מחקר מגלה שחקלאות אורגנית משנה את הקוד הגנטי של הצמחים

פרויקט מחקר שנערך באוניברסיטת בון חושף הבדלים בגידול הצמחים בשיטות חקלאות אורגניות וקונוונציונליות.

מחקר ארוך טווח באוניברסיטת בון הראה שצמחים יכולים להסתגל גנטית לתנאים הספציפיים של חקלאות אורגנית. במחקר, חוקרים טיפחו שעורה בשני שדות סמוכים, תוך שימוש בטכניקות חקלאיות קונבנציונליות באחד ובשיטות אורגניות בצד השני.

במהלך יותר מ-20 שנה, השעורה האורגנית הועשרה בחומר גנטי ספציפי ששונה מהתרבות ההשוואתית. בין היתר, התוצאות מדגימות עד כמה חשוב לטפח זנים, במיוחד לחקלאות אורגנית. התוצאות פורסמו כעת בכתב העת אגרונומיה לפיתוח בר קיימא.

בסוף שנות ה-90 החל פרופ' ד"ר ג'נס לאון באוניברסיטת בון ניסוי שידע שיימשך תקופה ארוכה. קבוצת המחקר שלו רצתה לחקור את ההשפעות שיש לתנאי החקלאות על החומר הגנטי בצמחים. לשם כך הם ביצעו מחקר ארוך טווח מורכב על פני תקופה של 23 שנים במכון למדעי היבול ושימור משאבים (INRES). "הצלבנו תחילה שעורה עם תשואה גבוהה עם צורה פראית כדי להגדיל את השונות הגנטית", אומר לאון. "לאחר מכן שתלנו את האוכלוסיות הללו בשני שדות סמוכים כך שהשעורה גדלה באותה אדמה ובאותם תנאי אקלים".

ההבדל היחיד היה שיטת החקלאות. חקלאות קונבנציונלית שימשה באחד התחומים שבהם השתמשו החוקרים בחומרי הדברה כדי להילחם במזיקים, חומרים כימיים להדברת עשבים שוטים ודשנים מינרליים כדי להבטיח אספקה ​​טובה של חומרים מזינים. החוקרים נקטו בגישה אקולוגית אקולוגית יותר בתחום האחר: ללא חומרי הדברה, מאבק בעשבים שוטים בשיטות מכניות ודישון הקרקע בזבל מאורוות. חלק מהגרעינים נשמרו מדי סתיו כדי לזרוע את השדות באביב שלאחר מכן – באמצעות הדגנים האורגניים בשדה האורגני והשעורה שגדלה בתנאים קונבנציונליים בשדה ההשוואתי. "עם זאת, לא בחרנו את הדגנים על סמך מאפיינים מסוימים, אלא פשוט בחרנו חלק קטן מהיבול באקראי", מדגיש עמיתו של לאון, ד"ר מיכאל שניידר.

ניתוח התפתחות הגנום בזמן-lapse

החוקרים גם ניתחו את הגנום של הצמחים המעובדים באופן קונבנציונלי ואורגני על בסיס שנתי. כל גן בודד יכול להתקיים במגוון צורות שונות הנקראות אללים. לדוגמה, הגן האנושי האחראי על צבע העיניים קיים באללים "חום" ו"כחול". התדירות שבה אללים מסוימים מתעוררים באוכלוסייה יכולה להשתנות לאורך דורות. תנאי הסביבה הם גורם אחד שמשחק תפקיד בתהליך זה: אללים המבטיחים שצמחים ישגשגו בסביבתם הנוכחית נמצאים בדרך כלל בתדירות גבוהה יותר ויותר.

החוקרים זיהו שתי מגמות מעניינות בבדיקות הגנטיות שלהם: בשתים עשרה השנים הראשונות, תדירות האללים בשעורה השתנתה באותו אופן בשני השדות. "הפרשנות שלנו לממצא זה היא שהאוכלוסיות המגוונות מאוד שנגרמו מהצלבה עם שעורה בר התאימו לתנאים המקומיים", אומר ד"ר אגים בלבורה, שגם השתתף במחקר. "אחרי הכל, גורמים כמו האקלים, הקרקע ובעיקר משך היום היו זהים עבור שתי האוכלוסיות." עם זאת, תדרי האללים של שתי התרבויות התפצלו יותר ויותר בשנים שלאחר מכן. בפרט, השעורה שגדלה בשיטות חקלאות אורגנית פיתחה גרסאות גנים שהיו פחות רגישות למחסור ברכיבים תזונתיים או למחסור במים – כלומר אללים שהשפיעו על מבנה השורשים. "אחת הסיבות לכך היא ככל הנראה השונות החזקות בזמינותם של חומרים מזינים בחקלאות אורגנית", אומר לאון.

הטרוגניות גנטית מקלה על תהליך ההסתגלות

גם השעורה המעובדת באופן קונבנציונלי הפכה לאחידה יותר מבחינה גנטית עם הזמן, כלומר החומר הגנטי בצמחים הבודדים שגדלו בשדה נעשה דומה יותר ויותר משנה לשנה. עם זאת, השעורה האורגנית נותרה הטרוגנית יותר. גם תדרי האללים של התרבות האורגנית השתנו באופן נרחב יותר לאורך זמן. זה הביא לכך ששנים מסוימות היו מאוד חיוביות או לא חיוביות עבור אללים מסוימים. זה יכול להיות בגלל שהתנאים הסביבתיים משתנים הרבה יותר בחקלאות אורגנית מאשר בשיטות מסגרות קונבנציונליות: אם מחלות צמחים מסוימות יקבלו אחיזה בשנה אחת, למשל, הצמחים יסתמכו בעיקר על אותם אללים שיגנו עליהם. נראה שהשונות של הכוחות הסביבתיים הפועלים על הצמחים מובילה להטרוגניות גנטית גדולה יותר. "כתוצאה מכך, הצמחים מסוגלים להסתגל טוב יותר לסוגים אלה של שינויים", אומר לאון.

בסך הכל, התוצאות מדגימות את החשיבות של טיפוח זנים מותאמים לחקלאות אורגנית. ככל שהמבנה הגנטי שלהם הסתגל לתנאים אלה, הם יהיו חזקים יותר ויספקו תפוקות גבוהות יותר. "יתר על כן, נראה הגיוני כאשר מטפחים צמחים להכליל אותם עם זנים מבוגרים או אפילו בר", מסביר לאון. "הנתונים שלנו גם מצביעים על כך שזה אפילו יכול להועיל לזנים קונבנציונליים בעלי תשואה גבוהה."

המחקר מומן על ידי קרן המחקר הגרמנית (DFG).