植物进化出了应对紫外线的信号通路，今天地球上所有植物都有一种蛋白质，它宛如植物的 “眼睛”，可以 “看到” 紫外线，继而施发信号，引起植物体自身内部的一系列反应。这条从感受到紫外线到植物体内部反应并最终使得植物产生某种表现的信号通路，像一条从上游到下游串联的开关，由基因组成，而触发开关的就是紫外线。
梅西大学的 Jason Wargent 教授，在该领域拥有超过 15 年的专业知识。他的研究揭示了植物应对紫外线的信号通路中 [紫外线 — 基因 — 植物表现型] 三者的对应关系，植物的光形态反应涉及 100 多个已知基因在不同植物功能中的作用，并与农业所需性状强烈重合。 为紫外线辐射在作物生产中的作用奠定了植物生理学与分子学的理论基础。
2013 年他发表在 New Phytologist 的论文 “From ozone depletion to agriculture: understanding the role of UV radiation in sustainable crop production” 则阐释了紫外线辐射在作物生产中的作用：
(来源：Dr. Jason Wargent 研究论文 [1])
经过一定条件的紫外线辐照，植物在叶片形态、光合作用、蛋白质合成、养分利用率、抗病虫害、挥发性有机化合物的分泌等许多方面产生了积极反应，最终体现为作物产量甚至营养价值的提升。
作为世界领先的植物紫外线光生物学家，Jason Wargent 教授是 BioLumic 的创始人兼首席科学官，领导着公司的科学团队和知识产权战略，致力于紫外线光生物学的农业应用、开发新型农业技术。他在 E Tipu 2021 的演讲中分享了自己的创业动机：食物来自哪里?人口增长的情况下现有的农业生产很难满足未来的需求;基因编辑改造农作物、开发新型植物营养素的成本高昂且耗费时间...... 既然已知紫外线在调控植物生理代谢路径中的作用，而南半球拥有丰富的紫外线，是否能通过轻触紫外线这一开关，让植物自己去启动自己的编码程序，产生有益于人类的表现型?
光不仅可以通过叶片，也可以在种子或幼苗阶段改变植物的生理过程。种子亦有自己的光形态发生信号和相应机制 —— 在种子的特定区域，有基因在紫外线信号转导和下游调节中发挥作用。Jason Wargent 教授据此设想了一种更加节约而简便的方法：只在植物生命的早期对种子或幼苗进行一定条件的紫外线刺激，而不需应用于植物整个生命周期。
(来源：BioLumic 官网)
沿着以上猜想，BioLumic 进行了如上图所示的实验。第一步：用不同的紫外线配方处理(辐照)种子。将不同频率的紫外线设置了 10 15 种配比，分别对种子进行辐照。第二步：种子播种后，用基因 marker 的方法探测植株有哪些基因改变，并用表现型分析法评估植物最终呈现的性状。第三步： 将筛选出来的紫外线配方实地应用。简言之，是结合光生物学、分子生物学等的手段培育具有优良性状的作物。
这项技术首先被 BioLumic 应用在玉米上。大田试验表明，紫外线处理过的种子所种植的玉米，在产量上，比普通种子种出的高 10%。
图 | 经紫外线处理过种子的玉米产量对比，左为试验组(来源：BioLumic 官网)
除产量外，根部的生长、对病原体的耐受性、作物生长速率都有显著提高。
图 | 经紫外线处理过的玉米根部对比，左为试验组 (来源：BioLumic 官网)
BioLumic 开发的紫外线配方还用在了大麻、大豆、草莓上。仅在大麻幼克隆 / 幼苗阶段应用 7 天，最终花卉产量提高 32%。公司已经获得新西兰卫生部的批准，可将其专有的紫外线(“UV”)光技术应用于医用大麻，且已与两家成熟的大麻公司合作。大豆的试验中，其早期幼苗活力可提高多达 39%;温室试验中，大豆产量提高了约 30%，病虫害损害减少 50%。而草莓的每株果实产量平均增加了 47%。
公司已经在此技术上取得若干专利：“种子处理方法和所得产品”、“光合生物的控制特性”、“提高作物产量和 / 或质量的方法” 等。
(来源：CB Insights)
BioLumic 自创立以来共吸引投资 2023 万美元，投资机构有 NZ Growth Capital Partners, Sparkbox Venture Group 等。
图丨 BioLumic 融资情况(来源：CB Insights)
BioLumic 为培育优质种子提供了新思路，其优点是比传统化学方法(如农药、植物营养素)和基因编辑技术更加便捷、环保;但在实际应用中，要在数以千兆数量级的紫外线配方中选取对某种植物 “有用” 的配方，也需考虑到高昂的成本。另外，除了已知的能被紫外线诱变且产生对人类有益性状的基因，是否还有未知的基因突变的可能性?而这些潜在的基因突变能否导致不利的结果?
参考资料：
[1] https://doi.org/10.1111/nph.12132
[2] https://app.cbinsights.com/profiles/c/QgBrZ
[3] https://www.biolumic.com/
[4] https://www.massey.ac.nz/massey/expertise/profile.cfm?stref=656040
