / bioRxiv.org
Судя по всему, «встроенная» люцифераза в растениях — удобный репортер для мониторинга множества биологических процессов. К примеру, авторы статьи показали, что свечение листьев усиливается при повреждении ткани и при действии растительных гормонов. Кроме того, это просто красиво. Пока что свечение довольно слабое, но теоретически его можно усилить за счет «тюнинга» экспрессии ферментов биосинтетического пути. Ученые также предполагают, что этот биосинтетический путь можно воссоздать и у животных, если дополнить его парой ферментов синтеза кофейной кислоты из аминокислоты тирозина.
Кроме биолюминесценции, живые организмы могут светиться за счет флуоресценции, то есть обратного излучения поглощенного света. Наиболее изученные и используемые в лабораториях флуорофоры — это флуоресцентные белки, например зеленый флуоресцентный белок (GFP) медузы. Чтобы увидеть флуоресценцию, ее надо сначала возбудить, как правило, ультрафиолетовым облучением. При этом для детекции биолюминесценции никакого дополнительного освещения не требуется, что делает описанную систему перспективным инструментом для исследований.
Недавно мы рассказывали также про новый механизм биофлуоресценции, описанный у акул — он реализуется не за счет белков, а за счет малых молекул — продуктов метаболизма триптофана.
Дарья Спасская
Источник: N+1