כלים חדשים בביוטכנולוגיה של צמחים

מדוע קשה כל כך לפענח את תפקודם של גנים מסוימים בצמחים? התשובה טמונה במנגנון הישרדותי מתוחכם המכונה "יתירות גנטית". בצמחים, 80% מהגנים שייכים למשפחות גנים בעלות תפקידים חופפים; כאשר מדענים משנים גן בודד כדי לחקור אותו, הצמח "מגייס" גן אחר מאותה משפחה שיפצה על החסר. כתוצאה מכך, לא נראה שינוי חיצוני (פנוטיפ) והתעלומה הגנטית נותרת בעינה.

מחקר חדש ופורץ דרך, בהובלת הדוקטורנטיות מורן אנפנג, רים חאג' יחיא, שיר בן יעקב, פרופ' איתי מירוז ופרופ' אילון שני מבית הספר למדעי הצמח ואבטחת מזון, הפקולטה למדעי החיים באוניברסיטת תל אביב, מציג מערכת מהפכנית שנועדה לפתור בדיוק את האתגר הזה. המחקר בוצע בשיתוף פעולה בינלאומי עם חוקרים מאוניברסיטת קופנהגן (דנמרק) ואוניברסיטת ווהאן (סין).

ארגז הכלים החדש: דיוק, שליטה וזיהוי מהיר
 

החוקרים מציגים "ארגז כלים" משודרג המבוסס על טכנולוגיית העריכה הגנטית קריספר (CRISPR), הכולל מספר חידושים משמעותיים:

• עקיפת מנגנון הגיבוי: החוקרים פיתחו מערכת מרובת-מטרות (Multiplexed) המצוידת באלגוריתם מתקדם. המערכת מתכננת מבנים גנטיים המכילים שני נווטי RNA המסוגלים לשנות בו-זמנית במספר חברים מאותה משפחת גנים. כך נחשף תפקידם האמיתי של הגנים ללא הפרעה של מנגנוני הפיצוי.
   
• שליטה מרחבית ברקמות: בניגוד לשיטות קודמות, המערכת החדשה מאפשרת לבצע את עריכת הגנים ברקמות ספציפיות בלבד (כמו אפידרמיס השורש או העלים). יכולת זו מונעת פגיעה מערכתית בצמח כולו ומאפשרת לחקור תהליכים מורכבים, דוגמת הובלת חומרי הזנה מהקרקע.
   
• הCRISPR-GuideMap: כדי להתמודד עם האתגר של מעקב אחר אלפי שינויים גנטיים, פיתח הצוות אסטרטגיה של "ברקוד כפול". טכנולוגיה זו מאפשרת לזהות ביעילות אילו גנים שונו בכל צמח בודד, ללא צורך בריצוף ידני של כל צמח בנפרד.

מהמעבדה אל השטח: הוכחת היתכנות

כדי לבחון את המערכת בזמן אמת, חקרו המדענים 707 גנים הקשורים בספיגת חומרי הזנה בצמח המודל תודרנית לבנה (Arabidopsis). בתום תהליך שכלל יצירת מעל 1,000 צמחים מהונדסים, התגלו תופעות ביולוגיות שהיו נסתרות עד כה.

בין היתר, החוקרים חשפו את פעילותם החופפת של חלבונים נשאים (Transporters) ממשפחת ה-SWEET, וגילו את תפקידם המכריע בהעברת הורמוני צמיחה כמו ציטוקינין. פיתוח ישראלי-בינלאומי זה צפוי להוות כלי עזר חסר תקדים לשיפור יבולים ועריכה גנטית מדויקת בעולם החקלאות המודרני.

לקריאת תקציר המאמר >>