גרגור מנדל היה נזיר, בוטנאי, מורה וחוקר אוסטרי בן המאה ה-19, שערך ניסויים במטרה לעקוב אחר תכונות שעוברות בתורשה, ונחשב לאבי תורת הגנטיקה. בעיקר בזכות הניסויים שלו, שמטרתם הייתה לעקוב אחר תכונות שעוברות בתורשה. אף שבתקופתו עדיין לא ידעו מהו החומר התורשתי, ומבנה ה-DNA התגלה רק כמה עשרות שנים אחרי מותו, מנדל הצליח לשפוך אור על תהליך התורשה. בגן המנזר שבו חי הוא ערך ניסויי הכלאות בין צמחים, בעיקר צמחי אפונה, ובחן את התכונות של הצאצאים. על בסיס תצפיותיו הוא ניסח חוקים ראשוניים, שרק לאחר מותו יהפכו להיות הבסיס לתורת הגנטיקה.
צמחי האפונה נפוצים מאוד, והם מהצמחים המבויתים העתיקים ביותר: ישנן עדויות לחקלאות אפונה כבר לפני 10,000 שנים. הם מקיימים סימביוזה ייחודית עם חיידקים מקבעי חנקן, שיש לה השפעה חשובה על מעגל החנקן בעולם. צמחים אלה הם מודל נוח למחקר גנטי, בעיקר משום שיש להם איברי רבייה נקביים וזכריים, שבאמצעותם מתרחשות האבקה והפריה עצמית. בהאבקה עצמית מרבית תכונות הצמח נשמרות, וכך מתאפשר מעקב אחר שינויים של תכונות ספציפיות.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
ממערכת העיכול למערכת התגמול
הרופא היהודי שהערים על הנאצים
חיסון נגד התמכרות לפנטניל?
בשנת 1866 פרסם מנדל מאמר תחת הכותרת Versuche über Pflanzen-Hybriden ("ניסויים בהכלאות צמחים"), שהתמקד בשבע תכונות, ביניהן הגודל, הצורה, המיקום והצבע של פרחי האפונה ושל הזרעים, והווריאציות האפשריות שלהן. למשל, צבע פרחי האפונה יכול להיות ורוד או לבן, והתרמיל יכול להיות בעל שכבת קלף עם מרקם קשה, או נעדר שכבה כזו. לכל התכונות האלה יש בסיס גנטי. יותר מ-150 שנה מאוחר יותר, קבוצת מחקר יצאה לבדוק ולאפיין את הגֵנים והמנגנונים שאחראים על חלק מהתכונות שחקר מנדל.
3 צפייה בגלריה
מנדל התמקד בשבע תכונות, ביניהן הגודל, הצורה, המיקום והצבע של פרחי האפונה ושל הזרעים, והווריאציות האפשריות שלהן
(איור: Shuttersotck, udaix)
התכונות שלא נחקרו
בעבר נחקרו ארבע מתוך שבע התכונות, וכעת החוקרים מתמקדים בשלוש התכונות הנותרות: צבע תרמיל האפונה, צורתו והסתעפות מסוגרת (Fasciation) – מקרה שבו צומח אשכול פרחים בקודקוד הצמח.
במאמר, שפורסם בכתב העת Nature, החוקרים ריצפו את הגנומים של מאות צמחי אפונה מכל העולם, וחיפשו את השינויים הגנטיים המדויקים שהובילו לגרסאות השונות של התכונות. המקומות לאורך הגנום בהם השינויים האלה התרחש יכולים לשמש כ"סמנים גנטיים", ולסייע לחוקרים לאתר את האזורים הרלוונטיים בגֵן שאחראים לביטוי התכונה.
לפי דיווחיו של מנדל, צבע תרמילי האפונה היה לרוב ירוק ולעיתים רחוקות יותר צהוב. במאמר החדש החוקרים השתמשו בצמחי אפונה עם תרמילים צהובים. המצב הזה נוצר משינוי גנטי שגורם לפגיעה בשלב הסופי של מסלול ייצור הכלורופיל – הפיגמנט האחראי לצבע הירוק ומשחק תפקיד חשוב בפוטוסינתזה בצמחים. מלבד הצבע הצהוב, החוקרים ראו שבעקבות השינוי הגנטי נפגעה גם התפתחות הכלורופלסטים, האברונים שאחראים על הפוטוסינתזה בתא, במיוחד בארגון הממברנות הפנימיות שלהם. החוקרים הצליחו לאפיין את השינויים הגנטיים של שלוש התכונות, ועל אילו גנים הם משפיעים. "סיפקנו תשובה לחידה בת 160 שנה", אמר שיפנג צ’נג (Cheng), מנהל המחקר, בריאיון ל-Science News.
3 צפייה בגלריה
החוקרים ריצפו את הגנומים של מאות צמחי אפונה מכל העולם. זרעי אפונה מצמחים שונים ששימשו במחקר
(צילום: John Innes Centre)
לשמר ולשפר
החוקרים לא הסתפקו בשלוש התכונות שחקר מנדל, אלא בחנו 72 תכונות נוספות של פרחי האפונה, התרמילים, הזרעים, העלים והשורשים. מנדל הבחין בתכונות אלה, אך לא אפיין את מנגנון ההורשה שלהן. חלק מהתכונות שנבדקו רלוונטיות לביקוש ההולך וגובר לאפונה כתחליף חלבון פופולרי. מספר הזרעים בתרמיל האפונה וגודלו, לדוגמה, משפיעים ישירות על כמות היבול. "כחוקר יישומי, אני בעיקר מתעניין כיצד נוכל לשפר ולשמר את היבול שלנו, ויש כל כך הרבה לעשות עם המידע הזה. אני מצפה להיות עסוק לזמן רב מאוד", אמר נועם חיות, חוקר גנטיקה של יבולים שהשתתף במחקר.
מנדל בחן כיצד עוברות מדור לדור תכונות בודדות, כמו צבע וצורה. כיום חוקרים מבינים שפעילותם של גֵנים מסוימים מושפעת ממשתנים רבים, והתכונות של הצמח עצמן יכולות להיות מושפעות מיותר מגֵן אחד. על צורת התרמילים, לדוגמה, יכולים להשפיע שינויים בשני גֵנים שונים, ובשני המקרים התוצאה תהיה תרמיל רך וחסר שכבת קלף. התקדמות הטכנולוגיה והמחקר הגנטי מאפשרים להבין יותר לעומק את המנגנונים האלה ואת משמעותם.
מאי שדה, מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
