Группа ученых синтетической биологии в Лаборатории медицинских наук MRC (MRC Laboratory of Medical Sciences (LMS) под руководством доктора Карена Саркисяна, руководителя (LMS), позаимствовала молекулярные механизмы у грибов и внедрило их в растения именно для этой цели. В статье, опубликованной в журнале Nature Communications, показано, как ученые создали растения, способные светиться в темноте всякий раз, когда активируется их естественная иммунная система.
Лаборатории медицинских наук MRC (MRC Laboratory of Medical Sciences (LMS) – это научно-исследовательский институт в Лондоне, входящий в структуру Совета медицинских исследований Великобритании и тесно связанный с Имперским колледжем Лондона. Лаборатория под руководством Саркисяна занимается как фундаментальными, так и прикладными исследованиями, от изучения взаимосвязи структуры и функций белков до создания бактериальных штаммов, способных к направленной эволюции без участия человека.
Саркисян получил широкую известность благодаря разработке генетически модифицированных растений, которые светятся в темноте. Его команда добилась этого, используя следующие природные механизмы:
- Защитные гормоны, салициловая и жасмоновая кислоты, которые растения используют в качестве внутренних сигналов для борьбы с различными типами угроз.
- Биолюминесцентный сигнал, заимствованный у светящихся в темноте грибов, был внесён в геномы этих растений, чтобы позволить им светиться при определённых условиях.
Соединив эти две системы, исследователи создали растения, иммунный ответ которых можно непосредственно визуализировать в виде света. Когда растение обнаруживает опасность, соответствующий гормональный путь активирует гены, отвечающие за свечение в темноте, в результате чего поврежденные растения начинают излучать зеленое свечение.
Используя обычные камеры, без необходимости в специализированных микроскопах или добавлении дополнительных химикатов, ученые наблюдали за реакцией растений на различные воздействия: они обнаружили, что поврежденные растения с поврежденными тканями загорались уже через несколько часов, как и растения, пострадавшие от укусов насекомых. Растения, зараженные патогенными бактериями, демонстрировали различные варианты свечения, отражающие тип иммунного ответа.
Ученые также обнаружили, что во время нормального роста некоторые участки растения ярче становились во время цветения, что соответствует известной активности гормонов во время размножения. Таким образом, светящиеся растения предоставляют наглядную возможность наблюдать за поведением растений, которое обычно остается незамеченным.
Болезни и вредители растений угрожают глобальной продовольственной безопасности, и раннее выявление стрессовых факторов имеет решающее значение для защиты урожая.
Данная технология может помочь исследователям понять, как растения реагируют на реальные условия окружающей среды в будущем, что позволит проводить скрининг сортов сельскохозяйственных культур на устойчивость для снижения зависимости от пестицидов и упростит изучение состояния здоровья растений в теплицах или даже в полевых условиях.
Это также демонстрирует, как синтетическая биология может создавать простые и недорогие инструменты, превращающие невидимые молекулярные процессы в нечто легко наблюдаемое.
В проекте участвовали специалисты из Чехии, России, США и Великобритании. Команда LMS предоставила экспертные знания в области синтетической биологии из группы синтетической биологии LMS.
«Наделив растения способностью самостоятельно излучать свет в ответ на активацию иммунной системы, мы можем наблюдать за развитием защитных механизмов в режиме реального времени, используя лишь стандартную камеру. Это открывает возможности для экспериментов, которые ранее были невозможны за пределами специализированных лабораторий визуализации», — сказал Карен Саркисян.
Источник: MRC Laboratory of Medical Sciences.
