מחקרים

תוצאות המחקר, שנערך על ידי ד"ר איתי מירוז, ד"ר איילת סלמן-מינקוב וד"ר ניב סבט מהמעבדה לאבולוציה וביואינפורמטיקה של צמחים בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס. וייז באוניברסיטת תל אביב, התפרסמו בכתב העת היוקרתי Nature Plants, ומציעות תקווה חדשה לחקלאות המודרנית, ומכאן לתפריט האנושות.

מאז ראשית המהפכה החקלאית, ובמשך 13,000 השנה האחרונות, ניסה האדם לתרבת ולטפח מגוון עצום של צמחים לצרכיו, אולם רק מעטים מהצמחים הללו בויתו בהצלחה לחקלאות. במאות השנים האחרונות, חרף כל הישגיו המדעיים והטכנולוגיים, האדם לא הצליח לביית אף מין חדש.

המפתח לביות מוצלח: הורשת מספר עותקים של המידע הגנטי

מחקר חדש באוניברסיטת תל אביב מסביר כי הצלחה חלקית זו של האדם קשורה בהכפלות גנום שמתרחשות בתאי הצמח: צמחים שבויתו בהצלחה – כגון חיטה, תפוח אדמה, קפה וסוכר – נוטים להיות "צמחים פוליפלואידים", כלומר כאלה שמורישים לצאצאיהם יותר מסט אחד של כרומוזומים. רוב היונקים, ובכללם בני האדם, הם "דיפלואידים", כלומר הם נושאים שני עותקים מכל כרומוזום. הגנום של בני האדם, למשל, מורכב מ-23 זוגות של כרומוזומים. המידע הגנטי נמצא בכל תא בגוף האדם מלבד בתאי המין, המכילים סט כרומוזומלי יחיד. אלא שצמחים רבים הם פוליפלואידים, כלומר נושאים מספר עותקים רב של הגנום כולו.

"בצמחים פוליפלואידים אנחנו מוצאים רביעיות של כרומוזומים, שישיות ואפילו שמיניות", מסביר ד"ר מירוז. "כבר מאה שנה שחוקרים מנסים להבין את המשמעות האבולוציונית של התופעה הזאת, ולמרות השערות רבות ומחקר רב שנעשה, שאלת הפוליפלואידיות נותרה שאלה פתוחה מבחינה מדעית. לא ברור לנו מהם היתרונות האבולוציוניים של הורשת עותקים נוספים של המידע הגנטי, כך שלא ברור לנו מדוע הצמחים משקיעים את האנרגיה הדרושה לשכפול הגנומי במסגרת המאבק ההישרדותי".

ד"ר מירוז וצוותו כבר הוכיחו בעבר שצמחים פוליפלואידים משכפלים את המידע הגנטי שלהם כתגובה למצבי עקה, כלומר ללחץ סביבתי. "כשהצמח נמצא בסכנה הוא 'מהמר' ומשכפל את הכרומוזומים שלו", אומר ד"ר מירוז. "הכרומוזומים הנוספים מאפשרים מגוון רחב יותר של הורשה גנטית, שכן כל עותק מהגן יכול להתמיין לתת-פונקציה אחרת. זהו ניסיון נואש של הצמח, שברוב המקרים לא מצליח, להתאים את צאצאיו לסביבה".

במחקרם החדש הוכיחו החוקרים שלפחות במקרה אחד, ההימור הזה של הצמחים משתלם: בביות אנושי. במעבדה החישובית של ד"ר מירוז בנו מסד נתונים של אינספור קבוצות של צמחים והנתונים הגנומיים שלהם. בהמשך פיתחו החוקרים אלגוריתם חישובי שיודע לזהות אילו צמחים עברו שכפול גנטי במהלך האבולוציה, כלומר הפכו לפוליפלואידים, ב-20 מיליון השנים האחרונות.

"כאשר הצלבנו את כל הנתונים האלה עם רשימת הצמחים שהאדם ביית, מצאנו קשר מתאמי מובהק", אומר ד"ר מירוז. "ראינו ש-30% מהמינים שבויתו בהצלחה על ידי האדם עברו הכפלה גנומית, שכיחות גבוהה משמעותית בהשוואה לצמחים מן הבר. זה נכון עבור צמחים כמו חיטה, תפוח אדמה, בטטה, קפה, סוכר, בוטנים, תותים, כותנה, טבק. הרשימה ארוכה".

האם ההכפלה הגנומית תסייע לביות מינים חדשים?

לדעת החוקרים, ממצאים אלה שופכים אור חדש על המהפכה החקלאית. "בניגוד לברירה הטבעית, הברירה האנושית-מלאכותית דווקא מיטיבה עם צמחים פוליפלואידים. ריבוי הכרומוזומים איפשר לאדם לשחק עם התכונות של הצמח ולהפיק מהן את המיטב לצרכיו. כמובן, אין פירושו שאבותינו ידעו להבחין בין צמחים שעברו הכפלה גנומית לבין אלו שלא. האדם ניסה לביית צמחים באקראי, והניסויים הללו צלחו לעיתים קרובות יותר עם הצמחים הפוליפלואידים, לרווחת האדם, ולרוב בניגוד לסלקציה הטבעית של הצמח. ואולי אנחנו טועים: אולי דווקא ניסיונות הביות של האדם הם שהפעילו את הלחץ הסביבתי על הצמחים, מה שהוביל להכפלת הגנום ואיפשר לאדם לשחק בהם בהצלחה יתרה. אנחנו עדיין לא יודעים מה כאן הסיבה ומה המסובב".

בנוסף למסקנות ההיסטוריות, למחקר החדש של ד"ר מירוז וצוותו ישנן השלכות גם על עתיד הביות, ואולי על עתיד הדיאטה של האנושות. "במאות השנים האחרונות לא הצלחנו לביית אף מין חדש. המחקר שלנו מרמז שניתן להוסיף כלי עבודה חדש לביות המודרני: הכפלה גנומית. היום אנחנו יודעים להכפיל את הגנום ולגרום לצמחים להפוך לפוליפלואידים באופן מלאכותי, ופירושו של דבר שניתן יהיה לביית צמחים חדשים ולהשביח צמחים מבויתים".