浙大杭州国际科创中心团队成功创制自发光植物

电影《阿凡达》中展现了一个神奇的世界，在那里有郁郁葱葱发着荧光的丛林，也有夜晚能发出光芒的花草蘑菇，这些发光植物创造了一片璀璨的奇异景象。Hqk新江南网|江南区域知名综合门户网

近日，浙大杭州国际科创中心生物与分子智造研究院都浩研究员团队利用合成生物学技术，成功创制了一种发光显著增强的自发光植物，让“阿凡达”般的奇幻走进现实。目前，该项成果已发表在国际著名期刊Plant Biotechnology Journal上。Hqk新江南网|江南区域知名综合门户网

此次创制，关键基因来源于发光蘑菇，通过转基因技术整合到植物基因组内，这样植物就能将光合作用产生的生物能，经过一系列代谢途径最终转化为光能。Hqk新江南网|江南区域知名综合门户网

从蘑菇中获得发光基因Hqk新江南网|江南区域知名综合门户网

在发光植物领域，国内外科学家已经探索了四十余年，但不论是利用萤火虫发光还是利用真菌发光，其发光强度都相对较低，严重限制了发光系统的应用。浙大杭州国际科创中心团队成功破除了上述难题，创制出了发光强度达到3×1011光量子/min/cm2的自发光植物。这种发光植物在黑暗中足以照亮周围环境，并能清晰地显示文字。Hqk新江南网|江南区域知名综合门户网

研究发现，咖啡酸和牛奶树碱是有效的发光底物，其含量是影响植物发光强度的重要因素。团队在基础的真菌生物发光途径中引入了来自甘蓝型油菜的BnC3’H1基因和来自构巢曲霉的AnNPGA基因，利用多基因组装的方法将其转入植物中，实现了持续稳定的低亮度照明。Hqk新江南网|江南区域知名综合门户网

相关数据表明，上述两个基因的引入是发光底物增加从而使发光增强的关键。通过这样的方式，科创中心团队稳定转化得到的植物比原来的发光植物亮度提高了五倍多，并成功培育出了发光杨树、菊花、蝴蝶兰等发光植物品种。“这类植物能够持续稳定发出肉眼可见光，进行离体处理的叶片同样能持续发光三天之久。”科创中心生物与分子智造研究院博士后郑鹏介绍。Hqk新江南网|江南区域知名综合门户网

让植物利用光合作用持续发光Hqk新江南网|江南区域知名综合门户网

神奇的发光植物，能否应用到我们的日常生活中？Hqk新江南网|江南区域知名综合门户网

科创中心团队通过一系列实验发现，植物发光的最初能量来源于糖，并且植物作为光合自养生物，可以通过光合作用和呼吸作用，生产发光系统运行所需的所有底物和辅因子。团队还测试了该发光系统在其他观赏性植物中的应用，进一步证实了真菌生物发光系统在草本植物和多年生木本植物中的普遍适用性。Hqk新江南网|江南区域知名综合门户网

这意味着发光植物可以形成一种全新的生物能源转化和利用模式——白天利用光合作用将太阳能转化为有机物、固定空气中的二氧化碳，夜间通过异化作用释放出光能、应用于低亮度照明，有利于节能减排，为“双碳”战略的实现提供新策略新思路，打造一个“阿凡达”的现实世界。Hqk新江南网|江南区域知名综合门户网

都浩介绍，除了在景观装饰方面的潜在应用，发光植物未来还可以开发成动植物基础生物大分子检测工具和生物传感器等，在一定程度上提高检测效率、降低检测成本，助力健康农业和智慧农业探索实践。目前，研究团队还在持续研发，希望提高发光植物的亮度，并开发相关生物学研究工具。Hqk新江南网|江南区域知名综合门户网