צמחי ניסוי שעברו עריכת גנים החלו לפתח עגבניות נטולות זרעים גם כאשר הקור פגע בהפריה. בניסוי חממה הם הקדימו את צמחי הביקורת והניבו יותר פירות בשלים, אך עדיין לא נבדקו כזנים מסחריים
חוקרים מהאוניברסיטה העברית זיהו מערכת ויסות גנטית המתאמת בין התפתחות איברי הרבייה בפרח העגבנייה, שחרור האבקה ותחילת התפתחות הפרי. שינוי משולב בשני רכיבים במערכת זו אפשר לצמחי ניסוי לפתח פירות ללא הפריה ולהמשיך להניב גם בתנאי קור, שבהם צמחי עגבנייה רגילים כמעט שלא חנטו פירות.
המחקר, שהתפרסם בכתב העת New Phytologist, הובל בידי פרופ' נעמי אורי והדוקטורנט נוה מן מהמכון למדעי הצמח וגנטיקה בחקלאות באוניברסיטה העברית. השתתפו בו חוקרים ממכון לייבניץ לביוכימיה של צמחים בגרמניה וממינהל המחקר החקלאי – מכון וולקני.
כל עגבנייה מתחילה בפרח, אך הדרך מפריחה לפרי תלויה בתיאום עדין. איברי הרבייה הזכריים והנקביים צריכים להתפתח בקצב מתאים, המאבקים צריכים להיפתח ולשחרר אבקה במועד הנכון, והאבקה צריכה להפרות את הביציות שבשחלה. קור עלול להפחית את חיוניות האבקה ולשבש את ההפריה, בעוד שמחקרים קודמים הראו שגם חום כבד פוגע בחנטת הפירות.
דוושת הגז והבלם של מערכת האוקסין
החוקרים התמקדו במערכת המתווכת את תגובת הצמח לאוקסין, הורמון צמחי המעורב בתהליכי גדילה, התפתחות ורבייה. פעילות האוקסין אינה נשלטת באמצעות גן יחיד, אלא באמצעות רשת של גורמי בקרה.
במרכז המחקר עמדו שני גנים קרובים, SlARF8A ו־SlARF8B, המייצרים גורמי תגובה לאוקסין. מנגד פועלת מולקולת מיקרו־רנ"א קטנה בשם miR167, המפחיתה את פעילותם ומשמשת מעין בלם מולקולרי.
באמצעות CRISPR יצרו החוקרים שינויים בחמישה גנים ממשפחת SlMIR167 ובשני גני SlARF8, ולאחר מכן בחנו כיצד צירופים שונים של השינויים משפיעים על מבנה הפרח ועל חנטת הפירות.
התוצאות הראו כי SlARF8A ו־SlARF8B פועלים יחד בתיאום ההתפתחות של האבקנים והעלי. לצד התפקיד המשותף, ל־SlARF8B נמצא גם תפקיד ייחודי בוויסות פתיחת המאבקים ושחרור גרגרי האבקה.
פירות ללא הפריה
התוצאה הבולטת ביותר התקבלה בצמחים שבהם שולבו שינוי ב־SlMIR167a ואובדן הפעילות של SlARF8B. שילוב זה שינה את האיזון במערכת ואפשר ל־SlARF8A לפעול באופן שגרם להתחלה מהירה ומוקדמת של התפתחות הפרי ללא הפריה.
תופעה זו מכונה פרתנוקרפיה. הפירות מתפתחים מהשחלה גם בלי שגרגר אבקה יפרה את הביצית, ולכן הם נטולי זרעים.
היכולת לעקוף את שלב ההפריה נעשתה משמעותית במיוחד בתנאי קור. בניסויי חממה בחורף המשיכו הצמחים שעברו עריכת גנים לפתח פירות, בשעה שצמחי הביקורת הניבו מעט מאוד פירות או לא הניבו כלל.
בתחילת עונת הגידול נמצא בצמחים הערוכים מספר פירות גדול ביותר מפי 18 לעומת צמחי הביקורת. חשוב להדגיש שאין פירוש הדבר שהיבול המסחרי הסופי גדל פי 18: זהו נתון שנמדד בשלב מוקדם, כאשר בצמחי הביקורת כמעט שלא התפתחו פירות.
במועד הקטיף היו בצמחים הערוכים פי שישה יותר עגבניות בשלות, ומשקלן הכולל של העגבניות הבשלות היה גדול פי עשרה מזה שנמדד בצמחי הביקורת. רוב הפירות בצמחים הערוכים כבר האדימו, בעוד שמרבית הפירות בצמחים שלא נערכו נותרו ירוקים.
הצמחים הערוכים היו גם קומפקטיים יותר. חלק גדול יותר ממשאביהם הופנה לייצור פירות, במקום להתארכות הגבעולים וליצירת עלים.
עדיין לא זן חקלאי
לדברי פרופ' אורי, הממצאים מראים כיצד איזון בין גורמי התגובה לאוקסין לבין המיקרו־רנ"א מתאם את התפתחות איברי הפרח, את שחרור האבקה ואת תחילת צמיחת הפרי. הבנת המנגנון עשויה לסייע בעתיד בפיתוח זנים שימשיכו לחנוט פירות כאשר הטמפרטורה מקשה על הפריה רגילה.
עם זאת, הצמחים שנבדקו במחקר הם צמחי ניסוי ולא זני עגבנייה המוכנים לגידול מסחרי. לפני שניתן יהיה להשתמש בגישה בחקלאות יהיה צורך לבדוק כיצד השינויים משפיעים על גודל הפרי, טעמו, מרקמו, ערכו התזונתי, חיי המדף שלו ואיכותו הכוללת.
יהיה צורך גם להחדיר את התכונה לזנים חקלאיים שונים ולבחון אותה במשך כמה עונות ובתנאי שדה או חממה משתנים. תנאי תאורה, לחות, מחלות, זמינות חומרי הזנה ותנודות טמפרטורה עשויים להשפיע על התוצאה.
הפיתוח עשוי להיות מתאים במיוחד לעגבניות המיועדות לתעשייה. בפירות אלה היעדר זרעים וכמות קטנה יותר של החומר דמוי הג'ל המקיף אותם עשויים להיות יתרון. ואולם גם אפשרות זו דורשת בדיקה של איכות הפרי ושל התאמתו לעיבוד.
המחקר מומן בידי קרן המחקר הגרמנית, הקרן הלאומית למדע ומשרד החקלאות וביטחון המזון.
שאלות ותשובות
מה מונע מעגבניות להניב בקור? קור עלול לפגוע בחיוניות האבקה ובתהליך ההפריה. ללא הפריה תקינה, במרבית זני העגבנייה לא מתחילה חנטת הפרי.
מה שינו החוקרים? החוקרים השתמשו ב־CRISPR לשינוי רכיבים במערכת miR167–ARF8, המווסתת את תגובת הצמח להורמון אוקסין ואת התפתחות איברי הרבייה בפרח.
כיצד נוצרו פירות בלי הפריה? שילוב מסוים של שינויים ב־SlMIR167a וב־SlARF8B גרם לפרתנוקרפיה – התפתחות הפרי ללא הפריה. הפירות שנוצרו בדרך זו היו ללא זרעים.
האם אפשר כבר לקנות זרעי עגבניות כאלה? לא. מדובר בצמחי מחקר. נדרשות בדיקות נוספות של הטעם, הגודל, האיכות, חיי המדף והביצועים של התכונה בזנים חקלאיים ובתנאי גידול מסחריים.
עוד בנושא באתר הידען
- טכנולוגיית CRISPR מביאה לגילוי תכונות גנטיות מורכבות בצמחי עגבנייה
- מדענים גילו גן בעגבנייה שמגדיל את היבול ומשפר את איכותה
- לערוך, לביית, לגדל: CRISPR מקרב קרוב של העגבנייה לשדה
- החיידק שמציל את הסלט
- משבר האקלים מצמצם את שטחי החקלאות בעולם ובמזרח התיכון
לפרסום המקורי: פתיחת הפרסום המקורי
