植物進化出了應對紫外線的信號通路，今天地球上所有植物都有一種蛋白質，它宛如植物的 “眼睛”，可以 “看到” 紫外線，繼而施發信號，引起植物體自身內部的一系列反應。這條從感受到紫外線到植物體內部反應并最終使得植物產生某種表現的信號通路，像一條從上游到下游串聯的開關，由基因組成，而觸發開關的就是紫外線。
梅西大學的 Jason Wargent 教授，在該領域擁有超過 15 年的專業知識。他的研究揭示了植物應對紫外線的信號通路中 [紫外線 — 基因 — 植物表現型] 三者的對應關系，植物的光形態反應涉及 100 多個已知基因在不同植物功能中的作用，并與農業所需性狀強烈重合。 為紫外線輻射在作物生產中的作用奠定了植物生理學與分子學的理論基礎。
2013 年他發表在 New Phytologist 的論文 “From ozone depletion to agriculture: understanding the role of UV radiation in sustainable crop production” 則闡釋了紫外線輻射在作物生產中的作用：
(來源：Dr. Jason Wargent 研究論文 [1])
經過一定條件的紫外線輻照，植物在葉片形態、光合作用、蛋白質合成、養分利用率、抗病蟲害、揮發性有機化合物的分泌等許多方面產生了積極反應，最終體現為作物產量甚至營養價值的提升。
作為世界領先的植物紫外線光生物學家，Jason Wargent 教授是 BioLumic 的創始人兼首席科學官，領導著公司的科學團隊和知識產權戰略，致力于紫外線光生物學的農業應用、開發新型農業技術。他在 E Tipu 2021 的演講中分享了自己的創業動機：食物來自哪里?人口增長的情況下現有的農業生產很難滿足未來的需求;基因編輯改造農作物、開發新型植物營養素的成本高昂且耗費時間...... 既然已知紫外線在調控植物生理代謝路徑中的作用，而南半球擁有豐富的紫外線，是否能通過輕觸紫外線這一開關，讓植物自己去啟動自己的編碼程序，產生有益于人類的表現型?
光不僅可以通過葉片，也可以在種子或幼苗階段改變植物的生理過程。種子亦有自己的光形態發生信號和相應機制 —— 在種子的特定區域，有基因在紫外線信號轉導和下游調節中發揮作用。Jason Wargent 教授據此設想了一種更加節約而簡便的方法：只在植物生命的早期對種子或幼苗進行一定條件的紫外線刺激，而不需應用于植物整個生命周期。
(來源：BioLumic 官網)
沿著以上猜想，BioLumic 進行了如上圖所示的實驗。第一步：用不同的紫外線配方處理(輻照)種子。將不同頻率的紫外線設置了 10 15 種配比，分別對種子進行輻照。第二步：種子播種后，用基因 marker 的方法探測植株有哪些基因改變，并用表現型分析法評估植物最終呈現的性狀。第三步： 將篩選出來的紫外線配方實地應用。簡言之，是結合光生物學、分子生物學等的手段培育具有優良性狀的作物。
這項技術首先被 BioLumic 應用在玉米上。大田試驗表明，紫外線處理過的種子所種植的玉米，在產量上，比普通種子種出的高 10%。
圖 | 經紫外線處理過種子的玉米產量對比，左為試驗組(來源：BioLumic 官網)
除產量外，根部的生長、對病原體的耐受性、作物生長速率都有顯著提高。
圖 | 經紫外線處理過的玉米根部對比，左為試驗組 (來源：BioLumic 官網)
BioLumic 開發的紫外線配方還用在了大麻、大豆、草莓上。僅在大麻幼克隆 / 幼苗階段應用 7 天，最終花卉產量提高 32%。公司已經獲得新西蘭衛生部的批準，可將其專有的紫外線(“UV”)光技術應用于醫用大麻，且已與兩家成熟的大麻公司合作。大豆的試驗中，其早期幼苗活力可提高多達 39%;溫室試驗中，大豆產量提高了約 30%，病蟲害損害減少 50%。而草莓的每株果實產量平均增加了 47%。
公司已經在此技術上取得若干專利：“種子處理方法和所得產品”、“光合生物的控制特性”、“提高作物產量和 / 或質量的方法” 等。
(來源：CB Insights)
BioLumic 自創立以來共吸引投資 2023 萬美元，投資機構有 NZ Growth Capital Partners, Sparkbox Venture Group 等。
圖丨 BioLumic 融資情況(來源：CB Insights)
BioLumic 為培育優質種子提供了新思路，其優點是比傳統化學方法(如農藥、植物營養素)和基因編輯技術更加便捷、環保;但在實際應用中，要在數以千兆數量級的紫外線配方中選取對某種植物 “有用” 的配方，也需考慮到高昂的成本。另外，除了已知的能被紫外線誘變且產生對人類有益性狀的基因，是否還有未知的基因突變的可能性?而這些潛在的基因突變能否導致不利的結果?
參考資料：
[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
