חוקרים במעבדת קולד ספרינג הארבור זיהו הבדלים מרכזיים בוויסות הגנים בין צמחי עגבניות וצמחי ארבידופסיס תאליאנה, שיכולים להסביר אתגרים בהנדסת גידולים. פריצת דרך זו, החושפת כיצד מוטציות משפיעות על צמיחה והתפתחות של צמחים, מדגישה את החשיבות של הבנת הרגולציה הגנטית כדי לשפר את הניבוי והיעילות בחקלאות. קרדיט: twoday.co.il.com
גנומיקת הצמחים עברה דרך ארוכה מאז מעבדת Cold Spring Harbor (CSHL) עזרה לרצף את הגנום הצמחי הראשון. אבל הנדסת היבול המושלם הוא עדיין, במובנים רבים, משחק מזל. עושה אותו דבר DNA מוטציה בשני צמחים שונים לא תמיד נותנת לנו את תכונות היבול שאנחנו רוצים. השאלה היא למה לא? ביולוגים צמחיים של CSHL פשוט חפרו סיבה.
פרופסור CSHL וחוקר HHMI זכרי ליפמן והצוות שלו גילו את העגבנייה ואת Arabidopsis thaliana צמחים יכולים להשתמש במערכות רגולטוריות שונות מאוד כדי לשלוט באותו גן מדויק. באופן לא ייאמן, הם קישרו את ההתנהגות הזו למהפך גנטי קיצוני שהתרחש במשך 125 מיליון שנות אבולוציה.
מוטציות בגן CLV3 יכולות להגדיל באופן דרמטי את גודל הפרי, כפי שניתן לראות בעגבניות (השורה העליונה) וב-Arbidopsis thaliana (השורה התחתונה). קרדיט: מעבדת ליפמן/מעבדת קור ספרינג הארבור
המדענים השתמשו בעריכת גנום כדי ליצור למעלה מ-70 זנים מוטנטיים של עגבניות Arabidopsis thaliana צמחים. כל מוטציה מחקה פיסת DNA רגולטורית סביב גן המכונה CLV3. לאחר מכן הם ניתחו את ההשפעה של כל מוטציה על צמיחה והתפתחות צמחים. כאשר ה-DNA שומר CLV3 בבדיקה עבר מוטציה יותר מדי, צמיחת הפירות התפוצצה.
התפקיד וההשפעה של הגן CLV3
דניאל סירן, בוגרת לאחרונה בית הספר למדעי הביולוגיה של CSHL שהובילה את המחקר הזה, מסבירה, "CLV3 עוזר לצמחים להתפתח כרגיל. אם זה לא היה מופעל בזמן המדויק שהוא, אז צמחים היו נראים שונה מאוד. כל הפירות יהיו ענקיים ולא אידיאליים. אתה צריך לאזן בין צמיחה ותשואה. אם לצמח יש עגבניות ענק אבל רק שתיים, האם זה מועיל כמו יבול נמוך יותר? אין פתרון פשוט. אתה תמיד מקריב משהו כשאתה מנסה לשפר משהו".
שיח עגבניות בחוות CSHL Uplands. קרדיט: Uplands Farm/Cold Spring Harbor Laboratory
לגבי עגבניות, מוטציות הנדסיות ליד ההתחלה אך לא הסוף של CLV3 הגן השפיע באופן דרמטי על גודל הפרי. ל ארבידופסיסהיה צורך לשבש אזורים סביב שני חלקי הגן. זה מצביע על משהו שקרה במהלך 125 מיליון השנים האחרונות שגרם לצמחים להתפתח אחרת. מה בדיוק התרחש נותר בגדר תעלומה.
"אי אפשר לחזור לאב הקדמון המשותף כי הם לא קיימים יותר. אז קשה לומר מה היה המצב המקורי ואיך התערבבו הדברים", אומר סירן. "ההסבר הפשוט ביותר הוא שיש אלמנט רגולטורי שנשמר ביכולת מסוימת, והוא השתנה בדרכים עדינות. זה קצת לא צפוי".
מה הוא ברור שהוויסות הגנטי אינו אחיד בין הצמחים מִין. חשיפת ההבדלים הגנטיים הללו יכולה לעזור להפוך את הנדסת הגנום של היבול לצפויה יותר. וזה יהיה ניצחון גדול לא רק עבור המדע אלא עבור חקלאים ומגדלי צמחים ברחבי העולם.
המחקר מומן על ידי מועצת המחקר למדעי הטבע וההנדסה של קנדה, המכון הלאומי למדעי הרפואה הכללית, המכון הרפואי הווארד יוז, והקרן הלאומית למדע מחקר גנום צמחים.
