הינך נמצא כאן

המדען בשדה החיטה

07.07.2016

מדעני המכון בחנו את פעילות הגנים של שני סוגי חיטה בשלבים שונים של הצמיחה. בניסויים שנמשכו מספר שנים גילו המדענים צֶבֶר מטבולי המייצר בטא-דיקטון – שהוא החומר שמכיל את הרכיב המרכזי של שכבת ההגנה.

במבט ראשון, חיטה חקלאית נבדלת מחיטת בר בצִבעה: לחיטת הבר צבע ירוק מבריק, ואילו לחיטה שגודלה בתנאים מבוקרים יש לרוב צבע כחול-אפור, דהוי למדי. צבע זה נובע מהשכבה דמויית-השעווה, אשר מכסה את החיטה החקלאית ומגינה עליה מפני סכנות סביבתיות. קבוצת מחקר בין-לאומית, שהובילו מדענים ממכון ויצמן למדע, גילתה באחרונה את המנגנון שבאמצעותו מייצרת החיטה את המרכיב העיקרי של שכבה זו. ממצאים אלה, אשר פורסמו באחרונה בכתב-העת המדעי The Plant Cell, עשויים בעתיד להקנות ליבולי חיטה עמידות חסרת-תקדים לפתוגנים ולתנאֵי יובש.

מדענים מנסים כבר כמה עשורים לפענח את הדרך שבה מייצרים זנים שונים של חיטה, וסוגים אחרים של צמחים, את השכבה הכחולה-אפורה שלהם. הופעתה על שטח פניו של הצמח מתרחשת רק בשלבים מסוימים של הצמיחה, או רק באיברים מסוימים, והדבר מחזק את ההשערה שהחומר דמוי-השעווה ממלא תפקיד מרכזי בהגנת הצמח. עם זאת, השערה זו טרם נבחנה עד כה, שכן קשה במיוחד לפענח את גנום החיטה – הוא סבוך במיוחד, ומכיל צמדים של כרומוזומים ועותקי גנים החוזרים על עצמם שוב ושוב.

פרופ' אסף אהרוני, מהמחלקה למדעי הצמח והסביבה במכון ויצמן למדע, חוקר את התפקיד ששטח הפנים של צמחים שונים ממלא בחיי הצמח. יחד עם חברי קבוצת המחקר שלו הוא החליט להתמודד עם מורכבותו של גנום החיטה. תלמידת המחקר שלי חן אביבי, וחברים נוספים בקבוצת המחקר, הישוו את הגנומים של סוגים שונים של חיטה, ובחנו את פעילות הגנים של שני סוגי החיטה בשלבים שונים של הצמיחה. הקבוצה השתמשה במיגוון כלים, ובהם טכנולוגיית ריצוף אר-אן-אי, אשר איפשרה להם לבחון במקביל את ביטויהם של שורה ארוכה של גנים.

מימין: אפרת אלמקיס זיגל, ד"ר גילגי פרידלנדר, ד"ר ילנה קרטבלישוילי, שלי חן- אביבי, ד"ר סרגיי מליצקי ופרופ' אסף אהרוני

הניסויים נמשכו מספר שנים, ופרופ' אהרוני וחברי קבוצתו הצליחו למקד את החיפוש אחר סוד הציפוי הכחול-אפור בשלושה גנים המייצרים בטא-דיקטון – חומר שעוותי בעל מבנה צינורי המכיל את הרכיב המרכזי של השכבה הכחולה-אפורה. להפתעתם גילו, ששלושת הגנים הללו, אשר פעילים באותו מסלול של יצירת חומרי השעווה, ממוקמים בסמיכות זה לזה בגנום של חיטה. תופעה זו מכונה "צֶבֶר מטבולי", והיא מתגלה יותר ויותר בגנומים צמחיים בשנים האחרונות. כאשר השתיקו המדענים באמצעות הנדסה גנטית את הגנים שגילו, גדלה החיטה שבניסוי – אשר גודלה מזרעי החיטה הכחולה-אפורה – בצבע ירוק מבריק, והדבר אישש את השערותיהם.

בהמשך מיפו המדענים את שרשרת התגובות הביוכימית אשר מובילה לייצור בטא-דיקטון בצמח החיטה, לרבות גנים ואנזימים נוספים המעורבים בתהליך. בשלב הסופי חזרו המדענים על הניסוי עם שעורה – אשר גם לה שכבה כחולה-אפורה, כמו לזנים מסוימים של שיפון ועלי אקליפטוס – וגילו שגם בשעורה, אותו צֶבֶר גנים מטבולי ואותן תגובות ביוכימיות אחראים לייצור הבטא-דיקטון – בדיוק כמו בחיטה.

השכבה הכחולה-אפורה (משמאל) מעניקה לחיטה עמידות לפתוגנים. כאשר השתיקו המדענים את הגנים האחראיים לייצור שכבה זו, גדלה החיטה בצבע ירוק מבריק (מימין)

ייתכן כי בעתיד יצביעו ממצאי מחקר זה על דרך להקנות לחיטה, לשעורה ולצמחים דומים עמידות רבה יותר לפתוגנים ולעקת יובש. עקרונית, אפשר לעשות זאת באמצעות הנדסה גנטית של צמחים המכילים את הגנים אשר מייצרים בטא-דיקטון, או באמצעות הגברת הפעילות של הגנים הקיימים. ייתכן שאפשר יהיה לעשות זאת גם באמצעות הנדסת גנים אלו בצמחים שונים בתכלית, דוגמת עגבניות ומלפפונים.

מחקר זה בוצע כחלק משיתוף פעולה של מכון ויצמן למדע, אוניברסיטת תל-אביב, אוניברסיטת קולומביה הבריטית (קנדה), מכון המחקר רותמסטד ומרכז ג'ון אינס (שניהם באנגליה).

חיטה גדלה ביותר מ-280,000,000 דונם על פני כדור-הארץ – יותר מכל גידול אחר.

#מספרי_מדע

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם