הינך נמצא כאן

כשאהיה גדול

כיצד נקבע גודלם הסופי של האיברים? כיצד הם מודדים את גודלם? ומה גורם להם להפסיק לגדול?
29.05.2013

פרופ' יובל אשד וד"ר עידן עפרוני (בשיחת סקייפ). מערכת גמישה

גודלן של אוזני הפיל עולה עשרות מונים על זה של אוזני האדם, אך לכל אחת מהן גודל סופי, שהוא קבוע פחות או יותר בכל הפרטים. במהלך האבולוציה חלים שינויים דרמטיים בגודלם של איברים: עלי הכרוב, לדוגמה, גדולים פי עשרה ויותר מאלה של קרובת משפחתו, התודרנית הלבנה (ארבידופסיס תליאנה). כיצד נקבע גודלם הסופי של האיברים? כיצד מודדים האיברים את גודלם? ומה גורם להם להפסיק לגדול? צוות מדענים, בראשותו של פרופ' יובל אשד מהמחלקה למדעי הצמח במכון, שיצא לבדוק את השאלות האלה, גילה ממצאים מפתיעים. מתברר, כי כשמדובר בגדילה של עלים, דוושת ה"בלם" חשובה יותר מדוושת ה"גז": מטרתם של רוב המנגנונים הקשורים בבקרת הגדילה היא לעצור ולא לעודד אותה.
 
עלה של צמח מהונדס גנטית שאינו מייצר חמישה גורמי שיעתוק ממשפחת TCP  וכן ארבעה גורמי שיעתוק ממשפחה אחרת בעלי תפקיד דומה. עלים אלה גדלים מבלי לעצור
מקור התגלית המפתיעה הוא במחקר שביקש דווקא לבדוק שאלה אחרת: מה גורם לעלה להתחיל לגדול. תחילת הגדילה איננה אירוע אוטומטי וברור מאליו. כדי שתתרחש, חייב להיווצר מבנה ראשוני לעלה, בו קיימת חלוקה לצד תחתון וצד עליון; יחסי הגומלין בין שני הצדדים הם שגורמים לתחילת הגדילה. באופן מעניין, גם כנף הזבוב, דוגמה נוספת לאיבר דו-ממדי, גדלה בעקבות יחסי גומלין בין שני צדדיה. במחקר, שהתפרסם בכתב-העת המדעי The Plant Cell, אותו ביצעו תלמידי המחקר (דאז) ד"ר עידן עפרוני וד"ר אייל בלום, ביקשו המדענים לבחון כיצד בדיוק מתרחש הדבר. לשם כך יצרו, בשיטות של הנדסה גנטית, עלים בעלי סוג תאים יחיד, כאלה של הצד העליון או הצד התחתון, אשר אינם גדלים, והישוו אותם לעלים נורמליים. בהשוואה זו התגלו עשרות חלבונים המתבטאים רק בעלים הגדלים, הנורמליים, ולא בעלים שאינם גדלים, בעלי צד יחיד. בשלב השני, כדי לנסות לעמוד על תפקידם של החלבונים שגילו, יצרו המדעים שורה של צמחים מהונדסים גנטית, שבכל אחד מהם יוצרה כמות גדולה של אחד מהחלבונים האלה, ומדדו את גודל עליהם. להפתעתם, אף אחד מהחלבונים לא גרם לעלים לגדול: חציים לא השפיע כלל, וחציים הקטין את גודל העלים.
 
צמח ארבידופסיס נורמלי (משמאל), לעומת צמח מהונדס גנטית, שאינו מייצר חמישה גורמי שיעתוק ממשפחת TCP(במרכז), או שאינו מייצר שמונה גורמי שיעתוק ממשפחה זו (מימין)
ממצאים אלה הבהירו למדענים שקיימת טעות בהנחתם הבסיסית, לפיה מרבית הגורמים המצויים בעלה המתפתח הם שגורמים לו לגדול. כדי להבין את הטעות, נבחרו מספר חלבונים שנמצאו כמקטינים את גודל העלים, ששייכים למשפחה של גורמי שיעתוק (כלומר, גורמים המווסתים את התבטאותם של גנים) הקרויה TCP. באמצעות שילוב מספר שיטות גנטיות יצרו החוקרים צמח שאינו מייצר אף אחד משמונה בני משפחת TCP. בעקבות זאת חל שיפור עצום בכושר הגדילה של העלים. המסקנה עקב הממצא הזה הייתה, שהלוגיקה של תהליך הגדילה הפוכה ממה שציפו החוקרים: הגדילה היא ברירת המחדל של העלה, ואינה מצריכה "התכוונות" או מאמץ מיוחדים, וגורמים רבים המווסתים אותה פועלים כבלמים. עוד התגלה, כי גורמים מווסתים אלה פועלים בקבוצות, ויוצרים רצף של "נקודות ביקורת" המופעלות בשלבי התפתחות שונים. ריבוי נקודות העצירה חיוני משום שתהליך הגדילה של העלה אורך זמן ממושך, לעיתים מספר שבועות וחודשים, ובמהלכו עשויים להשתנות גורמים סביבתיים שמשפיעים על הגדילה, כמו חוסר במים טמפרטורות גבוהות (תופעה זו אחראית, בין היתר, לכך שצמחי בר רבים מציגים "מופע חורף" בעל עלים גדולים, ו"מופע קיץ" של עלים קטנים).
 
 
במחקר עוקב שביצע ד"ר עידן עפרוני, והתפרסם בכתב-העת המדעי Developmental Cell, התגלה כיצד פועלים הגורמים העוצרים את הגדילה, כלומר, מי הם המתווכים המעורבים בהוצאה לפועל של הפקודה לעצור. המדענים חשדו בהורמון הצמחי ציטוקינין, המעודד חלוקת תאים ומעכב את התמיינותם. המדענים גילו, כי כאשר מרססים את ההורמון על עלים של צמחים מהונדסים גנטית, המייצרים כמות גדולה מהרגיל של גורמי שיעתוק ממשפחת TCP, העלים אינם מגיבים להורמון ואינם גדלים במידה בה גדלו צמחי הביקורת.
 

כיצד מפחיתים גורמי השיעתוק ממשפחת TCP את רגישות העלה לציטוקינין, ועוצרים את הגדילה? בניסוי שנעשה בשיתוף עם קבוצת מחקר מפנסילבניה, נחשפה תמונה מפורטת של מנגנון פעילותם. מתברר, כי גורמי השיעתוק מקבוצת TCP מגייסים לעזרתם חלבון, אשר יודע לחשוף אזורים מסוימים ברצף הגנטי באמצעות סילוק החלבונים האורזים אותו. פעולתם המשותפת גורמת לחשיפת רצף הדי-אן-אי של גן המפחית את מידת הרגישות של הצמח לציטוקינין, ולביטוי מוגבר של הגן. מערכת גמישה זו ניתן להפעיל בשלבים שונים של התפתחות העלה, ולכן, למרות שהגודל הסופי של העלה נשמר בתוך טווח קבוע, מתאפשרות תנודות בתוך הטווח: ככל שמנגנון העצירה יופעל מאוחר יותר, כך יתקבל עלה גדול יותר. בנוסף, מחקרים אלה לא רק חושפים לפרטי פרטים מגנונים המווסתים את גדילת הצמח, אלא גם מספקים הצצה לעקרונות המנחים של תהליכי התפתחות בסיסיים, ומגלים כי הם אינם מצייתים תמיד לאינטואיציה הראשונית של מדענים.
 
 
 
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם