השורשים של הצמחים גדלים בתנועת הברגה – ממש כמו מקדחה החודרת לקיר

• החוקרים ביצעו הדמיה ברזולוציית התא הבודד וגילו כי תנועת המקדחה מתרחשת בתאים ספציפיים בקצה השורש, וככל הנראה מאפשרת את חדירת השורש לאדמה. * המאמר פורסם בכתב העת Nature Communications

במחקר בינתחומי שבוצע באוניברסיטת תל אביב חברו חוקרים מבית הספר למדעי הצמח בפקולטה למדעי החיים ע”ש ג’ורג’ ס’ וייז לעמיתיהם מהפקולטה לרפואה ע”ש סאקלר במטרה לחקור את מהלך צמיחתם של שורשי הצמחים. חוקרי הצמח נעזרו במודל חישובי שנבנה על ידי חוקרי סרטן עבור תאים סרטניים, ויישמו אותו על תאים בשורשי הצמח.

הממצאים מרתקים ופורצי דרך: לראשונה בעולם נצפה ברזולוציית התא הבודד, כי השורש גדל בתנועת הברגה – ממש כמו מקדחה החודרת לקיר. בעקבות המחקר מעריכים חוקרי הסרטן כי תאים סרטניים נעזרים אף הם בתנועת הברגה סיבובית כדי לחדור לרקמות בריאות בסביבת הגידול, או כדי לייצר גרורות באיברים שונים בגוף.

המחקר הובל על ידי פרופ’ אילון שני מבית הספר למדעי הצמח ואבטחת מזון ופרופ’ אילן צרפתי מהמחלקה למיקרוביולוגיה קלינית ואימונולוגיה באוניברסיטת תל אביב, ובוצע בשיתוף עם חוקרים מארה”ב, מאוסטריה ומסין. המאמר פורסם במרץ 2021 בכתב העת היוקרתי Nature Communications.

החוקרים בקבוצתו של פרופ’ שני השתמשו בצמח מודל הקרוי ארבידופסיס. הם סימנו את הגרעינים  של תאי השורש באמצעות חלבון פלואורסצנטי, ועקבו אחר תהליך הצמיחה ותנועת התאים בקצה השורש באמצעות מיקרוסקופ רב-עוצמה – כ-1000 תאים בכל הדמיה. כמו כן, כדי לבחון מה גורם לתנועה ומבקר אותה, הם התמקדו בהורמון מוכר בשם אוקסין, הידוע כמווסת התפתחות בצמחים. הם בנו מערכת גנטית המאפשרת הפעלה וכיבוי של ייצור אוקסין (כמו מתג), במספר תאים נבחרים, ואחר כך עקבו אחר השפעת ההפעלה/כיבוי על אלף התאים שבקצה השורש, בארבעה ממדים – שלושת ממדי המרחב, וממד הזמן. אחרי כל הפעלה/כיבוי של האוקסין, צולם כל אחד מאלף התאים בווידאו לאורך 6 עד 24 שעות, וכך הצטברה כמות עצומה של חומר מצולם.

בשלב הבא נעזרו החוקרים בכלים החישוביים שהעמיד לרשותם פרופ’ צרפתי שפותחו במעבדתו, לצורך מעקב אחר התפתחות גידולים סרטניים,  וניתחו באמצעותם את קבצי ההדמיה שהתקבלו בניסוי. כך למעשה הצליחו לראשונה לצפות במו עיניהם בתנועת ההברגה של השורש, וכן לכמת ולמפות באופן מדויק כ-30 פרמטרים של צמיחת השורש בזמן ובמרחב – ביניהם תאוצה, אורך, שינויים במבנה התא, הקואורדינציה בין התאים במהלך הצמיחה ומהירות התנועה – זאת לכל אחד מאלף התאים בקצה השורש. הממצאים אף איפשרו להם להעריך במדויק את תנועת והשפעת האוקסין בשורש, ואת האופן בו הוא מבקר את תהליך הגדילה.  

פרופ’ שני: “הצמחים מציבים לנו החוקרים אתגרים מיוחדים. כך לדוגמה, חצי מהצמח, (the hidden half), כלומר מערכת השורשים, חבוי באדמה. הכלים החישוביים שפותחו עבור חקר הסרטן אפשרו לנו לראשונה למדוד ולכמת במדויק את הקינטיקה של הצמיחה ולחשוף את המנגנונים המבקרים אותה ברזולוציה של תא בודד. בכך הם קידמו משמעותית את המחקר בצמחים, תחום בעל חשיבות עליונה לחברה – הן בהיבט הסביבתי, והן בכל הנוגע לקידום החקלאות ולהזנת האוכלוסייה”.

פרופ’ שני מוסיף: “במהלך המחקר גילינו תופעה מרתקת שלא נצפתה עד כה ב’לייב’: ראינו שהתאים בקצה השורש נעים בתנועת התברגות, כמו מקדח שחודר לאדמה. כמו כן זיהינו כי ההורמון אוקסין מבקר את תהליך התברגות קצה השורש. למדנו ומדדנו את כיווני התנועה של ההורמון אוקסין אשר נע מתא לתא בשורש, על מנת לבקר את גדילת השורש ואת תנועת ההברגה.

פרופ’ צרפתי מוסיף: “מדובר בשיתוף פעולה סינרגטי שמעצים ומלמד את שני הצדדים. בצמחים התהליכים מתרחשים הרבה יותר מהר, ולכן הם מהווים עבורנו מודל מעולה. בעקבות ממצאי המחקר בצמחים אנחנו בודקים כעת  אפשרות לתנועת הברגה דומה גם בתאים סרטניים ובגרורות, במהלך חדירתם  לרקמת בריאות הסמוכות אליהם.”

למאמר המדעי

עוד בנושא באתר הידען:

• חוקרים החזירו מקטע גנטי של חיטת הבר לחיטה מודרנית ושיפרן יעילות מערכת השורשים
• פטריות המסוגלות לפרק עץ
• דברים שיורמים יודעים: האם עצים יכולים לחיות לנצח?
• חוקרים הצליחו לייצר שתילי אבוקדו במחצית הזמן ובלי פחת * חסכון של מיליארדי דולרים וקיצור הדרך למענה על הביקוש