שפת השורשים

צמחים "לוחשים" לקרקע: הם מפרישים חומרים שונים משורשיהם וכך משפיעים על הרכב החיידקים באדמה העוטפת אותם. מדעני מכון ויצמן למדע הראו באחרונה כי באמצעות אותם חיידקי קרקע, גם האדמה לוחשת לצמחים בחזרה – ומשפיעה על חילוף החומרים בצמח ועל החומרים המופרשים משורשיו. ממצאים אלה, אשר פורסמו בכתב-העת המדעי "רשומות האקדמיה האמריקאית למדעים" (PNAS), עשויים לאפשר בעתיד את פענוח שפת התקשורת בין הצמחים לרגבים, ולהשתמש בשפה זו כדי להגביר את הייצור של חומרים רפואיים ואחרים המופקים מצמחים.

רצועת הקרקע הצרה סביב שורשי הצמח היא אחת המערכות האקולוגיות המורכבות בכדור-הארץ והיא שוקקת מיליוני חיידקים ויצורים זעירים אחרים. כדי לברר אם הרכב החיידקים סביב שורשי הצמח משפיע על הצמח, פיצלו החוקרת הבתר-דוקטוריאלית ד"ר אליזה קורנבלום וחוקרים נוספים, בראשות פרופ' אסף אהרוני מהמחלקה למדעי הצמח והסביבה, את שורשיהם של צמחי עגבנייה לשניים, וגידלו אותם במערכת הידרופונית – גידול על מצע מים, ללא צורך באדמה. בסדרת ניסויים, הניחו המדענים צד אחד של שורשי העגבנייה המפוצלים בצנצנת עם תמיסת קרקע שדוללה בהדרגה עוד ועוד (כל דילול שינה את הרכב החיידקים בתמיסה וצמצם את מגוונם עד ליצירת תמיסות בעלות שונוּת גבוהה, בינונית ונמוכה של חיידקים), ואת הצד השני טמנו בצנצנת עם תמיסה נקייה, חסרת קרקע.

ההנחה הייתה כי אם וכאשר החיידקים שבתמיסות הקרקע יתקשרו עם הצמח, אפשר יהיה לאתר סימנים לכך בשני צדי מערכת השורשים – הן בצנצנות עם תמיסות הקרקע והן בצנצנות הנקיות. ואכן, כעבור שבוע גילו החוקרים, באמצעות ספקטרומטריית מסות ברזולוציה גבוהה, כי הפרשות השורשים ב"צד הנקי" השתנו בהתאם להרכב ולמגוון של חיידקי הקרקע ב"צד המלוכלך". כך למשל נוכחות מוגברת של חיידקים ממין Bacillus בתמיסת הקרקע הביאה לעלייה בהפקת חומרים דביקים לוכדי חרקים, הקרויים אצילים סוכריים (acylsugars), בצד ה"נקי". יתרה מכך, השינויים בהרכב החיידקים בקרקע השפיעו על חילוף החומרים בצמח כולו: הם הובילו לשינויים בכמות ובתפוצה של יותר מ-170 חומרים בצמח, וכן לשינוי בביטוי הגנים בגבעול ובשורשים.

"הראינו כי המסרים של חיידקי הקרקע עוברים מרחקים ארוכים לאורך קווי התקשורת בצמח, מתכנתים מחדש את חילוף החומרים ובסופו של דבר מובילים לשינויים בהפרשות מהשורשים", אומר פרופ' אהרוני. "הפרשות אלה משפיעות, ככל הנראה, בתורן, על הרכב חיידקי הקרקע".

כדי לבדוק כיצד נודדים המסרים החיידקיים בתוך הצמח, התמקדו המדענים בנושאת מסרים פוטנציאלית: חומצה אזלאית – תרכובת אורגנית אשר ככל הנראה ממלאת תפקיד בתגובה ההגנתית של הצמח. המדענים הוסיפו חומצה אזלאית לקרקע בצד אחד של שורשי העגבנייה, והפלא ופלא, מצאו מולקולות של חומצה זו גם בצד ה"נקי". כמו כן, הם אבחנו שינויים בהפרשות מהשורשים שנגרמו על-ידי החומצה האזלאית. "המטרה שלנו היא לפענח את השפה הכימית שבה מתקשרים ביניהם הצמחים והחיידקים באדמה", אומרת ד"ר קורנבלום. "חומצה אזלאית היא כנראה אחת ה'מלים' בשפה זו".

חומרים המופרשים משורשי הצמח מחזקים את יכולת ההגנה שלו, מקלים עליו את ספיגת החומרים המזינים וממלאים עוד שורה של תפקידים חיוניים. הבנה טובה יותר של האופן שבו חיידקי הקרקע משפיעים על הפרשת חומרים אלה, עשויה לאפשר למדענים לעזור לצמח להיות "חקלאי" טוב יותר, כלומר לשנות לטובה את סביבתו. בנוסף, היכולת להשפיע על הפרשות אלה עשויה לשרת את תעשיות התרופות, הקוסמטיקה ותעשיות אחרות שיוכלו להגביר על-פי דרישה את הייצור של חומרים המופקים מצמחים. למעשה, מדעני המכון הדגימו באחרונה, בתנאי מעבדה, כי שינוי בסביבה הכימית של שורשי צמחים מאפשר להגדיל את ההפרשה של חומרים נוגדי-סרטן, כגון פקליטקסל (paclitaxel) ואלקלואידים המופקים מצמח הווינקה.

במחקר השתתפו ד"ר יונגהוי דונג, ד"ר ג'דרזג' יעקב סזימנסקי, ד"ר סייאנטן פנדה, ד"ר אדם גוזוויאק, ד"ר חסן מסאלחה, ד"ר שגית מאיר וד"ר אילנה רוגצ'ב