Khả năng phát sáng của cây thuốc lá biến đổi gene qua các giai đoạn phát triển. Ảnh: IFL Science.
Phát quang sinh học, hay sự phát xạ ánh sáng của sinh vật sống, xảy ra khi các enzyme tác động lên một hóa chất được gọi là luciferin trong cơ thể sinh vật, khiến năng lượng giải phóng dưới dạng ánh sáng. Mặc dù được quan sát thấy ở nhiều loài nấm, động vật và vi sinh vật (bao gồm côn trùng, cá, động vật không xương sống và vi khuẩn), hiện tượng không xảy ra ở thực vật trong tự nhiên.
Các nhà nghiên cứu từ lâu đã thành công trong việc tạo ra các cây phát sáng trong phòng thí nghiệm, bằng cách đưa cả luciferin và enzyme cần thiết cho phát quang sinh học vào thực vật thông qua các hạt nano, hoặc kết hợp gene của loài vi khuẩn có khả năng phát sáng.
Tuy nhiên, những cách tiếp cận này cho thấy những hạn chế. Việc cung cấp luciferin trên các hạt nano rất tốn kém và thực vật không thể tự duy trì phát quang sinh học. Trong khi đó, phương pháp kết hợp gene vi khuẩn cho ánh sáng yếu và dường như độc hại đối với thực vật.
Nghiên cứu mới, do tiến sĩ Karen Sarkisyan, CEO của Planta và là nhà nghiên cứu tại Đại học Hoàng gia London của Anh dẫn đầu, đã sử dụng một kỹ thuật hoàn toàn khác, bằng cách khai thác quá trình phát quang sinh học mới được phát hiện gần đây trên một loài nấm. Quá trình này dựa trên luciferin được sản sinh bởi axit caffeic - loại hóa chất tự nhiên có trong thực vật.
Sarkisyan cùng các cộng sự cho biết họ đã chèn bốn gene từ một loài nấm phát quang sinh học có tên là Neonothopanus nambi vào ADN của cây thuốc lá. Những gene này liên quan đến enzyme chuyển đổi axit caffeic thành luciferin, thông qua một loạt các bước, để phát năng lượng dưới dạng ánh sáng, trước khi biến đổi trở lại thành axit caffeic.
Hoa là bộ phận phát quang mạnh nhất trên cây thuốc lá. Ảnh: IFL Science.
Kết quả cuối cùng là thực vật phát ra ánh sáng màu xanh lục có thể dễ dàng quan sát thấy bằng mắt thường. Chúng có khả năng phát quang cả trong bóng tối lẫn ban ngày với cường độ mạnh gấp 10 lần so với ánh sáng được tạo ra bằng phương pháp kết hợp gene vi khuẩn.
Sarkisyan cho biết thêm rằng vị trí phát quang thay đổi khi cây phát triển và độ sáng thường giảm đi khi lá già và tăng lên ở những phần bị tổn thương. Hoa là bộ phận phát sáng mạnh nhất. Chi tiết nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Biotech.
Đoàn Dương (Theo Guardian)