我們知道，螢火蟲、水母、安康魚、洋菇、苔蘚等很多生物都會發光。如果我們能利用最新的生物技術培育出發光植物，那麼它可能成爲無需電流源的終極節能照明設備。大阪大學的永井健治教授等人正在基於這個想法培育發光的行道樹。到2050年，發光的樹木或許可以取代路燈爲城市照明。
利用基因改造技術培育發光的白楊行道樹（示意圖，圖片由大阪大學永井教授提供）
2022年1月美國拉斯維加斯舉行了全球最大規模的消費電子展「CES」。會場上展示了發光白楊行道樹的示意圖。沿着筆直的道路栽種的白楊在陽光下與常見的行道樹沒什麼區別。但到了晚上則會夢幻般地發光，照亮周圍。
這是永井教授與奈良先端科學技術大學院大學的出村拓教授等人組成的研究團隊發佈的成果。由於疫情終極因數，由在美國當地的代表發表了發光蛋白相關的成果等。
據日本資源能源廳的資料，日本國内的辦公大樓和家庭消耗的電力中，30～40％用於照明等。雖然隨着發光二極體（LED）照明等的普及，節能取得了進展，但佔比仍然很大。
能否實施無需電流源的照明呢？候選方案之一是使植物發光。可以模仿發光洋菇等發光生物的遺傳資訊和發光機制，利用基因改造技術將遺傳資訊植入想讓其發光的植物中。
自然界的生物發光機制大致可以分爲兩種。螢火蟲和洋菇等是利用分解蛋白質獲得的能量自行「發光」，而吸收光並改變其顏色發光的「螢光」是水母等的發光機制。但是，發光蛋白發出的光比較弱，螢光蛋白沒有其他能量則無法發光。「所以不能將生物的發光機制直接用於照明。」（永井教授）
爲此，研究團隊利用發光細菌的基因，製備了發光度比原來高10倍的蛋白質。這是透過結合細菌的基因和發光水母的基因實施的。透過將細菌的發光蛋白分解化學物質產生的能量轉移給水母的螢光蛋白，可以有效發光。把產生新蛋白質的基因植入煙霧葉中後，煙霧葉在黑暗中發出了微弱的光。
目前永井教授已經培育出能夠發藍光、綠光和紅光的地錢、擬南芥、菸草和仙客來等。
出村教授正在研究將開發的發光基因植入樹木中。長期以來，人們就一直在研有利用基因改造技術培育抗旱植物。如果應用這種技術，「2～3年後應該能培育出發光樹木」（出村教授）。
培育發光的樹木時，輝度也很重要。過去，美國企業曾試圖銷售發光植物，但由於肉眼難以看到光而最終放棄的例子。
如果將它們用於室内照明或路燈，發光度需要達到當前水平的數十～數百倍。永井教授表示：「課題在於提高基因產生的蛋白質的量和效率。」目標是，首先開發出「發光觀葉植物」，可將其用作房間的裝飾而實施實用化。
探索不影響環境的方法
| 透過基因改造培育發光植物的主要動向與前景 | |
| 1980年代 | 推進植物的基因重組研究 |
| 1990年代 | 推進將發光蛋白植入植物中使其發光的研究 |
| 2000年前後 | 基本的植物基因重組技術確立 |
| 2012年 | 大阪大學的永井教授等人開發出能以多種顏色發光的更明亮的蛋白質 |
| 2018年 | 俄羅斯的研究團隊成功培育出以肉眼可見的強度發光的植物 |
| 2025年前後 | 開發出可改變顏色自發發光的蛋白質 開發出在實驗室裏發光的樹木 |
| 2040年以後 | 經過野外驗證後，發光樹木在路燈較少的地區等實施實用化 |
改造基因的方法在不斷進步。除以往的重組技術外，最近還出現了有效改變基因目標位置的「基因體編輯」技術。日本的第一款基因編輯食品是築波大學校辦初創企業Sanatech Seed（東京港區）培育的番茄，將抑制血壓擧升的物質含量增加了約5倍。已從2021年9月開始銷售。
生物多樣性框架《卡塔赫納生物安全議定書》對基因轉殖生物進行了規範。目的是防止操作了基因的動植物等影響生態系統。發光植物的培育同樣如此，「除技術課題外還存在倫理和產業化相關的課題」（出村教授）。
如果透過基因重組發光的行道樹結出的種擴散到了自然界會怎樣？如果有人把它們帶走並在其他地方種植又會怎樣？這些問題都需要進行具體討論。
研究團隊目前關注的是扦插育苗的植物。白楊一般也透過扦插種植。出村教授表示：「透過基因改造將其變成不開花和不結種等無法自然繁殖的植物後才能用於行道樹。」
另外，在抑制對野生生物等的影響的同時，建設永續發展社會的舉措也很重要。
日文：北川舞、《日經產業新聞》，2022/02/04
中文：JST客觀日本編輯部
