მეცნიერებმა გენური ინჟინერიის საშუალებით შექმნეს მცენარე, რომელიც მთელი სასიცოცხლო ციკლის განმავლობაში ანათებს.
მანათობელი მცენარეები წარსულშიც არის გამოყვანილი, მაგრამ ეს შემთხვევა ბევრად გამორჩეულია. არის უფრო კაშკაშა, ვიდრე გენური ინჟინერიით მანამდე შექმნილი თამბაქო და ამას გარდა, ნათების შესანარჩუნებლად არ სჭირდება ქიმიური ნივთიერებებით კვება. ამავე დროს, ნათების ხანგრძლივობა გაცილებით დიდია, ვიდრე მცენარის ნანიბიონიკების საშუალებით შექმნილი მანათობელი მცენარეების შემთხვევაში.
ალბათ ყველას უცბად თვალწინ წარმოგვიდგა ფილმ „ავატარში“ ნანახი, ღამის წყვდიადში მოკაშკაშე ბაღი და იქვე გავიფიქრეთ, როგორ შეიძლება მომავალში ამან შეამციროს ჩვენი დამოკიდებულება ელექტროგანათებაზე.
მანათობელი მცენარეულობა ასევე შეიძლება დაგვეხმაროს თავად მცენარეების შესწავლაში — როგორ მუშაობს მათი მეტაბოლიზმი და როგორ პასუხობენ ისინი გარემოს.
მკვლევართა ჯგუფი თამბაქოს ორ სახეობაზე მუშაობდა. გენური ინჟინერიით შექმნილი წინა მანათობელი მცენარეებისგან განსხვავებით, რომლებიც ბიოლუმინესცენციურ ბაქტერიას ან ციცინათელას დნმ-ს იყენებდა, ამ მცენარეებში ბიოლუმინესცენციური სოკოების დნმ გამოიყენეს.
„მიუხედავად იმისა, რომ ავტოგანათების შესაქმნელად შესაძლებელია პლასტიდებში ბაქტერიული ბიოლუმინესცენციური გენების ჩართვა, ეს ტექნიკურად მოუხერხებელია და ვერ წარმოქმნის საკმარისი ოდენობის სინათლეს“, — წერენ მკვლევრები.
ორი წლის წინ, მეცნიერებმა აღწერეს კოფეინის მჟავის ციკლი, რომელიც გახლავთ სოკოებში ნათებაზე პასუხისმგებელი მეტაბოლური გზა.
„ორი სახეობის თამბაქოში, Nicotiana tabacum-სა და Nicotiana benthamiana-ში რაიმე სახის ეგზოგენური სუბსტრატის დამატების გარეშე, მცენარის ბირთვულ გენომში ინჟინერიის გზით სოკოების ბიოლუმინესცენციური გენების ჩართვით, ამ მცენარეებმა ნათება გამოყვეს“, — წერია კვლევაში.
2018 წლის ბოლოს, მკვლევართა ჯგუფმა (მრავალი მათგანი მუშაობდა ამ ახალ კვლევაზეც) გამოაქვეყნა კვლევა სოკოს ლუციფერინის სინთეზის შესახებ; ლუციფერინები არის ნაერთები, რომლებიც ლუმინესცენციურ სოკოებში ნათებას წარმოქმნის.
როგორც მათ აღმოაჩინეს, ეს სოკოები ოთხი ფერმენტის საშუალებით ლუციფერინის სინთეზს ახდენენ ნაერთისგან, რომელსაც კოფეინის მჟავა ეწოდება. მათგან ორი ფერმენტი კოფეინის მჟავას მანათობელ პრეკურსორად გარდაქმნის, მესამე ფერმენტი კი ამ პრეკურსორს ჟანგავს და წარმოქმნის ფოტონს; ამის შემდეგ, მეოთხე ფერმენტი მოლეკულას კვლავ კოფეინის მჟავად გარდაქმნის და ამ პროცესის ციკლი ხელახლა იწყება.
სწორედ ეს ნაწილია ყველაზე საინტერესო, რადგან კოფეინის მჟავა (კავშირში არაა კოფეინთან) ყველა მცენარეში გვხვდება. ის საკვანძოა ლიგნინის ბიოსინთეზისთვის; ლიგნინი არის მერქნის პოლიმერული ნაერთი, რომელიც მცენარის უჯრედებს ახევებს და მათ სიმტკიცესა და მექანიკურ გამძლეობას ანიჭებს.
გამომდინარე აქედან, ჯგუფმა დაუშვა, რომ შესაძლებელი იყო გენური ინჟინერიის გზით მცენარეებში კოფეინის მჟავის ნაწილისთვის ადგილის შეცვლა ისე, რომ მათ მოეხდინათ ლუციფერინის ბიოსინთეზი, ისე, როგორც ეს ბიოლუმინესცენციურ სოკოებშია.
ამისათვის, თამბაქოს მცენარეებს შეუყვანეს ბიოლუმინესცენციასთან დაკავშირებული ოთხი გენი და ფრთხილად მოახდინეს მათი კულტივირება. აღმოჩნდა, რომ აღმოცენებიდან ზრდასრულობამდე, მცენარეები ხილულ სინათლეს ანათებდნენ, თანაც ისე, რომ არ დაზიანებულა მათი ჯანმრთელობა.
„ზოგადი ფენოტიპი, ქლოროფილისა და კაროტინოიდების შემცველობა, ყვავილობის დრო და თესლის განაყოფიერება არაფრით განსხვავდებოდა სათბურში არსებული თამბაქოს ველური ტიპებისგან. ერთადერთი განსხვავება ის იყო, რომ ტრანსგენური თამბაქოები საშუალოდ 12 პროცენტით მაღლები გაიზარდნენ“, — წერენ მკვლევრები.
მათივე განცხადებით, ეს იმაზე მიუთითებს, რომ ბაქტერიული ბიოლუმინესცენციის ექსპრესიისგან განსხვავებით, კოფეინის მჟავის ექსპრესიის ციკლი მცენარეებში ტოქსიკური არ არის და არ აფერხებს მცენარის ზრდას, ყოველ შემთხვევაში, სათბურის მაგალითზე.
აღმოჩნდა, რომ განსაკუთრებით კაშკაშად ანათებდა მცენარის ახალგაზრდა ნაწილები, ყველაზე კაშკაშა კი ყვავილები იყო. მკვლევართა თქმით, ამ დროს წარმოიქმნება წუთში მილიარდობით ფოტონი.
როგორც მეცნიერები ამბობენ, ეს მცენარეები დაახლოებით 10-ჯერ კაშკაშაა, ვიდრე გენური ინჟინერიით აქამდე გამოყვანილი მანათობელი მცენარეები. ყველაზე კაშკაშა მცენარე კი მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის მკვლევრების მიერ მცენარის ნანობიონიკების გზით შექმნილი წყლის წიწმატია, რომელიც წამში ტრილიონობით ფოტონს წარმოქმნის, მაგრამ ეს მცენარე მხოლოდ 3,5 საათის განმავლობაში ანათებს.
მკვლევრებმა დაადგინეს ისიც, რომ მათ მიერ მცენარეებში შექმნილი ხანგრძლივი ნათება შეიძლება გამოვიყენოთ იმის ინდიკატორადაც, როგორ რეაგირებენ მცენარეები გარემოზე. მაგალითად, როდესაც მათ ახლომახლოს დადეს ბანანის ქერქი, მცენარეები უფრო მეტად აკაშკაშდნენ, რაც ქერქისგან გამოყოფილი ეთილენისადმი საპასუხო რეაქცია აღმოჩნდა.
სინათლეში ასევე შენიშნეს ჩაბნელებები და ტალღები, რაც შიდა მეტაბოლური პროცესების შედეგია და რაც როგორც წესი, შეუმჩნეველია. ეს კი იმაზე მიუთითებს, რომ ეს კვლევა საინტერესოა მცენარეთა ჯანმრთელობის შესასწავლადაც.
მკვლევართა ჯგუფი მუშაობას განაგრძობს. ამჟამად გენური ინჟინერიით გამოჰყავთ პოპულარული ყვავილოვანი მცენარეები, მათ შორის სუროები, პეტუნიები და ვარდები. ამავე დროს ცდილობენ, წარმოქმნან უფრო დიდი სიკაშკაშე და სხვადასხვა ფერები. ამავე დროს, აქვთ კიდევ ერთი ძალიან დიდი გეგმა.
„მიუხედავად იმისა, რომ კოფეინის მჟავა ცხოველებში არ გვხვდება, ამ გზით ავტონომიური განათების წარმოქმნა შესაძლებელია ცხოველებშიც“, — წერს ჯგუფი.
კვლევა ჟურნალ Nature Biotechnology-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია ScienceAlert-ის მიხედვით.
