漫步夜晚的都市绿地，倘若绿树青草百花各自摇曳生光，闪烁着五颜六色的光芒，会是怎样一番梦幻般的景象。近日，上海市农业科学院生物技术研究所农业合成生物学研究中心团队利用合成生物学技术，在烟草植物中重构了来自真菌的自发光系统。用这一方法培育的植物，具有神奇的夜景价值，研究人员希望未来可以借此重塑城市夜间风景线。
“黑夜，给了我黑色的眼睛”，却让少数动植物散发出五彩缤纷的光——大自然中，存在极少数会发光的植物。比如，中国的灯笼树、非洲的夜光树、芦荟、甲藻和路灯草等。它们会发光主要是因为体内含有能够释放磷化氢气体的物质，磷化氢在空气中可以自燃并发出淡蓝色的光。不过，这类自发光植物发出的光十分微弱。
这次，市农科院的科研人员另辟蹊径，首先合成了由咖啡酸合成荧光素的3个基因以及荧光素酶基因；其次，为促进植物体内咖啡酸的合成，添加了酪氨酸和苯丙氨酸合成咖啡酸的关键酶基因：酪氨酸解氨酶基因（TAL，Sam8）和对香豆酸羟化酶基因（HpaBC，Sam5）；最后，为强化咖啡酸的循环利用，补充了咖啡酰丙酮酸水解酶（CPH）基因。将全部7个基因进行密码子和结构优化并构建成独立的组成型表达单元，随后组装在同一植物表达载体中，通过农杆菌介导转化烟草，成功创制出新一代高强度的自发光植物。
“这一发光系统的基础物质咖啡酸，在植物中普遍存在，系统能源来自植物自身代谢产生的活性分子，因此不需要其他外来能量。在黑暗环境中，植物清晰可见，并且能持续发光。”研究团队负责人姚泉洪告诉新民晚报记者，生物发光现象在植物身上极为稀少，但却普遍存在于真菌、细菌和昆虫等生物中。
而真菌生物发光途径在自然界具有显著的优点。如其原料咖啡酸，是植物和真菌普遍存在的基础代谢物，稳定性高且对动植物细胞毒性低。它还是植物合成木质素的关键中间体，广泛存在于各种植物中且合成途径多样，与真菌没有特殊关系，因此利用真菌发光系统培育发光植物具有得天独厚的优势。所以，上海研究团队此次重构的发光系统前景十分广阔，理论上可广泛应用于家庭绿植、花卉、草坪和行道树等多种植物的遗传改造。团队目前正在筛选加强版真菌发光系统，并通过组织器官特异表达或诱导表达等策略进一步优化发光系统，同时着手将发光系统拓展到绿萝、黑麦草、油菜、番茄、向日葵、玫瑰等植物材料中。