צמח אחד, גנטיקה מורכבת: כיצד תורמים וירוסים, חיידקים ובעלי חיים לצמחים?

בימים אלה מוקמת חממת מחקר חדישה באזור הדרום-מזרחי של הגן, בסמוך לכיתת הלימוד תחת כיפת השמים, שהוקמה לזכר קהילת דולהינוב.

החממה, שבנייתה החלה במהלך קיץ 2023 וצפויה להימשך בחודשים הקרובים, מותאמת למחקר בצמחים טרנסגניים ותשמש חוקרים מבית הספר למדעי הצמח ואבטחת מזון במגוון מחקרים בתחומי הבוטניקה, החקלאות והאקולוגיה, שֶׁיִּבְחֲנוּ תגובות של צמחים

לתנאים סביבתיים. החממה תכלול גם מרכז פנומיקה מתקדם.

מהם צמחים טרנסגניים? ומה עושים במרכז לפנומיקה?

 

צמחים טרנסגניים הם צמחים מהונדסים גנטית, שלגנום שלהם הוחדר גן נוסף (או יותר) ממקור זר או שנגרמה מוטציה מכוונת בגנים שלהם.

פנומיקה היא מדידה שיטתית וניתוח איכותי וכמותי מדויק של תכונות.

במרכז פנומיקה משתמשים בשיטות מחקר שונות (קליניות, ביוכימיות ושיטות הדמיה, למשל), לצורך אפיון תכונות האורגניזם הנראות לעין (=הפנוטיפ) ולהערכה של דפוסים ויחסים בקשר שבין המטען הגנטי לביטויו הנראה לעין.

המטרה: בעיקר לצורך הגנה על הצמח, אבל גם למגוון שימושים נוספים

צמחים טרנסגניים משמשים בעולם למחקר אקדמי ומסחרי ענף, כשמרבית המאמצים מופנים ליצירת צמחים  שעמידים יותר בפני פגיעות של מזיקים (חרקים, פטריות, חיידקים ונגיפים), ו/או קוטלי עשבים.

בעיקר מדובר בצמחי סויה, תירס, לפתית (המשמשת להכנת שמן קנולה), כותנה וחיטה.

ענף אחר של מחקר בצמחים טרנסגניים בוחן אפשרות לשיפור תכונות חקלאיות של גידולים חשובים למאכל, לטקסטיל ולנוי, כך שיתקבלו יבולים שמבשילים מהר יותר, או מסוגלים לצמוח גם בתנאי עקה סביבתית, כגון בצורת או כפור, וכן קרקעות המכילות מלחים וכו'.

סוג אחר של מחקרים בוחן את השימוש בצמחים מהונדסים לשיפור הערך התזונתי של מזונות מן הצומח. "האורז הזהוב", שנקרא כך בשל צבעו הייחודי, הוא דוגמא בולטת בקטגוריה זו.

מדובר בזן של אורז שבתהליך של הנדסה גנטית הפך לעשיר בבטא-קרוטן. חומר זה הוא הבסיס ליצירת ויטמין A - בעל תפקיד חשוב בפיתוח הראייה, בין השאר.

כיוון מחקרי נוסף בוחן את האפשרות להשתמש בזנים עמידים לצורך סיוע בסילוק פסולת רעילה, יצירת חומרי חיסון ותרופות למחלות ועוד.

האמצעי: שינויים גנטיים מכוונים ומדויקים בצמח

בעוד שסלקציה מלאכותית והכלאות מכוונות לצורך ברירת תכונות הרצויות לאדם מוכרת מזה מאות שנים (ניסויי התורשה של מנדל, שהשתמש בצמחי אפונה, עולים בראשנו בהקשר זה), הרי שמדובר בתהליך איטי שמוגבל למוטציות שמתרחשות באופן טבעי בלבד.

לעומת זאת, החדרה מכוונת של גנים ממקור זר (מין שונה של צמח, חיידק, וירוס או בעל חיים) מאפשרת ליצור אוכלוסיות של צמחים המבטאים את התכונה הרצויה בזמן קצר יחסית.

אם ניקח כדוגמא את "האורז הזהוב" שהוזכר קודם לכן, הרי שבמקרה זה הוספו לאורז שני גנים חדשים, אחד מנרקיס חצוצרה, Narcissus pseudonarcissus, והשני מחיידק הנמצא באדמה, אירוויניה אורדובורה,Erwinia uredovora .

באמצעות גנים אלה ובתהליך מורכב, החוקרים גרמו ליצירת בטא-קרוטן גם בגרגיר של האורז, ולא רק בעלים (שם נוצר בטא-קרוטן באופן טבעי). במחקרי המשך הוחלף הגן שמקורו בצמח הנרקיס עם גן שמקורו בתירס.

ההנדסה הגנטית של הטבע

רבים מהמחקרים העוסקים בהנדסה גנטית בצמחים מסתמכים על שימוש בחיידק מהסוג אגרובקטריום (Agrobacterium), חיידק קרקע שחי כטפיל על צמחים, כנשא חיצוני שמעביר את החומר הגנטי לתוך התאים הצמחיים ומעניק לצמח תכונות חדשות.

במחקר בו נסרק הגנום של הבטטה נמצא בה מקטע DNA "זר" השייך לחיידק אגרובקטריום. במחקר נמצא שלא מדובר בזיהום חיידקי אלא בחלק בלתי נפרד מגנום הבטטה. 

במקרה זה מדובר בתהליך של "הנדסה גנטית" שהתרחש בטבע באופן ספונטני. מנגנון טבעי זה משמש בסיס לשיטה ביוטכנולוגית שמאפשרת לגדל צמחים בעלי תכונות הרצויות לחוקר.

גורמי סיכון ואיך מתגברים עליהם

פיתוח זני צמחים מהונדסים טומן בחובו מספר גורמי סיכון, ומעורר דיון ציבורי ער בשנים האחרונות.

לא נתייחס כאן לכל הטיעונים, אולם, בין הטענות נגד השימוש בהדסה גנטית בצמחים, נמצא גם את החשש מפגיעה באקולוגיה בעקבות "זליגה" של מינים טרנסגניים מחממות המחקר אל הסביבה הטבעית ויצירת הכלאה בין מינים טרנסגניים ומיני בר קרובים, כמו גם

חשש מהשתלטות של מינים טרנסגניים בעלי תכונות "משופרות" על בתי גידול של צמחי בר ודחיקתם של האחרונים.

על מנת למנוע אפשרות זו, חממות המחקר לצמחים טרנסגניים בארץ נדרשות לעמוד בתקנים מחמירים ולקבל אישורי בנייה, תחזוקה ותפעול מחמירים של הכנסת והוצאת קרקע, מים וצמחים, על מנת להבטיח שלא תהיה השפעה על הסביבה.

כמו כן, נדרשים החוקרים לקבל אישורים ממשרד החקלאות ופיתוח הכפר לביצוע ניסויים בצמחים טרנסגניים.

מחקר בגן

הגן הבוטני מהווה חלק בלתי נפרד מבית הספר למדעי הצמח ואבטחת מזון, ומתקיימים בו מחקרים בהובלת חוקרי בית הספר והפקולטה למדעי החיים, כמו גם על ידי חוקרים מפקולטות אחרות וגופי מחקר נוספים בישראל. 

שייכים לגוף מחקרי ומעוניינים לערוך מחקר בגן? אתם מוזמנים ליצור איתנו קשר!

חממת מחקר לצמחים טרנסגנים המוקמת בגן הבוטני. למעלה: תשתית החממה כפי שצולמה ביולי 2023. למטה: החממה הנבנית, כפי שצולמה בנובמבר 2023. צילום: ימית מרום