白天，東北角雉是一種相當(dāng)不顯眼的褐色真菌。但單調(diào)的外表背后隱藏著一個驚喜：夜晚，真菌會發(fā)出幽靈般的綠色。納姆比是100多種發(fā)光蘑菇之一。亞里士多德記錄了這種被稱為生物發(fā)光的現(xiàn)象，他描述了發(fā)光的腐爛的樹皮。現(xiàn)在，科學(xué)家們第一次發(fā)現(xiàn)了允許生物發(fā)光真菌發(fā)光的生化途徑。但他們走得更遠(yuǎn)：通過將產(chǎn)生發(fā)光所需的三種基因放入不發(fā)光的酵母中，他們創(chuàng)造了一種人工發(fā)光的真核生物。奧地利科學(xué)技術(shù)研究所(奧地利IST)教授費奧多爾康德拉肖夫是今天發(fā)表的研究報告的合著者。PNAS，由俄羅斯科學(xué)院生物有機(jī)化學(xué)研究所的伊利亞揚波爾斯基領(lǐng)導(dǎo)。
螢火蟲和地上發(fā)光的蘑菇是在巴西森林深處的黑夜中為數(shù)不多的可以看到的東西。因為生物發(fā)光過程，兩者就像生活中的夜燈，是一種自然現(xiàn)象。通過這種自然現(xiàn)象，一種叫做熒光素的物質(zhì)在熒光素酶的幫助下被氧化發(fā)光。生物發(fā)光存在于許多物種中，從發(fā)光的蠕蟲到深海魚類。然而，到目前為止，除了細(xì)菌之外，沒有生物知道熒光素產(chǎn)生的生化途徑。這種知識的缺乏阻礙了讓動植物等高等生物發(fā)光的嘗試?，F(xiàn)在，由Ilia Yampolsky領(lǐng)導(dǎo)的12個不同機(jī)構(gòu)之間的國際合作，在Fyodor Kondrashov、Louisa Gonzalez Somermeyer和他的前團(tuán)隊成員Karen Sarkisyan的參與下，Neonothopanus nambi大放異彩。
科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了新刺楸生物發(fā)光的關(guān)鍵基因。利用文庫篩選和基因組分析，該團(tuán)隊確定了有助于合成熒光素的酶。他們表明，作為生物發(fā)光反應(yīng)底物的真菌熒光素，距離一種名為咖啡酸的著名代謝物(即真菌產(chǎn)生的代謝物)只有兩步的酶程。Kondrashov的團(tuán)隊比較了那些沒有發(fā)光的蘑菇，發(fā)現(xiàn)了基因復(fù)制是如何在1億多年前使生物發(fā)光發(fā)展的?？档吕し蛘f，為什么它的進(jìn)化仍然不清楚，“生物發(fā)光是有益的還是只是一種副產(chǎn)品？我們還不知道。有證據(jù)表明這種發(fā)光會吸引散布孢子的昆蟲。但我覺得不太有說服力。
了解了生物發(fā)光真菌是如何發(fā)光的，然后研究人員點亮了非生物發(fā)光的真核生物。編碼熒光素酶的基因與其他三個基因一起被插入到新生嗜血桿菌中，該基因的產(chǎn)物形成一條鏈，該鏈將代謝物咖啡酸轉(zhuǎn)化為反應(yīng)底物，并將熒光素轉(zhuǎn)化為酵母畢赤酵母，導(dǎo)致酵母菌落的發(fā)酵。“我們不提供使酵母發(fā)光的化學(xué)物質(zhì)。相反，我們提供了將酵母中已經(jīng)存在的代謝物轉(zhuǎn)化為光所需的酶，”Kondrashov解釋道。
這一發(fā)現(xiàn)可以廣泛應(yīng)用于組織，組織通過點亮產(chǎn)生光的動物和植物來報告其生理變化。“如果我們想到發(fā)光植物取代路燈的科幻場景——就是這樣。這是一個可以實現(xiàn)這一目標(biāo)的突破，”Kondrashov總結(jié)道?！叭欢?，可能需要幾年時間才能看到這樣的植物路燈被設(shè)計出來?！?
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