דרך אחת להגביר את הריח היא פשוט לדכא את הצבע

בוטניקה / בפרויקט הגנום של עלי הכותרת מאתרים חוקרים ישראלים את הגנים האחראים לריחם של הפרחים

מאת מרית סלוין

תצלומים: האוניברסיטה העברית
<

בעזרת שני זני ורד – זן ורוד בעל ריח חזק וזן צהוב חסר ריח(למטה) – זיהו החוקרים לראשונה גנים המעורבים ביצירת הריח בוורדים

הפרחים של היום אינם מריחים כמו הפרחים של פעם. שנים של הכלאות חוזרות ונשנות, במטרה לקבל פרחים בעלי צבעים מיוחדים, צורות אטרקטיוויות ובעיקר חיי מדף ארוכים, גרמו לכך שהוורדים, הציפורנים ופרחים רבים אחרים, שתמציות הריח שלהם שימשו ליצירת בשמים, מריחים היום כמו פרחי פלסטיק.

טביעת הריח הייחודית של פרח היא תערובת של חומרים שמתנדפים לאוויר מעלי הכותרת. סחלבים, למשל, מייצרים כמאה חומרים נדיפים שונים. פרחי לוע ארי, לעומתם, מייצרים בין שבעה לעשרה חומרי ריח בלבד. תערובת הריחות מושכת חרקים המאביקים את הצמח; צירופים אחרים של אותם חומרי ריח מושכים אליהם את אויביהם של החרקים הניזונים מעלי הצמחים. אסטרטגיית הגנה אחרת התפתחה אצל צמחי טבק, שנפגעים מזחלים או חיפושיות שנוגסים בהם: הצמחים משחררים לסביבתם שלושה חומרי ריח המשתקים עד %90 מפעילות האויב.

אסטרטגיית הפצת הריח על ידי הפרחים עברה במהלך האבולוציה שכלול והתאמה לסדר היום של החרקים. בשנה שעברה מצאה חוקרת הצמחים נטליה דודרבה מאוניברסיטת פרדו באינדיאנה, שלצמחי לוע ארי יש שעון ביולוגי המכוון את שחרור חומרי הריח כך שבשעות היום, שעות הפעילות של הדבורים שמאביקות את הצמח, משתחרר פי ארבעה יותר חומר מאשר בשעות הלילה. פרחי הפטוניה והטבק לעומת זאת משחררים כמויות גדולות של חומרי ריח דווקא בלילה – זמן הפעילות של העשים המאביקים אותם. אלה ואלה מפסיקים את הפרשת הריח לאחר ההאבקה.

במשך מאות שנים הפיקו מהפרחים את תמציות הריח בטכניקות שונות. אומנות הפקת הריח והפיכתו לבושם היתה מקצוע ייחודי שמעטים עסקו בו משום שדרש חוש ריח מפותח שהיה הכלי היחיד לבדיקת טיב הריח. למרות המיומנויות הטכניות הרבות שנדרשו מהבשם, ידע יסודי על אופן היווצרות חומרי הריח לא היה דרוש. וכך, עד לאחרונה איש לא ניסה להבין כיצד הפרחים מפיקים את ריחם; מהם התהליכים הביוכימיים שמובילים ליצירת הניחוחות.

הראשון שחקר את הנושא היה פרופ' ערן פיצ'רסקי מאוניברסיטת מישיגן, ישראלי לשעבר. פיצ'רסקי תהה מדוע צמחים מסוימים פיתחו יכולת לייצר ריח ואילו צמחים אחרים, הקרובים אליהם במבנה ובהרכב, לא מייצרים ריח כלל. הוא חיפש בספרות המקצועית רמזים לכך, וגילה שלמדענים אין מושג כיצד נוצר הריח בפרחים.

ב-1994 החל פיצ'רסקי לחקור עם צוותו את הקלרקיה, צמח בר ריחני הגדל בקליפורניה. החוקרים כלאו במכל את החומרים הנדיפים שהפרח מפיץ, עשו להם אנליזה כימית ומצאו 12 חומרים שונים. בעקבות הזיהוי הכימי הצליחו לבודד ולאפיין לראשונה אנזים המשתתף ביצירת הריח ויוצר את החומר הנדיף לינלול – אחד מחומרי הריח של הפרחים. החוקרים גם הצליחו לבודד את הגן המקודד לאנזים. מאז נמצאו עוד שלושה גנים המקודדים לאנזימים המעורבים ביצירת חומרי ריח בפרחי קלרקיה. בנוסף גילה פיצ'רסקי שתהליך יצירת הריח מתרחש בשכבת התאים החיצונית של עלי הכותרת, משם הדרך לאוויר החופשי קצרה. באופן דומה זוהה על ידי החוקרת דודרבה אנזים נוסף המעורב ביצירת אחד מחומרי הריח העיקריים בלוע הארי ובודד הגן המקודד לו.

שיטות החיפוש האלה אחרי אנזימים המעורבים ביצירת חומרי ריח הן אטיות. שיטה חלופית, מהירה יותר, פותחה בישראל. ד”ר דוד וייס מהמכון למדעי הצמח וגנטיקה בפקולטה לחקלאות של האוניברסיטה העברית החליט לזהות את הגנים המשתתפים בייצור חומרי הריח באמצעות כלים מודרניים שפותחו בפרויקט הגנום האנושי. וייס עומד בראש הפרויקט הגנומי של עלי הכותרת, שהוקם לפני שלוש שנים בסיוע משרד המדע. במסגרת הפרויקט סורקים ד-נ-א מרקמת הצמח ומחפשים גנים שנראה כי יש להם תפקיד ביצירת מולקולות הריח.

יחד עם צוות חוקרים, שכלל את הפרופסורים אלכסנדר וינשטיין, דני זמיר וצח אדם מהפקולטה לחקלאות, ד”ר אפרים לוינסון ממינהל המחקר החקלאי בבית דגן ופרופ' ערן פיצ'רסקי, הצליח וייס לבנות מסד נתונים של ד-נ-א שפעיל בעלי הכותרת של ורדים. לשם כך השתמשו החוקרים בשני זני ורדים: זן שצבעו ורוד והוא בעל ריח חזק וזן שני, צהוב, חסר ריח. כשהשוו עלי כותרת משני הזנים האלה מצאו בהם חומרים נדיפים שונים לחלוטין. הם הצליחו לבודד ולאפיין יותר מ-3,000 גנים הפועלים בעלי הכותרת של הוורדים, שלפחות ל-20 מהם יש תפקיד משוער ביצירת חומרי ריח שונים.

על מנת לבדוק אם הגנים הללו אכן מעורבים ביצירת הריח, החדירו אותם לחיידקים שיצרו חלבונים שהגנים מקודדים. את פעילות החלבונים בדקו תוך שימוש במכשירים המזהים חומרי ריח. עד כה זיהו החוקרים ואיפיינו ארבעה גנים המקודדים לאנזימים כאלה; זו הפעם הראשונה שנמצאו גנים המעורבים ביצירת הריח בוורדים. חלק מתוצאות המחקר מתפרסמות החודש בכתב העת
;” “Plant Physiology חלק אחר יתפרסם בעוד שלושה חודשים בכתב העת .” “Plant Cell”אנחנו מקווים לברר באמצעות השיטות הגנומיות את המנגנון המולקולרי האחראי על יצירת הריח”, אומר וייס. “במקביל אנחנו מנסים להשתמש בגנים האלה כדי להחזיר לפרחים את ריחם האבוד”.

צעד ראשון בכיוון זה כבר נעשה. בעבודה שהתפרסמה החודש בכתב העת” “Breeding Molecular הציגו וייס וקבוצתו פרחי ציפורן שהוחדר להם גן המשתתף באופן טבעי ביצירת הריח בפרחי קלרקיה ובוורדים. “אמנם יצרנו חומר ריח חדש בציפורן, כפי שנמצא באנליזות כימיות, אבל לא הצלחנו לזהות אותו במבחני הרחה. היה צורך על כן להגביר את הריח”, אומר וייס. שינוי מהותי בריח הציפורן התקבל תוך שימוש בגישה אלטרנטיווית. ההנחה היתה שיצירת צבע וריח הן שתי האסטרטגיות העיקריות של הצמח למשיכת חרקים. ואכן, בדיקות ביוכימיות שערכו חברי הצוות העלו שחלק מחומרי הריח הנוצרים באופן טבעי בפרחי ציפורן, מקורם מאותו מסלול ביוכימי המביא ליצירת הצבע. חבר הצוות עמיר צוקר הראה בעבודת הדוקטור שלו, שחלק ממנה התפרסם לפני חודשיים בכתב העת “,”Breeding Molecular כי אפשר להגביר את יצירת הריח בעלי הכותרת של ציפורן על ידי חסימת מסלול יצירת הפיגמנט.

“בעתיד אנחנו שואפים ליצור ריחות חדשים אטרקטיוויים יותר”, אומר וייס, “אף על פי שעדיין חסר לנו הרבה ידע בהבנת המסלולים הביוכימיים המורכבים ובאופן בו הם מבוקרים ומופעלים”.

https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~289626140~~~27&SiteName=hayadan