הגנים יוצאים מהקשרם

 

בעלי חיים ובני אדם יכולים לנדוד בעקבות השמש, לברוח מאזורים מוכי אסונות טבע ולהימלט מטורפים ואויבים. צמחים, לעומת זאת, הם הרבה יותר שורשיים וקשורים לקרקע. העובדה הזאת מאלצת אותם להישאר במקומם ולהתמודד עם קשיים ואסונות.

 

פרופ' אברהם לוי ותלמידת המחקר ורה גורבונובה מהמחלקה למדעי הצמח במכון ויצמן למדע מאמינים, שההתמודדות המתמדת עם האתגר הזה הביאה ליצירת המגוון הגנטי העצום המאפיין את עולם הצומח.

 

"צמחים מתפתחים מהר יותר מיונקים", מסביר פרופ' לוי. "צמחים מכוסי זרע, למשל, הופיעו על הסולם האבולוציוני 100 מיליון שנה אחרי היונקים. אבל כיום קיימים בעולם לא יותר מ4,000- מיני יונקים, לעומת 200,000 מינים שונים של צמחים מכוסי זרע, והמטען הגנטי שלהם מגוון ביותר. במלים אחרות, הצמחים יוצרים הרבה יותר מוטציות, בקצב גדול יותר, בהשוואה ליונקים". הסטטיסטיקה הזאת אכן מרשימה, והיא הובילה את מדעני מכון ויצמן למסע החיפוש אחר מנגנון יצירת המוטציות הגנטיות בעולם הצומח. ממצאיהם סוכמו באחרונה בכתב העת Trends in Plant Sciences .

 

 מוטציות גנטיות מתחוללות באופן שוטף בכל הצמחים ובעלי החיים, בין הייתר כתוצאה מהשפעותיהם של גורמים סביבתיים כגון קרינה, רעלים, וכן כתוצאה מתהליכים תוך-תאיים שונים. בצמחים קיימים גם "גנים קופצים" המסוגלים "לדלג" ולשנות את מקומם בגנום הצמחי, תוך כדי תהליכי החלוקה וההתרבות של התאים. כל שינוי כזה גורם, למעשה, מוטציה גנטית היכולה להתבטא בשינויים בצבע הפרח, בשינויי מבנה, וכן בהיווצרות תכונות שונות המקנות - או משנות, או מבטלות - יכולת עמידה בתנאים סביבתיים מסוימים. כך, למעשה, מוטציות יכולות לגרום שינויים רצויים, העשויים לסייע בהתאמת תכונותיו של הצמח או בעל החיים לתנאי הסביבה המשתנים, אבל הן יכולות גם לגרום שינויים מאוד לא רצויים, ואפילו כאלה שעלולים לגרום למות הצמח, או בעל החיים.

 

כדי להימנע מהמוטציות הלא רצויות, מפעילים בעלי החיים והצמחים מערכות מיוחדות המתקנות ומשפצות את החומר הגנטי שלהם, ללא הרף. וזו בדיוק הנקודה שבה המשחק נעשה מורכב ועדין במיוחד: מערכות תיקון יעילות מדי ימנעו כמעט לחלוטין את התחוללותן של המוטציות, דבר שיבטיח המשכיות אחידה, אבל באותה מידה יסכל את יכולתם של הצמחים ובעלי החיים להתאים את עצמם לסביבה המשתנה. כדי להבטיח מעבר תקין של החומר הגנטי אל הדורות הבאים, מצד אחד, ולאפשר היווצרות כמות מוגבלת של מוטציות גנטיות, מצד שני, למדו הצמחים ובעלי החיים לאפשר למערכות התיקון שלהם "לשגות" מפעם לפעם. אלא שפרופ' לוי וחברי קבוצת המחקר שהוא עומד בראשה גילו שהצמחים היו במובן זה "סובלניים" יותר מאחיהם בעלי החיים. במלים אחרות, מערכות התיקון של הצמחים הן "רשלניות" מעט יותר מאלה של בעלי החיים, דבר שגורם לכך שקצב היווצרותן של מוטציות גנטיות בצמחים גדול יותר מקצב היווצרותן בבעלי חיים, בשמרים ובחיידקים שונים.

 

ורה גורבונובה: "גילינו שהצמחים פשוט נוטים יותר לאילתורים. במקום לתקן את הרצף הגנטי הם, בהרבה מקרים, מנסים לכתוב אותו מחדש, ובתהליך הזה, בדרך הטבע, נופלות לא מעט שגיאות דפוס".

 

לדוגמה, כאשר גדילי הדי-אן-אי נקרעים, מבקשות מערכות התיקון של הצמח לאחות אותם מחדש באמצעות האנזים די-אן-אי ליגז. אבל במקרים רבים, באזור הקרע אובדות כמה "אותיות" מהרצף הגנטי המקורי. מערכת תיקון "אחראית" היתה צריכה לנסות לשחזר את ה"אותיות" האבודות, אבל פרופ' לוי ועמיתיו גילו שהמערכת הצמחית, במקרים רבים, מסתפקת באיחוי הקצוות תוך התעלמות מהאובדן, דבר שמשמעותו היווצרות מוטציה גנטית.

 

פרופ' לוי: "כידוע, המטען הגנטי אגור בזוגות כרומוזומים זהים, שכל אחד מהם משמש מעין 'גיבוי' לשני. אם, למשל, אובד חלק מהמידע האגור בכרומוזום אחד, יכולה מערכת תיקון 'חכמה' ו'אחראית' לגשת אל הכרומוזום השני, ולהעתיק ממנו את המידע החסר. זה בדיוק מה שעושות מערכות התיקון של השמרים. לעומת זאת, מערכות התיקון של הצמחים טועות לעתים בדרכן, ומעתיקות מידע גנטי מכרומוזום אחר (במקום מכרומוזום ה'גיבוי'). כך מוחדרים לרצף הגנטי מקטעי די-אן-אי ש'הוצאו מהקשרם', דבר שמשמעותו, כמובן, התחוללות מוטציות".

 

במקרה של הצמחים, נראה שהרשלנות משתלמת. היווצרות מהירה יותר של מוטציות גנטיות רבות יותר יוצרת מצב שבו כל רגע נתון מצויות בשטח גרסאות גנטיות רבות יותר המציעות עושר רב של תכונות. כך, ברוב המקרים, מצויים לפחות כמה צמחים מאותו מין המסוגלים להתמודד בהצלחה עם תופעה סביבתית חדשה (מליחות, עודף או מחסור במים, שינויי טמפרטורה, הופעת טפילים גורמי מחלות, וכו'). מדובר, למעשה, בטכניקה של חלוקת סיכונים, תוך התכוננות מתמדת למספר רב של שינויים סביבתיים. בדרך זו מבטיחים הצמחים שברוב המקרים ישרוד לפחות חלק מהמין (אותו חלק שהמוטציה שחלה בו מכשירה אותו במיוחד להתמודד בהצלחה עם סוג מסוים של שינוי).

 

פרופ' לוי אומר, שכדי להתכונן מראש למספר רב של "פורענויות" אפשריות, היו הצמחים מוכנים לספוג את הנזקים שללא ספק נגרמים להם כתוצאה מהתחוללות מהירה ורבה של מוטציות גנטיות מזיקות. הבנה זו עשויה לשמש בסיס לפיתוחן של טכנולוגיות חדשות להחדרת ולהכוונת גנים בתהליכים שונים של הנדסה גנטית בצמחים.