Tìm ra cách khiến cây cỏ tự phát sáng

Nghiên cứu về những loài thực vật phát sáng giúp các nhà khoa học hiểu hơn về cách cây xanh trao đổi chất và cách chúng phản ứng với sự thay đổi của môi trường sống xung quanh.

Trong tương lai, việc nuôi cấy thành công các loài sinh vật có khả năng tự phát sáng sẽ giúp loài người ít phụ thuộc hơn vào ánh sáng điện.

Khác với các nghiên cứu trước khi sử dụng vi khuẩn phát quang và DNA đom đóm, các nhà khoa học lần này quyết định cấy ghép DNA của nấm phát quang sinh học lên 2 loài cây thuốc lá.

Phát hiện hợp chất đặc biệt từ nấm phát quang

Cuối năm 2018, một nhóm các nhà nghiên cứu đã xuất bản bài báo về sinh tổng hợp nấm luciferin, hợp chất tạo ra ánh sáng trong nấm phát quang.

Họ phát hiện ra loài nấm này tổng hợp luciferin từ một hợp chất gọi là axit caffeic, hoạt động nhờ 4 enzyme khác.

Cụ thể, 2 enzyme giúp biến axit caffeic thành tiền chất phát quang. Một enzyme có chức năng oxy hóa tiền chất trên để tạo ra một photon. Enzyme cuối cùng chuyển đổi phân tử trở lại thành axit caffeic, tiếp tục quá trình trao đổi theo qui trình tương tự.

Nấm phát quang được tìm thấy trong môi trường tự nhiên. Ảnh: Nicky Bay/Flickr.

Và đây là nơi mọi thứ trở nên thú vị, vì axit caffeic được tìm thấy trong tất cả các loại thực vật. Axit caffeic là chìa khóa để sinh tổng hợp lignin, chất kết dính tạo nên độ cứng cho tế bào thực vật.

Nhờ phát hiện này, nhóm nghiên cứu xác định họ có thể cấy bộ gen tổng hợp axit caffeic lên các loại cây khác, để chúng tự tổng hợp luciferin như nấm phát quang.

Kết quả khả quan, sẽ thí nghiệm trên các loài hoa

Các nhà nghiên cứu đã ghép gen của 4 loài nấm phát quang vào các cây thuốc lá và chăm sóc cẩn thận. Kết quả là các cây ghép này phát triển ổn định, đồng thời phát ra ánh sáng có thể nhìn thấy bằng mắt thường.

Trong môi trường nhà kính, kết quả cho thấy cây được cấy gen có hàm lượng chất diệp lục, chất caroten, thời gian ra hoa và nảy mầm không khác biệt với với các cây thuốc lá khác, ngoại trừ việc cao hơn khoảng 12%.

Các cây thuốc ghép gene phát ra ánh sáng có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Ảnh: Chụp màn hình.

Các nhà nghiên cứu còn phát hiện những phần còn non sẽ phát sáng mạnh hơn. Đặc biệt là những bông hoa có thể sản xuất ra khoảng một tỷ photon mỗi phút. Số lượng này được nhận định là đủ sáng để mắt thường có thể nhìn thấy.

Ngoài ra, các cây thuốc lá cấy gen sẽ tự điều chỉnh cường độ phát sáng khi điều kiện xung quanh thay đổi. Kết quả đo được các cây phát sáng rực rỡ hơn khi tiếp xúc gần với khí ethylene tỏa ra từ vỏ chuối.

Các nhà nghiên cứu cho biết đang mở rộng thử nghiệm lên các loài thực vật có hoa phổ biến như cây dừa cạn, dã yên thảo và hoa hồng. Họ cũng đang cố gắng tạo ra nguồn ánh sáng mạnh hơn và đa dạng màu sắc hơn.

"Chúng tôi cho rằng sự tự phát quang có thể được phát triển trên các loài động vật, mặc dù cơ thể chúng không có sự tồn tại của axit caffeic", các nhà nghiên cứu viết.

Thí nghiệm cấy gene phát quang thành công trên cây thuốc lá Một nghiên cứu khoa học được công bố trên trang Nature Biotechnology, cho thấy kết quả khả quan trong việc cấy ghép gene phát sáng trên các loài thực vật.

Kim Cang
Theo Sciencealert