איך מינים של אותו צמח מייצרים מגוון גדול כל כך של עלים? מחקר חדש שערכו חוקרי הפקולטה לחקלאות באוניברסיטה העברית ניסה לגלות מה מאפשר לצמחים שונים ליצור אינספור צורות?
פרופ' נעמי אורי והדוקטורנט אלון ישראלי מצאו שתי קבוצות גנים, שעובדות יחד ומשפיעות על קצב הצמיחה וצורת העלה. במחקר תיארו איך פגיעה באחת מקבוצות הגנים משפיעה על הגמישות ההתפתחותית של הצמח.
אחת התופעות המרתקות בעולם הצומח היא השונות והמגוון העצומים שקיימים. לכל צמח איברים מיוחדים בצורות שונות. העלים, הפרחים, הפירות והזרעים של צמח אחד לא יהיו דומים לאלה של צמח אחר. מקבוצות מסוימות של צמחים - כמו עגבניה, תפוח אדמה ופלפל השייכים למשפחת הסולניים - יש צורות שונות של עלים ופרחים. בנוסף, עגבניות ממינים שונים יצרו עלים ופירות שונים. במקרים מסוימים, אותו צמח מייצר עלים שונים בשלבי התפתחות שונים. יש צמחים שמייצרים עלים פשוטים בשלב מוקדם בחייהם ועם התבגרותם מתחילים לייצר עלים מורכבים יותר ויותר. המחקר החדש מתאר כיצד הגמישות התפתחותית בצמחים מושגת, כלומר, מה מאפשר ליצור כל כך הרבה צורות ומגוון. המחקר פורסם לאחרונה בכתב העת New phytologist.
"זו שאלה ביולוגית מרתקת", אומרת פרופ' אורי. "צמחים מסוגלים בעצם לשנות את הצורה שלהם ולהיות מגוונים בצורותיהם בעקבות תנאי סביבה ומה שוקרה להם בחיים. הם לא כמונו, שנולדים עם שתי רגליים ושתי ידיים ומקסימום אנחנו גדלים. הם מגיבים ביצירת איברים בהתאם למה שקורה להם בחיים. זו השאלה המחקרית המרתקת שאנחנו בוחנים בהקשר לעלים".
החוקרים יצרו מוטציות בעלים של צמח העגבנייה על ידי יצירת שינויים בגנים באמצעות CRISPR, וסרקו את הביטוי של המוטציה בצורה של העלים. הם מצאו כי ניתן לחלק את הגנים שמשפיעים על צורת העלה לשתי קבוצות עיקריות: קבוצה שמשפיעה על קצב ההתפתחות וקבוצה שמשפיעה על אופן ההתפתחות. הקבוצה הראשונה מכילה גנים שמשפיעים על קצב ההתבגרות של העלה. ככל שקצב ההתבגרות מהיר יותר, כך העלה שנוצר הוא קטן ופשוט יותר. לעומת זאת, ככל שהקצב איטי יותר, יש זמן לעלה לפתח צורה מורכבת ולגדול והעלים שיווצרו יהיו מורכבים וגדולים יותר. הזמן שלוקח לעלה להתבגר מייצר "חלון התפתחותי" למגוון.
בשלב הבא של המחקר בחנו החוקרים איך גנים משתי הקבוצות עובדים ביחד. "כאשר החלון ההתפתחותי קצר מאוד הגנים שמבקרים גדילה כמעט ולא באים לידי ביטוי. כאשר החלון ההתפתחותי ארוך מאוד הם פעילים יותר. למעשה כל התהליכים ההתפתחותיים שמובילים ליצירת צורות מורכבות, מבוקרים על ידי שני התהליכים האלה- זמן התפתחותי וגדלה", אמר ישראלי. פרופ' אורי הסבירה כי "מצאנו שאם פגעים בגנים שמשפיעים על הגדילה של העלה, גם אם החלון ההתפתחותי ארוך מאוד - כלומר היינו מצפים לקבל עלים מורכבים - מתקבלים עלים פשוטים מאוד. למעשה, כמעט כל התהליכים ההתפתחותיים שמובילים ליצירת צורות מורכבות מבוקרים על ידי שני התהליכים האלה - זמן התפתחותי וגדילה".
החוקרים מסבירים כי מדובר במחקר בסיסי. "חשוב לשאול את השאלות של למה ואיך. יש לזה חשיבות. לא רק אם אפשר ליישם את זה. בהמשך אפשר להשפיע על היציבות של היבול אם נוכל".
