האם בעתיד הפרחים שלנו יריחו טוב יותר והפירות והירקות יהיו טעימים יותר בלי שיוכנסו אליהם גנים ממקורות אחרים? אם עד לאחרונה התשובה לכך הייתה שלילית, כעת נפתח הפתח לשינוי דרמטי בנושא - בלי להחדיר אל הצמחים גנים ממקורות אחרים.
האחראים למציאות החדשה הם חוקרים מהאוניברסיטה העברית בירושלים. החוקרים הצליחו להעלות רמות של תרכובות ארמוטיות, האחראיות לניחוח של פרחי פטוניה וכן גם הצליחו להעצים את ההרכב התזונתי של חסה. את ההישג הזה הצליחו החוקרים לבצע באמצעות עריכת גנים פנימית ומדויקת בתוך הצמח שאינה כוללת החדרת DNA זר. כך נשמר המטען הגנטי המלא של הצמח המקורי והוא לא הופך להיות בן כלאיים.
כדי להבין את התהליך החדש, חשוב לציין כי החוקרים מצאו שיטה חדשה לשיפור איכות גידולים חקלאיים באמצעות שינוי ממוקד של מנגנוני בקרה פנימיים בצמח, במקום השבתה מלאה של גנים או הכנסת גנים ממקור חיצוני. מגנוני הבקרה אחראים בין השאר על הריח והטעם של הצמח ולכן שינוי דרך הפעולה שלהם מעצימה ריחות וטעמים או מקטינה אותם. בסיס השינוי הייחודי נשען על עריכה גנטית שלהאנזים בשם HMGR.
ההתמקדות דווקא באנזים הזה קשורה לכך שהוא ממלא תפקיד מרכזי מאוד בייצור קבוצה גדולה של תרכובות צמחיות טבעיות בכל הצמחים. תרכובות האחראיות בין היתר לריח של פרחים, לצבעי פירות, לחומרי הגנה נגד מזיקים ועוד. מבחינה זו, כל שינוי קל בפעילות האנזים הייחודי הינה בעלת השפעות של ממש על צורת הגדילה של הצמח.
החוקרים שערכו את המחקר, בהובלת ד"ר עודד סקליטר ופרופ' אלכסנדר ויינשטיין מהפקולטה לחקלאות, מזון וסביבה באוניברסיטה, מסבירים כי לצמחים יש מנגנון ויסות טבעי שמונע מהם ייצור עודף של תרכובות מסוימות. ניהול כמות ייצור התרכובות השונות מאפשר שמירה על איזון אנרגטי ופעילות מיטבית של התאים בתוך הצמח. כלומר הוא מאפשר שיווי משקל בין גורמים שונים שמיצרים בטבע צמח שיכול להתמודד עם אתגרים שונים ומורכבים.
מדובר באנזים שעיקר פעולתו היא מעין אסדרה (רגולציה) שמווסתת או מאיטה סוגי תוצרים שונים של הצמח. ממילא שינוי ניהול התוצרים של אנזים זה, מאפשר לשנות את ריחו וטעמו של הצמח וזאת מבלי לחולל בו שום שינוי מהותי הנובע מגריעה או הוספה של חומר גנטי ממקור ביולוגי אחר.
במחקר החוקרים בצעו עריכה גנטית של האנזים (כלומר הם השתמשו במערכת CRISPR/Cas9 מבוססת וירוס צמחי) כדי לבצע שינוי נקודתי באזור הבקרה הזה בפטוניות ובחסה. במקום להשבית את הגן כולו, הם שינו את מנגנון הוויסות כך שהעיכוב בוטל, אך פעילות האנזים נותרה תקינה.
התברר למשל כי בפטוניות שעברו עריכה גנטית נמדדה עלייה ברמות של החומרים (הטרפנואידים) האחראים על המערכת החיסונית של הצמח, הטעמים והריחות שלו. חומרים אלו התבטאו בצורות אחרות ויצרו ריחות חדשים בפרח זאת לצד צמיחה נמרצת יותר ופרחים גדולים יותר.
בנוסף, נמצא כי השינוי במסלול ייצור הטרפנואידים השפיע גם על מסלול מטבולי נוסף, הקשור משמעותית לסוגי הריח של הפרחים (מסלול מטבולי הנקרא פנילפרופנואידים). חומר זה חשוב מאוד כיוון שהוא המוביל לייצור של תרכובות ארומטיות התורמות לניחוחות אופייניים כמו ריח וניל או ציפורן.
"פיתחנו אסטרטגיה שמאפשרת לשחרר מנגנון הגבלה פנימי על ייצור תרכובות טבעיות בצמח, מבלי לפגוע בתפקודו ומבלי להכניס DNA זר", אמר פרופ' ויינשטיין. "הגישה הזו עשויה לאפשר פיתוח גידולים איכותיים יותר, הן מבחינת תכונות חושיות והן מבחינת ערך תזונתי".
"ראינו שביטול מנגנון המשוב השלילי של האנזים השפיע על מסלולים מטבוליים נוספים", הסביר ד"ר סקליטר. "הממצאים מדגישים עד כמה מערכות הייצור בצמח מקושרות זו לזו, וכיצד שינוי מדויק בנקודת בקרה אחת יכול להשפיע על מכלול התכונות".
ניתוח גנטי של הצמחים הראה כי ביטול מנגנון המשוב השלילי הוביל לא רק שיפר את פעילות האנזים, אלא גם גרם לעלייה ברמות הביטוי של גנים המעורבים בזרימה של חומר הגלם של החומרים הארומטיים - פירובט, מה שתרם להגברת הייצור של התרוכובות הארומטיות בשני המסלולים.
יישום גם בגידולי מזון
החוקרים יישמו את אותה גישה גם בחסה. החסה הערוכה גנטית הציגה רמות גבוהות יותר של ססקוויטרפנים ואפוקרוטנואידים - תרכובות המשפיעות הן על הטעם והן משפרות את הערך הבריאותי, שכן יש להן פעילות נוגדת חמצון. בנוסף, בחסה היו גם רמות גבוהות יותר של בנזלאדהיד, תרכובת ארומטית ממסלול הפנילפרופאנואידים בעלת ניחוח של שקדים.
מאחר שהצמחים הערוכים אינם מכילים DNA זר, הם אינם נחשבים כמהונדסים גנטית (GMO) מה שמאפשר תהליך אישור רגולטורי יותר זריז וזול. יתרון נוסף הוא שצרכנים נוטים לקבל עריכה גנטית ביתר פתיחות. על כן, מדובר בגישה להנדסה מטבולית מדוייקת שעשויה להציע חלופה טובה יותר להנדסה גנטית מסורתית, וכך להרחיב את האפשרויות לשיפור תכונות בצמחים חקלאיים.
טעינו? נתקן! אם מצאתם טעות בכתבה, נשמח שתשתפו אותנו