【CC讲坛】段康:从萤火虫到海洋发光细菌，创造一种能够发光的植物

段康

云南纳博生物科技有限公司项目负责人

萤火虫对我们来说算是最熟悉的发光生物了。我们创造一种发光的植物的最初灵感也来源于萤火虫。从小就非常好奇这些萤火虫为什么会发光？

我们从2013年开始，我们收集了很多很多很多萤火虫的荧光素酶基因和荧光蛋白基因。我们利用传统的基因转化技术，把这些基因导入到不同的植物细胞核里面去。大家看，这是一个植物细胞，紫色的是细胞核，绿色的是叶绿体。一般来说，一个植物细胞里面只有一个细胞核，叶绿体有几十到上百个。但是我们发现发光太微弱了，你甚至只能用仪器在细胞水平检测到发光，我们发现其根本原因就是发光基因在植物中的表达量实在是太低太低了。那么它怎么能够使我的外源基因大量表达呢？一个植物细胞里面有几十到上百个叶绿体，假如每一个叶绿体DNA上面都有我的发光基因，那么这个发光的表达就能显著提高，让这个植物发出肉眼可见的光便有可能了。

有了解决思路，所以我们团队攻克了一个又一个的技术难题，我们从无到有建立了这个叶绿体转化技术，到我们把荧光素酶基因转入到这个植物的叶绿体中，我们发现这个发光还是很微弱。要让这个植物发出肉眼可见的光，我们还需要找到更好的发光基因，不知道多少次的讨论，海洋发光细菌的发光基因系统引起了我们的强烈兴趣。从表观来说发光细菌如此小的一个个体，但是它们却可以照亮整个海滩，那我的植物细胞里面的每一个叶绿体，可不可以跟这些发光细菌一样，一起发出的光也可以看起来如此的灿烂。从基因层面来说，这个发光基因系统被研究的很清楚，它的酶和底物通路基本清楚，不需要外界的任何帮助，完全属于自产，自给自足，只要这个植物生长的越好，那么它发光就会越亮。所以我们打起精神，我们首先把这个发光基因转入到大肠杆菌里面去，然后我们经过细心的照料。

当我们看到这个大肠杆菌的发光效果如此之好之后，我们心里有了底气。然后我们开始进行高强度的植物转化，我们把这些发光基因系统，利用基因枪的物理轰击，在不破坏叶绿体基因组任何一个碱基的前提下，定点导入到我们设计好的叶绿体基因组的物理位置上。几个月的艰苦工作，我们成功获得了第一个阳性的愈伤组织。

我们开发了能够快速准确检测发光基因在叶绿体基因组中含量的技术，含量高的我们就继续培养，有点像我们现在的产前诊断。通过产前诊断出的愈伤组织能不能够发光，我们心里还是没有谱，毕竟自然界中有那么多的发光生物，但就是没有发光植物，所以创造一种能够发光的植物，也不是一件容易的事情吧！

我记得很清楚，那是一个周六的夜晚，我媳妇，那时候还是女朋友，她过来陪我加班。她为了犒劳我，特意让我带了三个橘子去暗室吃，我一个人就在暗室里面吃着橘子。我们自制的暗室很简单的，是大家常见用的防晒用的宣传架和那些黑纱布搭建的，面积也很小。我就在里面吃着橘子，适应黑暗，克服孤独。当我吃完最后一瓣橘子的时候，我突然发现眼前一亮，我以为是眼睛冒星光。我揉了揉，那些发光的强度好像来自愈伤织。我再揉了揉，它们亮了，它们亮了，它们真的亮了！