自然杂志报道说,得益于发光蘑菇的基因,改造过的牵牛花能够发出持续的绿光。
现在,美国消费者可以为自己的家庭或花园预订一种会持续发光的基因工程植物。美国 48 个州的居民,只需支付 29.00 美元的基本费用,就可以得到一种牵牛花(Petunia hybrida),这种牵牛花的花朵在白天看起来是白色的,但在黑暗中会发出微弱的绿光。
位于爱达荷州太阳谷的生物技术公司Light Bio,将于4月份开始运送一批5万株萤火牵牛花。
研究人员似乎对它们很着迷。西班牙巴伦西亚植物分子和细胞生物学研究所的植物生物学家迭戈·奥尔萨兹说,这是一个 “开创性的事件”,制造出一种能发出足够明亮的生物光的植物,肉眼就能看到,而且还能卖给植物爱好者,”作为一个欧洲人,我很羡慕美国的消费者能买到这些植物。”
生长和发光
自 20 世纪 80 年代以来,Light Bio 公司的首席执行官兼联合创始人基思·伍德,就一直致力于研究生物发光植物(通过细胞内的化学反应发光)。1986 年,他和他的同事说,他们在一种烟草(Nicotiana tabacum)中插入了来自萤火虫的荧光素酶基因,从而培育出了第一种生物发光植物。
当时,他们的目的是了解基因表达的基本原理,而这一工具至今仍被植物生物学家所使用。研究人员可以对植物进行改造,当某个感兴趣的基因被激活时,荧光素酶基因也会被激活,植物就会发光。
伍德说,由于这是一件 “很酷的事情”,创业公司随后试图制造这种植物用于装饰。但这些植物只能发出微弱的光,而且需要特殊的食物来促进发光化学反应。
萤火牵牛花能发出耀眼的光芒,而且不需要特殊的食物,这要归功于生物发光蘑菇 Neonothopanus nambi 的一组基因。这种真菌通过分子咖啡酸来促进发光反应,而陆生植物恰好也会制造咖啡酸。
通过将蘑菇基因植入矮牵牛中,研究人员使这种植物能够产生酶,将咖啡酸转化为发光分子荧光素,然后再将其回收为咖啡酸,从而实现持续的生物发光。伍德与这项工作背后的两位研究人员,伦敦 MRC 医学科学实验室的合成生物学家 凯伦·萨基扬和莫斯科 Pirogov 俄罗斯国立研究医科大学的生物分子化学家 伊利亚·扬波尔斯基, 共同创立了 Light Bio 公司。
与需要特殊灯泡的荧光不同,牵牛花的生物发光不需要任何特殊类型的光或特殊食物。这使得牵牛花有别于市场上的其他发光生物,GloFish。这些水族宠物有许多种类和颜色,包括电光绿四鳃鱼,在紫外线照射下会发出荧光。
萨基扬说:”如果你对这种植物非常好,如果它能获得足够的阳光,如果它是健康的,它就会发出更亮的光。”
但他希望控制人们的期望值:不会亮到让你晚上睡不着觉。这是一种温和的绿色光芒,类似于满月的光芒。
从不同角度看基因工程
这种植物已于今年 9 月获得美国农业部的批准。萨基扬说,Light Bio 公司之所以选择牵牛花,是因为牵牛花在美国被广泛用作观赏植物。选择牵牛花也是为了将风险降到最低。这种牵牛花不是北美原生植物,不属于入侵物种。因此,改良基因扩散到本地植物中并破坏生态系统的几率应该很小。
自然杂志联系的科学家们认为这没有任何安全风险。
伊利诺伊大学香槟分校的植物生物学家史蒂文·伯吉斯说:”人们对转基因植物的反应很复杂。”
他说,会发光的家庭盆栽与农业使用的盆栽不同,后者的种子归一家公司所有。
伯吉斯将发光牵牛花与另一种适时产品进行了比较。紫番茄(Solanum lycopersicum)的种子已于本月初在美国上市,是第一种直接面向园艺家销售的转基因食品。研究人员在番茄3 中植入了一种金鱼草(Antirrhinum majus)的基因,以获得番茄的颜色和高含量的花青素(一种抗氧化剂)。
当被问及Light Bio是否担心植物爱好者与朋友分享矮牵牛的扦插枝条时,萨基扬说,虽然公司拥有这项技术的专利,但并不打算严厉打击这种行为。他说:”最积极的应对方式是推出更好的新产品。”
今年,这个公司分享了4个成功案例,即通过加入其他蘑菇物种的基因,并利用定向进化使其在植物中发挥更好的功能,从而提高了植物的生物发光亮度。
奥尔萨兹对牵牛花背后技术的研究潜力感到兴奋。他目前正在开发利用蘑菇荧光素酶系统在植物受到压力或病毒感染时进行交流的植物。他设想,未来的农民可能会从卫星或夜间飞行的无人机上,提前得到作物出现问题的信息。
“基因工程可以造福人类,”奥尔萨兹说。
他承认很多人都害怕基因工程。他说,”有了基因工程的正面例子,有了人们可以触摸和带回家的东西”,比如萤火牵牛花,·可以帮助人们从不同的角度看待这种改造。