מדענים זיהו חומר החיוני להצטברות שמן בצמחים

חוקרים, המנסים לחשוף את הפרטים באשר לאופן שבו צמחים מייצרים וצוברים שמן בתוכם, הצליחו לזהות רכיב חיוני חדש במנגנון זה. הם מצאו סטרול מסוים – מולקולה הדומה במבנה שלה לכולסטרול – הנוטלת תפקיד חיוני ביצירה של טיפות שמן

[תרגום מאת ד”ר משה נחמני]

“מחקר זה מרחיב באופן משמעותי את ההבנה שלנו באשר לגורמים המולקולאריים השולטים ביצירה של טיפות ליפיד, המהוות אברונים חיוניים לשם אחסון שמן, והמטבוליזם שלהן בכל היצורים האיקריוטיים (מוויקיפדיה: יצורים תאיים בעלי גרעין ואברונים, המהווים על-ממלכה במיון עולם הטבע. הם כוללים מגוון גדול של אורגניזמים, ובהם חד-תאיים כמו פרוטוזואה, ריריות, אצות ופטריות חד-תאיות, וכן את הממלכות של הרב-תאיים: פטריות, צמחים ובעלי חיים בהם גם בני אדם)”, אמר החוקר הראשי Changcheng Xu מהמעבדה הלאומית במשרד האנרגיה של ארה”ב. הממצאים החדשים, שפורסו במסגרת מאמר בכתב העת המדעי Nature Communications, עשויים לספק שיטות חדשות להנדוס של תכולת השמן במגוון צמחים.

המחקר עשוי להיות חשוב במיוחד לשם הפיתוח של שיטות הנדסה גנטיות שמטרתן להגדיל את תכולת השמן בעלים ובחלקי צמח אחרים. חלקים אלו של הצמח בדרך כלל אינם מכילים בתוכם שמן, אולם בעזרת הממצאים החדשים ניתן יהיה להנדס אותם כך שישמשו בתור מקור נפוץ לשמנים ברי-קיימא המהווים חומרי מוצא להכנת ביו-דלקים ומוצרים מסחריים אחרים, מסבירים החוקרים. הממצאים חשובים גם בתחום של תכולת שמן בזרעים, המקור העיקרי של צמחים בטבע בו הם מאחסנים את השמן שלהם. מאגרים טבעיים אלו של שמנים צמחיים מספקים את חומרי המזון עבור הנבטים והשתילים של הצמחים – וכן גם עבור בעלי חיים ובני אדם. “מצאנו שהשמטה של סוג מסוים של סטרול גורמת לירידה בהצטברות השמן בזרעים ובעלים”, מסביר החוקר הראשי, שהוא וקבוצת המחקר שלו עובדים כבר שנים במטרה להגביר את תכולת השמן בחלקי צמחים.  

“עלים, בהשוואה לזרעים, הם הרבה יותר נפוצים כאפשרות לחומר ביואנרגטי,” הוא מסביר. “בנוסף, מאחר והשמן הנמצא בזרעים משמש עבור מזון, המטרה שלנו היא להגדיל את תכולת השמן בחלקי הצמח שאינם זרעים, למשל עלים וגבעולים, עבור ייצור מוצרים מסחריים, ולהימנע בכך מתחרות בין השימוש בהם כמזון לבין השימוש בהם כדלק”.

צוות המחקר השיג הצלחה בהנדסת עלים כך שיצברו בתוכם כמות משמעותית יותר של שמן, זאת תוך שימוש בצמח המעבדה הנפוץ תודרנית (Arabidopsis). החוקרים פיתחו שיטה פשוטה ויעילה למדוד את תכולת השמן – בעזרת הנדסה גנטית הם יצרו צמחים שבהם חלבון זוהר בצבע ירוק נקשר באופן קבוע לחלבון ששמו אוליאוסין (Oleosin). חלבון זה מצטבר אך ורק על פני השטח החיצוני של טיפות הליפידים ומהווה חלק מהקרומית העוטפת אברונים המאחסנים שמן בתוך התאים,זאת לשם סיוע בייצוב המבני שלהם. אם דגימה של רקמת צמח – עלה, גבעול או זרע – מכילה בתוכה טיפות שמן היא תבלוט בתור נקודה ירוקה קטנה תחת מיקרוסקופ זהירה. “טיפלנו בצמחים שלנו על ידי מְתַשְׁנֵת (מוטגן, mutagen) במטרה לגרום לתשניות שיביאו להגברת הצטברות השמן”, אמר החוקר הראשי. “המטרה העיקרית של המחקר שלנו היתה למצוא את אותם שינויים גנטיים שיביאו לגידול ניכר בתכולת השמן בחלקי הצמחים השונים, תוך מציאת גנים או חלבונים חדשים החשובים במנגנון הייצור של טיפות שמן או ההצטברות שלהן”.

ברמה המיקרוסקופית, המדענים יודעים כי טיפות ליפיד נוצרות בתוך אברוני תא הנקראים בשם ‘רִשְׁתִּית פְּלַזְמַת הַתָּא’ (endoplasmic reticulum). אברונים אלו מהווים רשת פנימית של קרומיות בתוך התאים (לא הקרומית הראשית העוטפת את התא כולו) המשמשות בתור סוג של מפעל המייצר מגוון חומרים כגון חלבונים וליפידים.          

טיפות ליפידים המשמשות לאחסון נוצרות כאשר השמן מתחיל להצטבר בין שתי שכבות של קרומית ה’רִשְׁתִּית פְּלַזְמַת הַתָּא’, אולם רק באותם אזורים מסוימים שם. בסופו של דבר, כאשר יש מספיק שמן, הקרומית הקטנה ניתקת תוך השארת טיפת השמן אצורה בתוך מתחמים ייעודיים.

על מנת למצוא את אותן מוטציות הגורמות לגידול בתכולת השמן המצטבר, צוות המחקר עשה שימוש בשיטה הידועה בשם ‘שיבוט על-פי המיקום’ (positional cloning) – שיטה שבה מחפשים כל חלק וחלק בכרומוזומים תוך זיהוי גנים מוגדרים האחראים למנגנון זה. במסגרת שיטה זו מצמצמים את החלק העובר חיפוש לשם מציאת אותם גנים חשובים, הגם שאזורים אלו עדיין מכילים מאות גנים אפשריים”, מסביר החוקר הראשי. לאחר ריצוף גנטי מלא של חלק זה, צוות המחקר זיהה גן שנחשד כמעורב במנגנון. גן זה מקודד אנזים האחראי לשלב ביוכימי מסוים בסינטזה הרב-שלבית של סטרול, מולקולה הדומה מבנית לכולסטרול ואשר נמצאת בקרומיות התא השונות. על ידי ‘השבתת’ (knocking out) הגרסא המקורית (הלא מוטנטית) של גן זה, המדענים יכלו לשכפל את האפקט של המוטציה. כלומר, צמחים המכילים את הגן המושבת הזה לא צברו כל טיפות ליפיד, בעוד שהכנסת הגן המקורי גרמה לשחזור הצטברות השמן. “ניסוי זה סיפק הוכחה חותכת לכך שסטרול נוטל תפקיד הכרחי ביצירת טיפות שמן”, מסביר החוקר הראשי.

אולם, המדענים הלכו שלב קדימה – הם חקרו מה קורה כאשר משנים את הגנים המקודדים אנזימים אחרים המעורבים בסינתזה הרב-שלבית של סטרול תוך מדידת תכולת הסטרול בכל מקרה ומקרה. הניסויים המפורטים אפשרו לחוקרים למצוא את הסוג המסויים של סטרול שהיעדרותו גורמת להפחתה בהצטברות השמן. “אנו סבורים כי סטרול זה חיוני להיווצרות של מיקרו-מתחמים בקרומית המעורבת ביצירה של טיפות ליפידים”, מסביר החוקר הראשי. “ההיעדרות של סטרול זה גורמת לשיבוש במנגנון הייצור של מיקרו-מתחמים אלה”.

הידיעה על המחקר

המאמר המלא אודות המחקר

עוד בנושא באתר הידען:

• טכנולוגיה ידידותית לסביבה מאפשרת הפקת אתילן מתוצרי נפט בהשקעה פחותה של אנרגיה
• תיאוריה חדשה מסבירה את היווצרותו של כתם קפה
• שיטה חדשנית להתפלת מים באמצעות ננו-צינורות פחמן
• הפיזיקה מאחורי התפשטות השיעול והעיטוש – הגיע הזמן לזנוח מודלים מיושנים
• מסביב לעולם בלי דלק