Pour la première fois, des chercheurs fabriquent des plantes qui brillent durablement - et elles pourraient un jour éclairer nos maisons

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Bien que les plantes lumineuses puissent sembler être une œuvre de science-fiction, les chercheurs ont réussi à créer des plantes qui produisent leur propre luminescence visible - et ils disent que les possibilités d'utilisation de ces plantes sont infinies.

Cette semaine dans Biotechnologie de la nature , les scientifiques ont révélé que la bioluminescence trouvée dans certains champignons est métaboliquement similaire aux processus naturels communs chez les plantes. En insérant de l'ADN obtenu à partir du champignon, les scientifiques ont pu créer des plantes qui brillent beaucoup plus brillamment qu'auparavant.


Cette lumière biologique peut être utilisée par les scientifiques pour observer le fonctionnement interne des plantes. Contrairement à d'autres formes de bioluminescence couramment utilisées, telles que les lucioles, des réactifs chimiques uniques ne sont pas nécessaires pour maintenir la bioluminescence des champignons - en d'autres termes, les plantes contenant l'ADN du champignon brillent en permanence tout au long de leur cycle de vie, du plant à la maturité.

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La percée est similaire à un projet lancé par des scientifiques du MIT en 2017, qui utilisait des infusions de nanoparticules pour transformer l'énergie stockée par la plante en lumière, même si la lueur n'a duré que quatre heures à la fois. Les chercheurs plus tard ont utilisé leurs plantes brillantes pour une exposition d'art explorer les possibilités d'intégrer les plantes dans une architecture écologique moderne.

«L'éclairage consomme actuellement une grande partie de notre demande énergétique, approchant près de 20% de notre consommation mondiale d'énergie, générant deux gigatonnes de dioxyde de carbone par an», déclare Michael Strano, professeur de génie chimique Carbon P. Dubbs au MIT. «Considérez que les plantes remplacent plus que la lampe de votre bureau. Il y a une énorme empreinte énergétique qui pourrait être remplacée par l'usine électroluminescente. '


Les plantes décrites dans la découverte de cette semaine peuvent également être utilisées à des fins pratiques et esthétiques, notamment pour créer des fleurs brillantes et d'autres plantes ornementales - et tout en remplaçant les lampadaires par des arbres lumineux peut s'avérer fantastique, les plantes produisent une agréable aura verte qui émane de leur énergie vivante.

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Selon les auteurs, les plantes peuvent produire plus d'un milliard de photons par minute.


Le rapport enBiotechnologie de la naturea été rédigé par 27 scientifiques, dirigés par les Drs. Karen Sarkisyan et Ilia Yampolsky. La recherche a été menée principalement grâce à une collaboration entre Planta, une start-up de biotechnologie à Moscou, l'Institut de chimie bioorganique de l'Académie russe des sciences, le MRC London Institute of Medical Sciences et l'Institut des sciences et de la technologie d'Autriche.

Light Bio est une nouvelle société qui prévoit de commercialiser cette nouvelle technologie dans les plantes d'intérieur ornementales en partenariat avec Planta. Le PDG de Light Bio, le Dr Keith Wood, a déclaré: «Il y a trente ans, j'ai aidé à créer la première plante luminescente en utilisant un gène de lucioles. Ces nouvelles plantes peuvent produire une lueur beaucoup plus brillante et plus régulière, qui est pleinement incarnée dans leur code génétique. »

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Cependant, la conception de nouvelles caractéristiques biologiques est plus complexe que le simple déplacement de parties génétiques d'un organisme à un autre. Comme les engrenages d'une montre, les pièces nouvellement ajoutées doivent s'intégrer métaboliquement dans l'hôte. Pour la plupart des organismes, les parties nécessaires à la bioluminescence ne sont pas toutes connues. Jusqu'à récemment, une liste complète des pièces n'était disponible que pour la bioluminescence bactérienne - mais les tentatives passées pour créer des plantes brillantes à partir de ces parties ne se sont pas bien déroulées, en grande partie parce que les parties bactériennes ne fonctionnent généralement pas correctement dans des organismes plus complexes.


Il y a un peu plus d'un an, les scientifiques ont découvert les parties qui soutiennent la bioluminescence des champignons. Pour la première fois, la lumière vivante d'un organisme multicellulaire avancé a été entièrement définie.

Dans le présent rapport, les auteurs révèlent que la bioluminescence des champignons fonctionne particulièrement bien chez les plantes. Cela leur a permis de créer des plantes brillantes qui sont au moins dix fois plus brillantes. À l'aide d'appareils photo et de smartphones ordinaires, un éclairage vert a été enregistré provenant des feuilles, des tiges, des racines et des fleurs. De plus, la production de lumière soutenue a été obtenue sans nuire à la santé des plantes.

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Bien que les champignons ne soient pas étroitement liés aux plantes, leur émission de lumière se concentre sur une molécule organique qui est également nécessaire aux plantes pour fabriquer des parois cellulaires. Cette molécule, appelée acide caféique, produit de la lumière grâce à un cycle métabolique impliquant quatre enzymes. Deux enzymes transforment l'acide caféique en un précurseur luminescent, qui est ensuite oxydé par une troisième enzyme pour produire un photon. La dernière enzyme convertit la molécule oxydée en acide caféique pour recommencer le cycle.

Dans les plantes, l'acide caféique est un élément constitutif de la lignine, qui aide à fournir une résistance mécanique aux parois cellulaires. Il fait donc partie de la biomasse lignocellulosique des plantes, qui est la ressource renouvelable la plus abondante sur Terre.

En tant que composant clé du métabolisme des plantes, l'acide caféique fait également partie intégrante de nombreux autres composés essentiels impliqués dans les couleurs, les parfums, les antioxydants, etc. Malgré leurs noms similaires, l'acide caféique n'est pas lié à la caféine.

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En reliant la production de lumière à cette molécule pivot, la lueur émise par les plantes fournit un indicateur métabolique interne. Il peut révéler l'état physiologique des plantes et leurs réponses à l'environnement. Par exemple, l'éclat augmente considérablement lorsqu'une peau de banane mûre est placée à proximité (qui émet de l'éthylène). Les parties les plus jeunes des plantes ont tendance à briller le plus et les fleurs sont particulièrement lumineuses. Des motifs scintillants ou des ondes lumineuses sont souvent visibles, révélant des comportements actifs au sein des plantes qui normalement seraient cachés.

Dans cette recherche publiée, les auteurs se sont appuyés sur les plants de tabac en raison de leur génétique simple et de leur croissance rapide - mais les avantages de la bioluminescence des champignons sont largement adaptés aux plantes. Des recherches à Planta, et par Arjun Khakhar et ses collègues, ont démontré la faisabilité d'autres plantes brillantes, notamment la pervenche, le pétunia et la rose.

Des plantes encore plus lumineuses peuvent être attendues avec un développement ultérieur. De nouvelles fonctionnalités peuvent être possibles, telles que la modification de la luminosité ou de la couleur en fonction des personnes et de l'environnement. Grâce à cette aura vivante, nous pouvons même acquérir une nouvelle conscience de nos plantes qui imitent l'attrait inspirant deAvatar.

Réimprimé du MRC London Institute of Medical Sciences

(REGARDEZla belle vidéo de compilation de croissance des plantes ci-dessous)

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