Os cientistas projetaram geneticamente uma planta com não apenas um brilho visível, mas um brilho auto-sustentável que tem a duração do ciclo de vida da planta.
É uma melhoria impressionante nas plantas brilhantes anteriores. É mais brilhante que as plantas de tabaco geneticamente modificadas anteriores e não precisa ser alimentado com produtos químicos para manter a luminescência. Além disso, a duração do brilho é muito maior do que as plantas brilhantes produzidas usando nanobiônicos vegetais.
É claro que todos pensamos imediatamente em um jardim noturno ao estilo Avatar, de tirar o fôlego, brilhando e brilhando na escuridão e, ainda mais no futuro, reduzindo nossa dependência da iluminação elétrica.
Mas a vegetação brilhante também pode nos ajudar a entender as próprias plantas – como seu metabolismo funciona e como elas respondem ao mundo ao seu redor.
A equipe trabalhou em duas espécies de plantas de tabaco. E, ao contrário das plantas brilhantes geneticamente modificadas anteriores, que usavam bactérias bioluminescentes ou DNA de vaga-lume, essas plantas foram projetadas usando o DNA de fungos bioluminescentes.
“Embora os genes da bioluminescência bacteriana possam ser direcionados aos plastídeos para projetar a autoluminescência, é tecnicamente complicado e falha em produzir luz suficiente”, escreveram os pesquisadores em seu artigo.
“O ciclo do ácido cafeico, que é uma via metabólica responsável pela luminescência em fungos, foi recentemente caracterizado. Relatamos emissão de luz nas plantas Nicotiana tabacum e Nicotiana benthamiana sem a adição de qualquer substrato exógeno pela engenharia de genes de bioluminescência de fungos no genoma nuclear da planta.”
Foi somente no final de 2018 que uma equipe de pesquisadores (muitos dos quais também trabalharam nessa nova pesquisa) publicou um artigo sobre a biossíntese da luciferina fúngica, os compostos que produzem um brilho nos fungos luminescentes.Eles descobriram que esses fungos sintetizam luciferina a partir de um composto chamado ácido cafeico, trabalhado por quatro enzimas. Duas enzimas trabalham para transformar o ácido cafeico em um precursor luminescente; uma terceira enzima oxida esse precursor para produzir um fóton. A quarta enzima converte a molécula novamente em ácido cafeico, que pode ser reciclado através do mesmo processo.
E é aí que as coisas ficam interessantes – porque o ácido cafeico (sem relação com a cafeína) é encontrado em todas as plantas. É a chave para a biossíntese da lignina, o polímero de madeira que fornece rigidez e resistência às paredes celulares das plantas.
A equipe argumentou que, portanto, seria possível projetar plantas geneticamente para realocar parte de seu ácido cafeico para a biossíntese da luciferina, como visto em fungos bioluminescentes.
Eles uniram suas plantas de tabaco com quatro genes de fungos associados à bioluminescência e os cultivaram cuidadosamente. E eles descobriram que as plantas brilhavam com uma luz visível a olho nu, desde a muda até a maturidade – sem nenhum custo aparente para a saúde da planta.
“O fenótipo geral, o teor de clorofila e carotenóide, o tempo de floração e a germinação das sementes não diferiram do tabaco de tipo selvagem na estufa, com exceção de um aumento de 12% na altura mediana das plantas transgênicas”, escreveram os pesquisadores em seu artigo.
“Isso sugere que, diferentemente da expressão da bioluminescência bacteriana, a expressão do ciclo do ácido cafeico não é tóxica nas plantas e não impõe uma carga óbvia ao crescimento das plantas, pelo menos em estufa”.
Eles descobriram que partes mais jovens da planta brilhavam mais intensamente, com as flores ficando mais brilhantes de todas. Eles produziram, disseram os pesquisadores, cerca de um bilhão de fótons por minuto. Isso não é o suficiente para ler, mas é brilhante o suficiente para ser claramente visível.
Também é cerca de 10 vezes mais brilhante que outras plantas brilhantes geneticamente modificadas, disseram os pesquisadores. Não é a planta mais brilhante produzida; essa honra pertence ao agrião produzido pelos cientistas do MIT usando uma técnica chamada nanobionics de plantas, que produziu um brilho de cerca de um trilhão de fótons por segundo … mas durou apenas 3,5 horas.
A equipe descobriu que esse novo brilho de longo prazo e autossustentável poderia atuar como um indicador de como as plantas reagiam ao seu ambiente externo. Quando colocavam uma casca de banana por perto, por exemplo, as plantas brilhavam mais intensamente em resposta ao etileno emitido.
Também observamos oscilações e ondas na luz, produzidas por processos metabólicos internos que geralmente estão ocultos – sugerindo que essa pesquisa poderia ser uma maneira interessante de estudar a saúde das plantas.
“Ao permitir a emissão autônoma de luz, processos dinâmicos nas plantas podem ser monitorados, incluindo desenvolvimento e patogênese, respostas às condições ambientais e efeitos do tratamento químico”, escreveram os pesquisadores em seu artigo.
“Ao remover a necessidade de adição exógena de luciferina ou outros substratos, essas capacidades luminescentes devem ser particularmente úteis para experimentos com plantas cultivadas no solo”.
Enquanto isso, a equipe está trabalhando na expansão da pesquisa. Eles têm plantas populares geneticamente modificadas, como pervincas, petúnias e rosas. Eles também estão tentando produzir um brilho ainda mais brilhante e cores diferentes. E eles estão pensando muito, muito maiores.
“Embora o ácido cafeico não seja nativo dos animais, a luminescência autônoma também pode ser ativada nos animais”, eles escreveram.
A pesquisa foi publicada na Nature Biotechnology.
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