חוקרים מאוניברסיטת תל אביב זיהו בחיטת הבר גן המווסת את גודל הגרגר ואת חלוקת חומרי ההזנה; הפחתת פעילותו יצרה בניסויי מעבדה גרגרים גדולים וכבדים יותר, ובהם יותר חלבון, ברזל ואבץ
חיטת הבר, מאבותיה של החיטה המודרנית, עשויה לספק למגדלים כלי גנטי חדש לשיפור גודל הגרגרים והרכבם התזונתי. חוקרים מאוניברסיטת תל אביב זיהו בה גן המווסת את התפתחות הזרע ואת חלוקת חומרי ההזנה בתוכו. כאשר הפחיתו את פעילות הגן בכמה מערכות ניסוי, התקבלו גרגרים גדולים וכבדים יותר, ובהם יותר חלבון, חומצות אמינו חיוניות ומינרלים ובהם ברזל, אבץ ומוליבדן.
המחקר, שפורסם בכתב העת Plant, Cell & Environment, אינו מציג עדיין זן מסחרי המוכן לזריעה בשדות. הוא מזהה מנגנון גנטי ומראה בכמה זני חיטה ובכמה שיטות ניסוי כי שינוי פעילותו משפיע על גודל הגרגר ועל הרכבו. הממצאים עשויים לשמש בסיס לתוכניות טיפוח והשבחה, אך יהיה צורך לבחון את הצמחים בניסויי שדה ולוודא שהשיפור בגרגר היחיד מתבטא גם ביבול חקלאי יציב.
את המחקר הובילו ד״ר זכריה הבר ז״ל והפוסט־דוקטורנטים ד״ר דווינדר שארמה וד״ר מאנס פרוסטי, ממעבדתו של ד״ר ניר שדה בבית הספר למדעי הצמח ואבטחת המזון ובמכון לחקר הדגנים באוניברסיטת תל אביב. במחקר השתתפו גם חוקרים מאוניברסיטת חיפה, ממינהל המחקר החקלאי – מכון וולקני, ומאוניברסיטת בן־גוריון בנגב.
ד״ר הבר נפל בקרבות ברצועת עזה בינואר 2024, בעת שהיה בעיצומה של עבודת הדוקטורט. תואר הדוקטור הוענק לו לאחר מותו, והמחקר הושלם במעבדתו של ד״ר שדה. שארמה, הבר ופרוסטי מצוינים במאמר כמי שתרמו לו במידה שווה.
ספריית הגנים שאבדה בתהליך הביות
חיטת הבר הדו־גרגרית, Triticum dicoccoides, גדלה באזור הסהר הפורה והיא אחד מאבותיהן של חיטות התרבות המודרניות. במשך אלפי שנות ביות והשבחה בחרו בני האדם שוב ושוב צמחים בעלי תכונות מועילות לחקלאות, ובהן יבול גבוה, הבשלה אחידה וגרגרים שקל לאסוף ולעבד.
התהליך אפשר להפוך את החיטה לאחד מגידולי המזון החשובים בעולם, אך היה לו מחיר גנטי. הבחירה במספר מצומצם של תכונות וזנים צמצמה חלק ניכר מן השונות שהתקיימה באוכלוסיות הבר. בחיטת הבר נשמרו גרסאות רבות של גנים שהתפתחו בתנאי חום, יובש, קור ולחות שונים, ולכן היא משמשת מעין ספרייה טבעית של פתרונות אבולוציוניים.
כדי לחפש פתרונות כאלה ניתחו החוקרים כ־460 קווים של חיטת בר שנאספו מאזורי אקלים שונים בישראל. הם השוו בין הנתונים הגנטיים לבין משקל הגרגרים, שטחם ותכולת החנקן שלהם. ניתוח הקשרים ברחבי הגנום הצביע על אתר מרכזי בזרוע הארוכה של כרומוזום 2B, המכונה 2BL.
באזור זה זוהה גן המקודד גורם שעתוק ממשפחת B3. גורמי שעתוק הם חלבונים המסייעים לווסת את פעילותם של גנים אחרים. החוקרים כינו את הגן B3-SG, קיצור של B3-Seed Growth, ומצאו כי הוא פועל כמו בלם המגביל את גידול הזרע ומשפיע על האופן שבו הפחמן והחנקן מתחלקים בתוכו.
אותו אפקט בכמה זני חיטה
זיהוי קשר סטטיסטי בין וריאנט גנטי לבין תכונה אינו מוכיח לבדו שהגן הוא הגורם לתכונה. לכן החוקרים בדקו את הממצא בכמה דרכים ובכמה רקעים גנטיים.
תחילה הוחדר המקטע שמקורו בחיטת הבר לזני חיטת לחם משושת־מערכות הכרומוזומים Chinese Spring ו־Bethlehem. המקטע העלה את משקל הגרגרים גם ברקע של חיטה תרבותית. לאחר מכן נבדקו מוטציות שפגעו בפעילות הגן בזן החיטה הארבע־מערכתי Kronos, וגם בהן התקבלו גרגרים גדולים יותר.
בשלב נוסף השתמש הצוות בעריכה גנטית מסוג CRISPR/Cas9 בזן חיטת הלחם Fielder. גם כאן, השבתת הגן או הפחתת פעילותו הגדילה את משקל הגרגרים ואת תכולת החנקן. החזרה על התוצאה בחיטת בר, בחיטת דורום ובחיטת לחם חיזקה את המסקנה שלפיה B3-SG הוא מווסת שלילי של גידול הזרע ברמות פלואידיות שונות.
הבדיקות הכימיות הראו שהשינוי אינו מסתכם בגודל. בגרגרים שבהם נפגעה פעילות הגן נמצאו עליות בחומצות אמינו חיוניות, בסוכרים, בשומנים, בחנקן ובמינרלים ובהם אבץ, ברזל ומוליבדן. ניתוח פעילות הגנים הצביע על הגברה של מסלולים הקשורים לחומצות שומן, לחנקן ולתרכובות פניל־פרופנואידיות, לצד הפחתה במסלולים מסוימים של חילוף חומרים של פחמימות והעברת סוכרים.
רמז להתאמה לאקלים משתנה
החוקרים מצאו גם כי שתי גרסאות טבעיות עיקריות של האזור הגנטי אינן מפוזרות באקראי. גרסה אחת נפוצה יותר באזורים חמים ויבשים, ואילו האחרת מאפיינת אזורים קרירים ולחים יותר. החלוקה מרמזת שהגן היה מעורב בהתאמת חיטת הבר לתנאי סביבה שונים לאורך זמן.
אין פירוש הדבר שהשבתת הגן לבדה תהפוך את החיטה לעמידה לבצורת או לחום. הקשר בין הגרסאות הגנטיות לבין האקלים מצביע על יעד מחקרי מבטיח, אך התאמה חקלאית היא תכונה מורכבת המושפעת מגנים רבים ומיחסי הגומלין ביניהם ובין הקרקע, המים והטמפרטורה.
לדברי ד״ר שדה, חיטת הבר היא מאגר גנטי שנבנה במשך אלפי שנות אבולוציה בתנאי סביבה משתנים. איתור גנים המשפיעים בעת ובעונה אחת על גודל הגרגר ועל איכותו התזונתית עשוי לסייע בפיתוח זנים שיספקו יבול איכותי יותר גם בתנאי גידול מאתגרים.
מהמעבדה אל השדה עוד ארוכה הדרך
המחקר מספק ראיות גנטיות, מולקולריות וביוכימיות לכך שהגן משפיע על התפתחות הגרגר, אולם עדיין נותרו שאלות מעשיות. גרגר גדול יותר אינו מבטיח בהכרח יבול גבוה יותר לדונם: יש לבחון גם את מספר השיבולים, מספר הגרגרים בכל שיבולת, משך הגידול, צריכת המים, העמידות למחלות ואיכות האפייה.
כמו כן יש לבדוק אם העלייה בריכוז חומרי ההזנה נשמרת בזנים מסחריים ובתנאי שדה שונים, ואם לשינוי בגן יש השפעות בלתי רצויות על חלקים אחרים של הצמח. רק לאחר ניסויי טיפוח ושדה ממושכים יהיה אפשר לקבוע אם הגן יוכל לתרום בפועל לאספקת מזון גדולה ומזינה יותר.
עם זאת, המחקר מדגים מדוע קרובי הבר של צמחי התרבות חשובים לביטחון התזונתי. תכונות שלא נבחרו בתקופת הביות, או שנעלמו במהלך ההשבחה, עשויות להפוך למועילות כאשר החקלאות נדרשת להתמודד עם אקלים משתנה ועם ביקוש גדל למזון. במקרה הזה, חומר גנטי שנשמר בחיטת הבר בישראל עשוי להציע נקודת מוצא חדשה לשיפור אחד הגידולים המרכזיים בתזונת האדם.
שאלות ותשובות
מהי חיטת הבר הדו־גרגרית?
זהו מין חיטת בר הגדל באזור הסהר הפורה ונחשב לאחד מאבותיהן של חיטות התרבות. הוא שומר על שונות גנטית רחבה יותר מזו הקיימת בזנים חקלאיים רבים.
מה גילו החוקרים?
החוקרים זיהו גורם שעתוק ממשפחת B3 המווסת את גידול הזרע ואת חלוקת חומרי ההזנה. הפחתת פעילותו בכמה זני חיטה יצרה גרגרים גדולים וכבדים יותר ושינתה את הרכבם התזונתי.
האם החיטה המשופרת כבר זמינה לחקלאים?
לא. מדובר במחקר בסיסי ויישומי בשלב טרום־מסחרי. נדרשים ניסויי שדה, טיפוח זנים ובדיקות של יבול, יציבות ואיכות לפני שאפשר יהיה להשתמש בתגלית בחקלאות רחבת היקף.
כיצד התגלית קשורה לשינויי האקלים?
גרסאות טבעיות שונות של האזור הגנטי נמצאו באוכלוסיות חיטת בר מאזורים חמים ויבשים לעומת אזורים קרירים ולחים. הדבר מרמז על תפקיד בהתאמה סביבתית, אך עדיין אינו מוכיח שהשבתת הגן מקנה כשלעצמה עמידות לחום או ליובש.
המאמר המדעי
עוד בנושא באתר הידען
לפרסום המקורי: אוניברסיטת תל אביב – כוחות העל של חיטת הבר הקדומה
