Đom đóm, mực lửa, sứa, và những sinh vật phù du phát sáng trong lòng đại dương… đó là những ví dụ điển hình của phát quang sinh học, hay các thực thể sống có khả năng phát ra ánh sáng. Mặc dù vậy, trong tự nhiên chưa hề có một loài thực vật nào tiến hóa được đến độ phát ra ánh sáng, dẫu cho các nhà khoa học đã cố gắng giúp chúng làm điều đó trong nhiều thập kỷ.
Nỗ lực đã kéo dài cho tới tận ngày hôm nay, khi một nhóm các nhà khoa học người Nga tuyên bố tạo ra được một loài thực vật biến đổi gen phát sáng đầu tiên có thể nhìn thấy được bằng mắt thường. Đó là những cây thuốc lá được cấy DNA của nấm phát quang sinh học để có khả năng phát ra hơn 1 tỷ photon mỗi phút.
Nghiên cứu mang tính đột phá vừa được công bố trên tạp chí Nature Biotech có thể đưa trí tưởng tượng của chúng ta tới Pandora, một vệ tinh hư cấu với thảm thực vật phát sáng rực rỡ trong bộ phim Avatar của đạo diễn James Cameron.
Nghiên cứu mới được thực hiện tại Planta, một công ty khởi nghiệp công nghệ sinh học có trụ sở ở Moscow, Liên Bang Nga. Planta được thành lập vào năm 2017 để theo đuổi ý tưởng thương mại hóa các loài thực vật phát sáng. Họ hợp tác với một đội ngũ các nhà khoa học có chuyên môn về công nghệ phân tử và chuyển gen thực vật.
"Mặc dù không phải những người đầu tiên làm điều này, nhưng chúng tôi sở hữu những công nghệ phù hợp – một thiết kế phát quang sinh học hoàn toàn mới do nhóm chúng tôi phát minh ra", công ty cho biết.
Trên thực tế, đã có không ít nhóm nghiên cứu trên thế giới cũng đã tạo ra được các loài thực vật chỉnh sửa gen có khả năng phát sáng yếu. Họ làm điều đó bằng cách chuyển gen của vi khuẩn phát quang sinh học vào cây cối.
Thực vật khi đó đã phát ra được ánh sáng, nhưng hiệu suất phát quang còn thấp và ngay cả khi đặt trong phòng tối, ánh sáng phát ra từ những chiếc lá trông vẫn rất lờ mờ và không có ý nghĩa ứng dụng vào thực tế.
Các nhà nghiên cứu tại Planta là những người đầu tiên đưa được mức phát quang sinh học trên thực vật đến độ nhìn rõ được bằng mắt thường. Và khi đặt những cây thuốc lá của họ vào trong một căn phòng tối, thân và những chiếc lá của nó đã phát sáng rực rỡ.
Những cây thuốc lá của Planta phát sáng trong suốt vòng đời của chúng.
Các cây thuốc lá đã có thể đạt được công suất phát sáng cao như vậy là nhờ axit caffeic, gần đây được xác định là phân tử cốt lõi quyết định sự phát xạ ánh sáng trong nhóm nấm phát quang sinh học.
Vì axit caffeic cũng có mặt trong tất cả các loài thực vật, nhóm nghiên cứu đã quyết định đưa DNA của loài nấm này vào bộ gen của cây thuốc lá thay vì sử dụng gen của vi khuẩn phát quang.
Kết quả không ngoài dự đoán, hiệu ứng phát quang từ nấm đã được sao chép mạnh hơn vi khuẩn trên thực vật, cụ thể ở đây là những cây thuốc lá. Sau khi được chuyển gen, chúng đã có khả năng phát sáng trong cả vòng đời, từ khi còn là cây non cho tới khi các tế bào chết đi và những chiếc lá rụng xuống.
DNA của nấm không chỉ làm cho thực vật phát sáng vượt trội hơn, mà nó còn làm sáng tỏ các quá trình xảy ra bên trong loài cây này. Các nhà nghiên cứu cho biết độ phát quang của những cây thuốc lá tăng lên ở vùng chuyển tiếp giữa gốc và thân.
Trong giai đoạn đầu, các chồi non có thể phát sáng mạnh nhất, sau đó là chồi nách ở phần trên của thân. Khi cây trưởng thành, các phần phát sáng ở chồi dần yếu đi nhưng vẫn có độ sáng nhìn thấy được bằng mắt thường.
Tương tự như vậy, những chiếc lá già bị mờ đi do hàm lượng axit caffeic giảm, mặc dù một số lá vẫn có độ phát xạ ánh sáng mạnh trong một giai đoạn ngắn ở cuối quá trình lão hóa.
Nhóm nghiên cứu cho biết họ sử dụng cây thuốc lá vì chúng phát triển nhanh và được nghiên cứu kỹ lưỡng, nhưng về nguyên tắc, kỹ thuật chuyển gen phát quang từ nấm có thể được áp dụng cho nhiều loài thực vật khác, bao gồm cây dừa cạn, cây dã yên thảo và hoa hồng.
Planta đang nhắm đến việc thương mại hóa các loài cây cảnh phát sáng, đưa chúng tới khu vườn hoặc phòng ngủ của bạn.
Vì vậy, có lẽ không quá lâu sau nghiên cứu này, bạn sẽ có thể biến ngôi nhà của mình thành một Pandora thu nhỏ. Khi đó, những loài cây phát sáng sẽ không chỉ còn là khoa học giả tưởng nữa.
Tham khảo Vice, Nature