تولید گیاهان درخشان با استفاده از ژن‌های قارچ
با یک فناوری جدید که گیاهان را نورانی می‌کند می‌توان عملکرد درونی‌شان را مطالعه کرد
ممکن است یک روز که داخل خانه شدید، ناگهان با موجودات وهم‌انگیز، درخشان و سبزرنگی روبه‌رو شوید که شبیه شاخ و برگ درختان یک بازی کامپیوتری به‌نظر می‌رسند اما در واقع آنها گیاهان نورانی هستند که در آزمایشگاه تولید می‌شوند.
پژوهشگران می‌گویند که فضای سبز درخشان نه‌تنها می‌تواند یک جنبه غیرمعمول را به دکوراسیون منزل اضافه کند بلکه راه جدیدی را پیش‌روی دانشمندان باز می‌کند تا آنها بتوانند عملکرد داخلی گیاهان را کشف کنند.
گاردین در گزارشی نوشته است، در آینده می‌توان از این فناوری برای نمودارکردن فعالیت‌های هورمون‌های مختلف درون گیاهان و بافت‌های مختلف آنها استفاده کرد که البته روشی کاملاً غیرتهاجمی است. کارن سرکیسیان، پژوهشگر کالج سلطنتی لندن و مدیرعامل استارتاپ Planta که سرپرستی این کار به‌عهده اوست، می‌گوید: می‌توان از این فناوری برای بررسی واکنش گیاهان به تنش‌ها و تغییرات مختلف محیطی، ازجمله خشکسالی یا ضربه دندان‌های گیاه‌خواران استفاده کرد. او ادامه می‌دهد: ما امیدواریم که تا چند سال دیگر این گیاهان درخشان را وارد بازار کنیم. درواقع باید آنها را کمی درخشان‌تر کنیم تا بتوانیم گیاهان زینتی زیبایی با این فناوری جدید تولید کنیم. همچنین برای عرضه این گیاهان باید همه مقررات ایمنی را رعایت کنیم تا مجوز تولید صادر شود.
درخشش در طبیعت
حیوانات، میکروب‌ها و قارچ‌های بی‌شماری، از کرم شب‌تاب گرفته تا قارچ‌های عسلی، می‌توانند بدرخشند که نام این پدیده، زیست‌تابی(bioluminescence) است. این پدیده هنگامی اتفاق می‌افتد که آنزیم‌ها بر مواد شیمیایی موسوم به لوسیفرین موجود در موجودات زنده تأثیر می‌گذارند و در نتیجه، انرژی به‌صورت نور آزاد می‌شود. با این حال، پدیده زیست‌تابی به‌طور طبیعی در گیاهان ایجاد نمی‌شود.
این پژوهش برای نخستین بار نیست که انجام می‌شود. پیش از این دانشمندان درباره فضای سبز درخشان کارهایی انجام داده‌اند. این کارها برای نورانی‌کردن همه گیاهان، از چراغ‌های گیاهی خیابانی گرفته تا تولید درختان منور کریسمس، انجام شده بود. در میان رویکردهای قبلی، برخی پژوهشگران هم لوسیفرین و هم آنزیم‌های لازم برای افزایش تابش نور را از طریق نانوذرات به گیاهان منتقل می‌کردند، درحالی‌که گروه‌های دیگر، ژن‌های باکتریایی را برای افزایش تابش نور، در گیاهان گنجانیده‌اند.
با این حال، این رویکردها دارای اشکالاتی بوده است: قراردادن لوسیفرین روی ذرات ریز بسیار گران است و در عین حال از پایداری لازم برخوردار نیست. همچنین ترکیب ژن‌های باکتریایی زیست‌تابی یک فرایند پرزحمت است که البته درخشندگی اندکی هم در پی دارد. سرکیسیان می‌گوید: نکته دیگر این است که رویکرد دوم، گیاهان را مسموم می‌کند.
روش متفاوت
این پژوهش جدید روش متفاوتی را در پیش گرفت که با مهار فرایندی که اخیراً کشف شده، قارچ‌ها را نورانی می‌کند. این گروه پژوهشی می‌گوید که این فرایند به این دلیل مهم است که یک لوسیفرین تولیدشده از یک ماده شیمیایی به نام اسیدکافئیک که به‌طور طبیعی در گیاهان وجود دارد، در این فرایند وارد می‌شود. در مقاله‌ای که سرکیسیان و گروهش در مجله Nature Biotechnology منتشر کردند توضیح داده‌اند که چگونه آنها 4ژن را از یک قارچ زیست‌تابی به‌نام Neonothopanus nambi در دی‌ان‌ای گیاهان تنباکو وارد کردند. این ژن‌ها به آنزیم‌هایی مربوط می‌شوند که اسید کافئیک را از طریق مجموعه‌ای از مراحل به لوسیفرینی تبدیل می‌کنند که انرژی را به شکل نور ساطع می‌کند.
نتیجه این فرایند گیاهانی است که به رنگ سبز مایل به زرد با چشم غیرمسلح قابل مشاهده هستند. سرکیسیان با اشاره به این موضوع که نور ایجاد شده، 10برابر درخشان‌تر از گیاهانی است که به وسیله ژن‌های باکتریایی تولید شده‌اند، می‌گوید: آنها هم در تاریکی و هم در روشنایی روز می‌درخشند. این گروه متوجه شد که با رشد گیاهان، محل پدیده زیست‌تابی تغییر می‌کند. به‌طور کلی پدیده زیست‌تابی با افزایش سن برگ‌ها کاهش می‌یابد و هنگامی که برگ‌ها آسیب می‌بینند، افزایش می‌یابد. به گفته این گروه پژوهشی، گل‌ها بیشترین میزان نور را تولید می‌کنند.
سرکیسیان می‌گوید: در آینده گروه ما می‌تواند «ژن‌های قارچی» را درون دی ان‌ای گیاه و نزدیک ژن‌هایی که به وسیله هورمون‌های خاصی فعال شده‌اند، وارد کنند. وی گفت: شما باید بتوانید نور را فقط از بافت‌هایی که این هورمون در آن فعال است، ببینید. گری فاستر، استاد پاتولوژی گیاهی در دانشگاه بریستول که البته در این پژوهش مشارکت ندارد، می‌گوید: گیاهان درخشان بیشتر مورد استفاده دانشمندان هستند تا کاربردهایی مانند چراغ‌های گیاهی خیابانی، اما با وجود این، آنها برای استفاده‌های اینچنینی مورد توجه قرار می‌گیرند. جان کار، از دانشگاه کمبریج نیز از این کار استقبال کرده است، اما می‌گوید: در این زمینه کارهای بیشتری باید انجام شود. اکنون چالش ما این است که بفهمیم چگونه می‌توان این زیست‌تابی مهندسی‌شده را برای محرک‌های خاص محیطی، توسعه‌ای، شیمیایی یا بیماری‌زا به‌کار بگیریم. اگر این تکنیک بتواند تحولی در فرایندهای اساسی بیولوژیکی ایجاد کند، توسعه آن حتما ضرورت دارد.
فرایند گران
قراردادن لوسیفرین روی ذرات ریز بسیار گران است و در عین حال از پایداری لازم برخوردار نیست. همچنین ترکیب ژن‌های باکتریایی زیست‌تابی یک فرایند پرزحمت است که البته درخشندگی اندکی هم در پی دارد
