מאגר מידע חדש חושף את סודותיו של הפרי האדום
עגבניות בר הגדלות בדרום-אמריקה עשויות ליהנות מיתרונות גנטיים מסוימים על-פני העגבניות המוכרות לנו – למשל, תכונות הקשורות לטעם, ריח או עמידות למזיקים. חקלאים המעוניינים להשיב לעגבניות שהם מגדלים כמה מתכונותיהן האבודות, יכולים כעת להיעזר במאגר מידע עצום המוקדש כולו לפרי האדום וכולל מיפוי גנטי ומטבולי הן של עגבניות בר והן של עגבניות מתורבתות.
המאגר – שהקים צוות מחקר בראשות פרופ’ אסף אהרוני ממכון ויצמן למדע בשיתוף קבוצת המחקר של פרופ’ דני זמיר מהאוניברסיטה העברית בירושלים וחוקרים ממוסדות נוספים – נבנה על סמך 600 הכלאות שיצרו בקבוצתו של פרופ’ זמיר בין עגבניות בר מפרו, Solanum pennellii, ובין הזן המתורבת השכיח Solanum lycopersicum. המדענים ערכו מיפוי גנטי ומטבולי מקיף של זני ההכלאות השונים והפעילו כלים חישוביים כדי לקבוע אילו מקטעים של הגנום, או אפילו אילו גנים בודדים, אחראים על התכונות השונות בכל זן. מאגר זה יעזור לחוקרים ולחקלאים ליצור זני עגבניות משופרים, וכבר כעת הוא מסייע למדעני המכון לפענח כמה תעלומות הקשורות בעגבנייה.
סיפור מתוק
עגבניות ירוקות הן מרירות לרוב בשל תכולה גבוהה של אלפא-טומאטין, חומר רעיל המגן על העגבנייה מפני חיידקים ופטריות ומבטיח שחיות וציפורים לא יאכלו אותן בטרם עת. עם הבשלתן הופך האלפא-טומאטין למטבוליט שאינו מריר, אך עד כה לא היה ידוע כיצד מתוזמנים שני התהליכים – ההבשלה וההמתקה. כמו כן, לא היה ידוע כיצד החומר הרעיל אינו פוגע בעגבנייה עצמה.
ד”ר יאנה קזצ’קובה, חוקרת בתר-דוקטוריאלית בקבוצתו של פרופ’ אהרוני, בחנה שאלות אלה בזן ייחודי של עגבניות בר הנותרות מרירות גם לאחר הבשלתן. החוקרים, שגילו את הזן הזה בהרי האנדים בשנות ה-90, הניחו כי העגבניות מרירות בשל מוטציות באנזימים האחראים לייצור אלפא-טומאטין. כאשר השוו ד”ר קזצ’קובה ועמיתיה את הגנום של העגבניות המרירות לזה של זנים לא מרירים, הם גילו כי ההבדל ביניהם אכן נעוץ במוטציה – אך בניגוד לסברה, המוטציה אינה בגן המקודד את המעבר מטעם מר למתוק, אלא בגן האחראי לחלבון אשר משנע חומרים בתוך התא; החוקרים קראו לגן זה GORKY (“מריר” ברוסית).
כדי לוודא כי המוטציה בגן היא אכן זו האחראית לטעם המר של עגבניות הבר, השתיקה ד”ר קזצ’קובה גן זה בחלק מהעגבניות והגבירה את פעולתו באחרות. לאחר מכן ניתחה את הרכב החומרים בעגבניות המהונדסות באמצעות ציוד ספקטרומטריית מאסות מתקדם במעבדתו של פרופ’ אהרוני. במהלך הניסויים, נהגה מדי פעם לטעום את העגבניות, והתרגשה לגלות כי אלה ללא GORKY אכן היו מרירות. “אלה היו העגבניות המרירות הטעימות ביותר שטעמתי בחיי”, היא אומרת.
במהלך המחקר התברר כי כאשר עגבניות ירוקות מייצרות אלפא-טומאטין בכמויות גדולות, בעיקר בקליפת הפרי, חומר רעיל זה נשמר בתוך בועיות סגורות המונעות ממנו לפגוע בצמח עצמו. כאשר העגבנייה מבשילה, GORKY משנע את האלפא-טומאטין מחוץ לבועיות, דבר המאפשר למולקולות אלה להפוך למטבוליטים לא רעילים בסדרה של חמש תגובות ביוכימיות ההופכות את העגבנייה לטעימה. ללא השינוע, האלפא-טומאטין נשאר בבועיות, והעגבנייה נשארת מרירה. ממצאים אלה עשויים לקדם פיתוח זני עגבניות חדשים וכן מחקרי המשך אשר יבחנו אם מנגנון השינוע קיים גם בצמחים אחרים.
לעגבנייה יש דילמה
במהלך האבולוציה, התמודדו עגבניות עם אתגר לא קל: מצד אחד, המראה המבריק והפתייני שלהן מושך אליהן בעלי חיים, האוכלים מהפרי ומפיצים את זרעיו בהפרשותיהם. מצד שני, גם פטריות שמשתלטות על העגבנייה בערוב ימיה ומשחיתות את מראהּ הטוב – גם הן מסייעות לפזר את זרעיה ולהמשיך את השושלת. כיצד, אם כך, מגשרת העגבנייה בין שני יעדים מנוגדים: שמירה על מראה זוהר ומלא ברק לאורך זמן בד בבד עם כניעה לפטריות?
החוקר הבתר-דוקטוריאלי ד”ר ג’דרזג’ סזימנסקי במעבדתו של פרופ’ אהרוני, יחד עם עמיתיו, הצליח תחילה לזהות שני גנים חדשים המעורבים בייצור גליקואלקלואידים – קבוצת חומרים בעלי תפקיד בהגנה על העגבנייה ובהבשלתה. בנוסף, חיפשו המדענים גנים ומטבוליטים המגדילים את עמידות העגבנייה לאחת הפטריות השכיחות התוקפות את פירותיה. הם ערכו ניתוח גנומי ומטבולי של 600 הזנים במאגר הנתונים החדש ובמקביל בדקו את התפשטות הפטרייה בזנים אלה; לשם כך, החדירו פטריות לחתכים קטנים על-גבי העגבניות בכל 600 הזנים – ובסך הכל 25 אלף חתכים. כך גילו רשת של שישה מטבוליטים האחראים לעמידות העגבנייה לפטרייה. החוקרים הראו כי אפשר להגביר עמידות זו באמצעות שימוש באחד המטבוליטים בלבד – ויטמין B5. יתר על כן, החוקרים זיהו שלושה גנים המעורבים בעמידות לפטרייה: כאשר השתיקו אותם, עלתה הרגישות לזיהום הפטרייתי.
מחקר זה עשוי לעזור בפיתוח קוטלי פטריות חדשים ולקדם פיתוח זנים עמידים. ומה לגבי האיזון האבולוציוני הרצוי בין “טיפוח” ו”הזנחה”? ובכן, החוקרים גילו כי כאשר העגבנייה מבשילה, יורדת פעילותם של הגנים האחראים לעמידות בפני פטריות. עובדה זו מצביעה על קיומם של מנגנונים אשר מתזמנים באופן מדויק תהליכים אלה, המנוגדים לכאורה זה לזה.
במחקרים השתתפו ד”ר שמואל בוקובזא, ד”ר אילנה רוגצ’ב, ד”ר שאנטאן פנדה, ד”ר פראשנט ד’ סונאוואן, ד”ר ניר שחף, ד”ר שגית מאיר, ד”ר אנדרי ויינר, ד”ר יונגווי דונג, ד”ר שפרה בן דור וד”ר סימון מיכאלי – כולם מהמחלקה למדעי הצמח והסביבה במכון ויצמן למדע; ד”ר איתי צמח ופרופ’ דני זמיר מהאוניברסיטה העברית בירושלים; ד”ר יאנגז’י הו ופרופ’ אילון שני מאוניברסיטת תל-אביב; ד”ר פבלו קרדנס, ד”ר דורותיאה ורס, ד”ר קריסטה קנסטרוף, ד”ר סופי קונסטנצה למברץ, ד”ר קריסטוף קרוקול וד”ר חוסאם חסן נור-אלדין מאוניברסיטת קופנהגן; ד”ר ג’אסטין לאשברוק מאוניברסיטת סטלנבוש שבדרום-אפריקה; פרופ’ אבינש קאמבל מאוניברסיטת סביטריבאי פולה פונה שבהודו; ד”ר ארנו בובי, ד”ר ג’ול בקווילדר, ד”ר יורי טיקונוב וד”ר אירנה רומרו דה לה פואנטה ממכון ואגנינגן לחקר צמחים שבהולנד.
עוד בנושא באתר הידען:
