Trong khi những tin tức khoa học công nghệ lớn phổ biến nhất trong thời gian gần đây đều tập trung nghiên cứu về coronavirus, đại dịch và COVID-19, thì gần đây nhóm các nhà khoa học Nga công bố đã thực hiện thành công quá trình biến đổi gen cây thuốc lá để loài thực vật này có thể phát sáng liên tục cả ngày và đêm. 

Cây tự thắp sáng không chỉ góp phần tạo ra những loạt cây trang trí mới làm nên những khu vườn tuyệt đẹp như trong bộ phim Avatar, mà quan trọng hơn, nghiên cứu này còn giúp giới khoa học dễ dàng tìm hiểu về cách trao đổi chất của cây, cách chúng phản ứng với thế giới xung quanh và xa hơn là giúp con người giảm phụ thuộc vào công nghệ phát sáng bằng điện.

Nhóm nghiên cứu do hai nhà khoa học Tatiana Mitiouchkina và Alexander S. Mishin chủ nhiệm, đã ghép cây thuốc lá vào 4 gen của nấm có liên quan đến phát sáng sinh học, rồi canh tác cẩn thận. Kết quả khiến họ vô cùng ngạc nhiên, cây phát ra ánh sáng có thể nhìn thấy được bằng mắt thường mà không cần can thiệp bất cứ thứ gì trong suốt quá trình.

Ánh sáng được phát ra tự nhiên mà không cần hóa chất hay công nghệ đi kèm. Nguồn: khampha.vn

“Trong sinh học, có nhiều loại nấm phát sáng nhưng cách chúng tạo sáng và lặp lại quy trình khá phức tạp, cũng như ánh sáng tạo ra không đủ. Trong khi đó, nấm luciferin có trong Nicotiana tabacum và Nicotiana benthamiana, hay còn gọi là cây thuốc lá, có thể phát sáng liên tục nhờ vào quy trình lặp lại không ngừng nghỉ của nó,” đại diện nhóm nghiên cứu cho biết trên bài báo đăng ở Nature Biotechnology.

Trong nấm luciferin có hợp chất tạo ra ánh sáng được gọi là axit caffeic. Axit này có 4 enzyme, 2 hỗ trợ phát quang, 1 giúp oxy hóa các chất thành photon và 1 còn lại giúp chuyển đổi phân tử trở lại axit giúp quá trình này được diễn ra tuần hoàn và liên tục. 

Trong thời gian gieo trồng cây phát sáng, nhóm khoa học ghi lại các thông số theo ngày, kết quả cho thấy axit caffeic có trong nấm phát quang sau khi được thêm vào cây, không gây ảnh hưởng nhiều hay gây độc hại cho cây, cũng như không tạo gánh nặng ảnh hưởng tiêu cực đến sự sinh trưởng của cây, dù là trồng trong môi trường tự nhiên hay trong nhà kính.

Nhóm nghiên cứu cũng nhận thấy, những phần non trẻ hơn của cây thì phát sáng rực rỡ hơn mà hoa là phần tỏa sáng nhất. Lượng sáng phát ra được đo khoảng 1 tỷ photon mỗi phút, ánh sáng này yếu và không giúp đọc sách được, nhưng mắt người có thể nhìn thấy được nó trong đêm.

Biến đổi gen giúp cây phát sáng nhưng vẫn không gây hại đến quá trình sinh trưởng bình thường của cây. Nguồn: khampha.vn

Khi quan sát ở mức độ sóng ánh sáng, các quá trình trao đổi chất vốn khó nhìn thấy cũng được hé lộ, cho phép các nhà nghiên cứu có một công cụ đẹp mắt để tìm hiểu và có thể biết nhiều hơn về sức khỏe của thực vật.

Từ phát hiện này, nhóm nghiên cứu sẽ biến đổi gen cây cỏ để bổ sung thêm axit caffeic vào luciferin, từ đó giúp chúng có thể phát sáng tự nhiên.

“Bằng cách cho cây cỏ phát sáng tự nhiên, quá trình phát quang đi cùng với các phản ứng tự nhiên của cây, ta có thể theo dõi được sự sinh trưởng hay bệnh trên cây, cũng như phản ứng của chúng với các điều kiện bên ngoài và từ đó đưa ra hướng xử lý tốt nhất.

Ngoài ra, việc bổ sung hợp chất vào luciferin cũng mở ra một hướng đi mới cho việc theo dõi cây trồng dưới mặt đất, vốn là một vùng không gian tăm tối và khó quan sát,” đại diện nhóm nghiên cứu cho biết thêm.

Nguồn sáng này không đủ mạnh để đọc sách trong đêm, nhưng giúp giới khoa học tìm hiểu thêm về phản ứng của cây trồng với tự nhiên. Nguồn: khampha.vn

Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang tiếp tục mở rộng hơn công trình của mình để biến đổi gen cho nhiều loài thực vật có hoa hơn, chẳng hạn như dừa cạn, dã yên thảo hay hoa hồng. Ánh sáng phát ra cũng đang được các nhà khoa học cải tiến để chúng có cường độ phát quang mạnh hơn, nhiều màu sắc hơn.