בודד גן שמפעיל מנגנון רבייה אל-מינית בצמחים

חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב בודדו גן, שביטוי יתר שלו מפעיל את מנגנון הרבייה האל-מינית בצמחים. החוקרים הסבירו כי התגלית עשויה לשפוך אור על המעבר האבולוציוני של מינים מהים ליבשה ולחולל מהפכה בחקלאות. תוצאות המחקר התפרסמו אתמול (יום ב') בכתב העת היוקרתי Nature Plants.

"ככלל, צריך להבחין בין רבייה מינית לרבייה אל-מינית", מסביר פרופ' אוהד, חבר במחלקה לביולוגיה מולקולרית ואקולוגיה של צמחים ומנהל מרכז מן לבטיחות ולביטחון המזון באוניברסיטת תל אביב. "ברבייה מינית שני תאי מין מתלכדים כדי ליצור את הדור הבא. מפני שתאי מין מהורים שונים באים עם מטען גנטי שונה, הצאצא יכיל מחצית מהגנים של כל אחד מההורים. 'ההיגיון' האבולוציוני הוביל ליצירת צאצאים שונים, שכל אחד מהם עשוי להיות מותאם באופן מעט שונה לסביבה. השונות הזאת מבטיחה הישרדות. אם כולנו נהיה זהים לחלוטין, מצב חדש עלול לחסל את המין כולו. מצד שני, לא תמיד אפשר למצוא פרטנר מיני לרבייה. צמח שגדל בסביבה שמקשה עליו לעשות האבקה, למשל, בכל זאת יוכל להצמיח צאצאים זהים אם קיים אצלו המנגנון הקדום של רבייה אל-מינית. זה מעין גיבוי אבולוציוני של הצמח".

(צילום: מתוך המחקר שנערך באוניברסיטת תל-אביב)

באוניברסיטת תל-אביב אמרו כי צמח אחד כזה, המתרבה ברבייה מינית, הוא טחב מסוג Physcomitrella patens, שנבחר כצמח המודל למחקר. באמצעות ביטויו של גן בודד בשם BELL1 בכל רקמות הצמח, החוקרים גרמו לטחב לייצר עוברים שלא במערכות הרבייה אלא ברקמה דמוית ה"גבעולים" של הטחב. עוברים זהים אלו התפתחו לבוגרים שהעמידו צאצאים פוריים משלהם.

"בודדנו גן מסוים אחד, שחיפשנו כמוהו כבר הרבה זמן בכל מיני מערכות של צמחים", אומר פרופ' אוהד. "בביטוי הגן הזה, עקפנו את הצורך בתהליך הרבייה ובמערכות הרבייה, וגרמנו לצמח ליצור את הדור הבא באופן עצמאי וללא הפריה. הגן שזיהינו נמצא תחת הבקרה האפיגנטית בצמח, מערכת שאחראית על ביטוי הגנים בהתאם למשוב מהסביבה הפנימית והחיצונית. בלשון השאלה, המערכת האפיגנטית היא כמו מערכת של טעמי מקרא: היא אינה משנה את הכתוב, במקרה הזה את הקוד הגנטי, אלא מנחה כיצד יש לקרוא ולפרש אותו. על ידי ביטוי הגן BELL1 בצמח גרמנו למערכת להפעיל את הקוד הגנטי של הצמח, יתכן שבדומה למצבים טבעיים כמו בתנאי עקה, אשר גורמים לו להתרבות ללא פרטנר".

(צילום: מתוך המחקר שנערך באוניברסיטת תל-אביב)

החוקרים מקווים שהמחקר החדש יהווה פריצת דרך בהבנת היווצרותם של עוברים ללא הפריה. "תהליך יצירת עוברים במהלך האבולוציה חייב שלבי ביניים, ממצב שבו העובר היה בן תא אחד למצב שבו העובר החל להתחלק וליצור את הגוף הרב-תאי שמאפיין את כל צמחי היבשה היום. מבחינה מדעית, עדיין רב הנסתר על הגלוי ברבייה אל-מינית, ובמעבר מרבייה אל-מינית לרבייה מינית. זה המפתח להבין את ראשיתם של חיים חדשים".

בנוסף, מפני שגן זה שמור בין מיני הצמחים, הבנת המנגנון שבבסיס הרבייה האל-מינית יכול לפרוץ את דרך להפעלת תהליך דומה גם בצמחי יבול, ובכך לייצר זרעים מצמחים נבחרים ללא שימוש בתאי מין – שיבוט שיאפשר ריבוי מהיר של צמחי המטרה, אכסונם כזרעים והפצתם לחקלאים באמצעים פשוטים ובעלויות נמוכות.

"זה החלום של חברות הזרעים", מסביר פרופ' אוהד. "שכפול גנטי טבעי, שיעשה על ידי הצמח עצמו, הוא שם המשחק בחקלאות, מאחר שהוא מקנה אחידות. חברות הזרעים משקיעות כסף וזמן כדי להשביח וליצור זנים עיליים, שיהיו בעלי התכונות הרצויות והפרמטרים התזונתיים הנכונים, צמחים שלפירות שלהם יש טעם טוב, שהם עמידים בפני מחלות וכך הלאה. את הזנים האלו אנחנו רוצים לשכפל בלי לערב תאי מין. הפוטנציאל התזונתי והכלכלי פה הוא אדיר.

 יצירת זרעים זהים תאפשר לשמר אותם לאורך זמן, ולשווק ולהפיץ אותם לחקלאים בצורה קלה וזולה, דבר שיכול לחזק משמעותית את אבטחת המזון בעולם".

את המחקר, שהחל לפני כעשר שנים, ערכו שתי קבוצות מחקר: קבוצתו של פרופ' ניר אוהד, בהשתתפות עמיתת המחקר ד"ר אביבה כץ וד"ר עידן פרמן מהפקולטה למדעי החיים באוניברסיטת תל אביב, וקבוצתו של פרופ' ראלף רסקי, ראש המחלקה לביוטכנולוגיה של צמחים באוניברסיטת פרייבורג שבגרמניה, בהשתתפות תלמידת הדוקטורט נלי הורס ומנהלת קבוצת המחקר ד"ר אווה דקר.