מחקרים

מחקר בינלאומי ורב-תחומי בהובלת פרופ' אילון שני והדוקטורנט ג'ניה ביננבאום מבית הספר למדעי הצמח ואבטחת מזון באוניברסיטת תל אביב, חשף את מנגנון פעולתו ותנועתו בצמח של ההורמון ג'יברלין – חומר בעל חשיבות עצומה לגדילת יבולים חקלאיים. המחקר המורכב כלל עשרות ניסויים במגוון רחב של תחומים: פיזיולוגיה, ביולוגיה מולקולרית, ביוכימיה, מודלים מתמטיים, מיקרוסקופיה פלואורסנטית, גנטיקה ועוד. הניסויים בוצעו במהלך 7 שנים על ידי מספר קבוצות מחקר ברחבי העולם – באוניברסיטת תל אביב, במכון ויצמן למדע ובמכון וולקני בישראל, וכן בדנמרק, צרפת, אנגליה, גרמניה וספרד. המחקר פורץ-הדרך פורסם בכתב העת היוקרתי Nature Plants.

הורמון קטן עם חשיבות עצומה

"מעטים מחוץ לקהילה המדעית שמעו על ההורמון ג'יברלין, אך למעשה זהו אחד החומרים בעלי ההשפעה הגדולה ביותר על האנושות," אומר פרופ' שני. "מדובר בהורמון, מולקולת סיגנל קטנה, שמבקר את גדילתם של הצמחים, והוא קשור ישירות למהפכה הירוקה של שנות ה-60 וה-70, שייעלה את העבודה החקלאית והגדילה באופן משמעותי את יבולי הדגניים – חיטה, שעורה, תירס ואורז. למעשה, טכניקות של מניפולציה בג'יברלין בצמחים הן אחד הגורמים העיקריים לכך שיש לנו היום מספיק אוכל בעולם. אך על אף חשיבותו, מעט מאוד היה ידוע עד לאחרונה על מנגנון פעולתו ותנועתו של הג'יברלין במרחב הצמח. במחקר הנוכחי יצאנו למסע מקיף על מנת לתת מענה לכמה שאלות מהותיות: איך נע הג'יברלין בתוך הצמח? איפה הוא מצטבר? ואיך בדיוק הוא פועל בתאים ספציפיים בצמח?"

המחקר בוצע בצמח ארבידופסיס (תודרנית לבנה) המשמש כצמח מודל במחקרים רבים. בשלב הראשון ביקשו החוקרים לזהות את המנגנון שמוביל את הג'יברלין מהעלים שבהם הוא נוצר, דרך מערכת ההובלה המכונה שיפה, אל השורש. לצורך כך הם יצרו בצמחים מוטציות שונות וביצעו בהם סריקות גנטיות, וכך גילו שלושה חלבונים נשאים (טרנספורטרים) שבלעדיהם הג'יברלין אינו מגיע ליעדו. מדובר בחלבונים שנמצאים בתאי השיפה, ופועלים יחדיו כדי להעביר את מולקולת הג'יברלין מצד אחד של קרום התא לצד השני, ובכך מאפשרים את מהלך מסעה הארוך לאורך הצמח כולו. במילים אחרות: תפקידם של חלבונים אלה הוא להטעין את הג'יברלין מן העלה אל רקמות ההובלה, שם הוא זורם במורד הצמח אל השורש. 

בשלב הבא נעזרו החוקרים בשיטה מתקדמת של מיקרוסקופיה פלואורסנטית ברזולוציה של תא בודד כדי לבחון את השפעת הג'יברלין – או העדרו – על תאים בשורש. הם מצאו שהג'יברלין מצטבר בשכבת תאים בשורש שמכונה אנדודרמיס – שחוצצת בין רקמת ההובלה לשאר תאי השורש. ידוע שאחד מתפקידי האנדודרמיס הוא לבקר את מעבר החומרים שנקלטים על ידי השורש מן הקרקע (מים, מלחים, גזים וחומרי הזנה שונים) אל רקמות ההובלה המובילות חומרים אלה לשאר חלקי הצמח. בקרה זו נעשית על ידי ייצור שכבת בקרה - חומר איטום דמוי שעם שנקרא סוּבֶּרין. במחקר זה גילו החוקרים שבהיעדר ההורמון ג'יברלין נפגע ייצור הסוברין. בשורה התחתונה: הג'יברלין אחראי על בקרת ייצור הסוברין באנדודרמיס, ובכך הוא משפיע ישירות על הזנת הצמח ועל גדילתו.

הזנת האנושות בתנאי אקלים משתנים

״עד כה היה ידוע כי תנועת ההורמון ג׳יברלין בצמח הכרחית להתפתחות תקינה של הצמח, אך המנגנון שמאפשר תנועה זו לא היה ידוע," מסביר ד״ר ביננבאום. "במחקר שלנו פענחנו את המערכת שמאפשרת מעבר של ג׳יברלין בין חלקי הצמח השונים, וכן גילינו תפקיד חדש של הג'יברלין: בקרה על ייצור סוברין, חומר בעל חשיבות רבה להתפתחות הצמח. הבנת מנגנוני התנועה של ג׳יברלין בצמח עשויה להוות בסיס למחקר יישומי בעתיד, עם השפעה משמעותית על ביטחון תזונתי ועל התפתחות הצמח בסביבה משתנה.״

פרופ' שני מסכם: "במחקר רב-תחומי ממושך ומורכב הצלחנו לחשוף את מנגנוני תנועתו ופעולתו של אחד החומרים החשובים ביותר להזנת האנושות: ההורמון ג'יברלין. מצאנו כיצד הג'יברלין מגיע מהעלים לשורש, היכן הוא מצטבר בשורש, ואיך הוא משפיע משם על מנגנוני הזנת הצמח. אנו מקווים ומאמינים שהתובנות העולות מהמחקר יסייעו לפיתוחן של שיטות חדשניות להשבחת ולהגדלת יבולים, בעיקר דגניים, במטרה להתמודד עם אחד האתגרים הגדולים ביותר של העידן הנוכחי: הזנת מספרים הולכים וגדלים של בני אדם בתנאי אקלים משתנים."