מה זה אדום מבחוץ וטעים מבפנים

מי לא מכיר פירות וירקות שנראים נפלא, אך טעמם מאכזב? כמה טוב היה אילו יכלו המגדלים לייצר תוצרת חקלאית שהיא יפה וטעימה באותה המידה. הבשורות הטובות בהקשר זה מגיעות ממכון ויצמן למדע: מדעניו  הראו כי ניתן להשיג מטרה זו בדיוק רב באמצעות שבירת הדי-אן-אי של הצמח במקומות ייעודים. "גישה זו מאפשרת לא רק לערוך, אלא אף לשכתב, את הגנום של הצמח, על מנת לערבב ולשלב לפי הצורך תכונות שונות משני ה'הורים', כולל טעם, גודל, יבול ועמידות למחלות", אומר פרופ' אברהם לוי מהמחלקה למדעי הצמח והסביבה. פרופ' לוי ביצע את המחקר עם תלמידת המחקר שדמה פילר חיות ומדענית הסגל הבכירה ד"ר קטי מלמד-בסודו.

אמנם, הגנום של צמחים רבים כבר פוענח, כולל עגבנייה, חיטה ובננה, אך כאשר המטפחים משתמשים במידע זה כדי להכניס בגנום שינויים, התוצאות, לרוב, הן עדיין אקראיות ולא צפויות. חלומם של המטפחים הוא לשנות את גנום הצמחים בצורה מבוקרת יותר, ולבחור תכונות מתוך מספר מצומצם של צמחים ולא מתוך אלפים, כפי שנדרש בטכנולוגיות הקיימות. כעת אפשר יהיה ככל הנראה לעשות זאת בעזרת יצירת שברים בדי-אן-אי של צמחים במיקום ממוקד, והפעלת מנגנוני הריפוי והתיקון של הצמח עצמו.

כאשר נוצר שבר בשני הסלילים של מולקולת הדי-אן-אי, חלבוני התיקון יתקנו לרוב את הנזק באמצעות איחוי הקצוות השבורים. עם זאת, קיים מנגנון תיקון נוסף, הקרוי "רקומבינציה הומולוגית", אשר מנצל את העובדה שהכרומוזומים באים בזוגות – אחד מכל הורה. בתהליך זה, אנזימי התיקון משלימים את החתיכה החסרה בנקודת השבר בעזרת העתקה של מקטע די-אן-אי מהכרומוזום השני. לעיתים מתרחשת תוך כדי כך החלפה של מקטעי די-אן-אי בין שני הכרומוזומים. כלומר, רקומבינציה הומולוגית מובילה תמיד להעברת די-אן-אי מכרומוזום אחד לשני, אך עד עתה לא ניתן היה לנצל עובדה זו לצורך העברת תכונות רצויות לצמח, מכיוון שלא היה ידוע באיזה תדירות מתרחש סוג תיקון זה וכיצד אפשר לשלוט במיקומו.

כפי שדוּוח באחרונה בכתב-העת המדעי Nature Communications, מדעני המכון פיתחו גישה מקורית על מנת לעקוב אחר תיקוני הדי-אן-אי בצורה מוחשית ביותר: הם התערבו גנטית בתהליך יצירת הפיגמנט האדום – ליקופן – בעגבניות, אשר בלעדיו נשארות העגבניות צהובות. בסדרת ניסויים אחת, יצרו המדענים צמחי עגבנייה מוכלאים המכילים עותק אחד תקין של הגן PSY1, האחראי ליצירת הליקופן, בכרומוזום אחד בלבד – בעוד הכרומוזום השני הכיל עותק פגום של ה-PSY1. בעזרת טכנולוגיית ה-CRISPR-Cas9, המאפשרת חיתוך של הדי-אן-אי בנקודות נבחרות בדיוק רב, שברו המדענים את שני סלילי הדי-אן-אי בעותק התקין של הגן PSY1. בעקבות זאת, בדורות הבאים היו לצמחי עגבניות רבים פירות צהובים, מפני שלא היה להם אף עותק תקין של PSY1.

המדענים ערכו ניתוח מולקולרי של הפירות הצהובים, והצליחו לקבוע איזה סוג של תיקון די-אן-אי נעשה בגנים של הצמח. הם מצאו, כי ברוב המקרים התרחש אמנם איחוי של שני הקצוות השבורים, אך ב-14% מהמקרים – שיעור גבוה בהרבה ממה שחשבו קודם – התרחשה רקומבינציה הומולוגית; כלומר, השבר תוקן באמצעות העתקת מקטע די-אן-אי תקין מהכרומוזום השלם לכרומוזום השבור. "לאחר שהראינו כי רקומבינציה הומולוגית יזומה מתרחשת בשיעור גבוה כל כך של המקרים, יכולים כעת המטפחים לנצל מנגנון זה לצורך פיתוח זנים חדשים", אומר פרופ' לוי.

פילר חיות מסבירה: "מהמחקר שלנו עולה, כי על מנת לקבל תכונה רצויה או שילוב תכונות בצמח בצורה מדויקת, מספיק לבחור הורים נכונים, להכליא ביניהם, ולשבור את הדי-אן-אי בצמח-הכלאיים בגנים הרצויים. בהמשך ניתן כבר לסמוך על מנגנוני התיקון הטבעיים של הצמח שיעתיקו את הגן הרצוי מהכרומוזום השלם לכרומוזום השבור".

המדענים בחרו לעבוד עם גן המעורב בתהליך יצירת הפיגמנט האדום על מנת לעקוב אחר תהליך התיקון, אך השיטה תקֵפה גם לגבי גנים המקודדים כל תכונה. "באמצעות שבירת שני הסלילים של הדי-אן-אי ניתן לעצב צמחים עם מספר רב של תכונות בכל שילוב אפשרי", אומרת ד"ר מלמד-בסודו.

ויש עוד יתרון לשיטה: ברוב המקרים לא יחולו עליה המגבלות המוטלות על מזון מהונדס גנטית. אמנם, גם היא כוללת מניפולציות גנטיות, אך התוצר הסופי הוא צמח שאינו כולל שינויים גנטיים: העברת הדי-אן-אי מתרחשת תוך כדי מנגנון תיקון טבעי, ואת המקטעים הגנטיים אשר הניעו את התהליך ניתן להוציא בדורות הבאים של הצמחים.