Einige Lebewesen besitzen von Natur aus die Fähigkeit, Licht zu produzieren und im Dunkeln zu leuchten. Diese Biolumineszenz ist aus verschiedenen Tierarten wie Quallen, Fischen und Glühwürmchen bekannt, kommt aber auch in Pilzen vor. Forschende versuchen seit längerem, diese natürliche Strahlkraft auch auf Pflanzen zu übertragen. Dabei orientieren sie sich an den molekularen Stoffwechselprozessen von biolumineszenten Pilzen, weil diese physiologisch denen von Pflanzen ähneln, wie frühere Studien zeigten. Die Forschenden ahmten diese Prozesse in Pflanzen nach, indem sie fünf Pilzgene in Pflanzen transferierten. Das ist allerdings aufwendig und ergab bislang nur Pflanzen mit geringer Leuchtkraft.
Pflanzengen verstärkt Leuchtkraft von transgenen Pflanzen
Das hat sich nun geändert. Ein Forschungsteam um Kseniia Palkina von der russischen Forschungseinrichtung Planta LLC hatte frühere Studien nach Hinweisen auf ein pflanzeneigenes Gen durchforstet, das zu der Biolumineszenz beitragen könnte. Tatsächlich wurden sie fündig: in insgesamt zwölf verschiedenen Pflanzen aus ganz unterschiedlichen Gattungen fanden sie ein solches Gen. Es kodiert für ein Enzym, eine Hispidin-Synthase. Das in diesen Pflanzen und Pilzen produzierte Enzym katalysiert die komplizierteste der verschiedenen chemischen Reaktionen, die zum Leuchten der Pilze führen, wie die Tests ergaben. Das Gen kommt in den verschiedenen Pflanzenarten in unterschiedlichen Varianten vor, wie Palkina und ihre Kollegen feststellten.
Dieser Fund ist der erste Hinweis, das Biolumineszenz auch von Natur aus in Pflanzen vorkommen könnte. In Versuchen mit der Modellpflanze Nicotiana benthamiana ist es dem Team zudem gelungen, dieses neu entdeckte Pflanzen-Lumineszenzgen mit den schon bekannten Pilzgenen zu kombinieren. Dadurch reicht es aus, wenn statt der bisher fünf Pilzgene nur drei in die Pflanzen eingeschleust werden. Das neue Gen diente dabei als Brücke zwischen dem Leuchtmechanismus der Pilze und der Pflanzen und zugleich als Brücke zwischen dem Energiestoffwechsel der Tabakpflanze und ihrer Biolumineszenz. Dadurch begannen die solcherart gentechnisch veränderten Pflanzen heller zu leuchten als in allen früheren Ansätzen, wie Palkina und ihre Kollegen berichten. Auch mit anderen Pflanzenarten gelang dies.
Die Forschenden bauten den hybriden Leuchtmechanismus bestehend aus dem Pflanzengen für die Hispidin-Synthase und den drei übrigen Pilzgenen jedoch nicht nur erfolgreich in verschiedene Pflanzen ein, sondern auch in Hefezellen und menschliche Zellen. Die Hefezellen leuchteten dann sogar heller, als wenn der „klassische“ Leuchtmechanismus aus Glühwürmchen eingebaut wurde. In menschlichen Zellen erzielte der neue hybride Mechanismus von Palkina und ihrem Team jedoch nur ein schwaches Leuchten.
